Artykuł naukowy opublikowany 25 listopada 2024 roku w Frontiers in Microbiology, zatytułowany Polymicrobial interactions influence Mycobacterium abscessus co-existence and biofilm forming capabilities, dostarcza nowego spojrzenia na złożone interakcje między patogenami obecnymi w płucach pacjentów z mukowiscydozą. Autorami pracy są Nishant Nandanwar, Geoffery Gu, Joy E. Gibson oraz Michael N. Neely, związani z Division of Infectious Diseases w Children’s Hospital Los Angeles oraz Keck School of Medicine of the University of Southern California.
Badania koncentrują się na interakcjach trzech kluczowych patogenów: pałeczka ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa, gronkowiec złocisty Staphylococcus aureus oraz niegruźlicze prątki Mycobacterium abscessus. Każdy z nich ma znaczący wpływ na rozwój infekcji w mukowiscydozie. Szczególnie interesujące są mechanizmy konkurencyjne i inhibitoryjne, jakie P. aeruginosa oraz S. aureus wykazują wobec M. abscessus. W płucach pacjentów z mukowiscydozą obecność tych bakterii prowadzi do istotnych zmian w zdolności tworzenia biofilmu, ekspresji czynników wirulencji oraz odpowiedzi na leczenie przeciwbakteryjne.
Wzrost i konkurencja bakteryjna
Badania wykazały, że zarówno P. aeruginosa, jak i S. aureus skutecznie hamują wzrost M. abscessus w warunkach hodowli współkulturowej (kontakt bezpośredni) oraz poprzez oddziaływanie za pomocą supernatantów (kontakt pośredni). Efekt hamujący był wyraźniejszy w przypadku P. aeruginosa, szczególnie przy użyciu szczepu ATCC 27853, określanego jako PaATCC. Istotnym odkryciem było także to, że hamowanie wzrostu M. abscessus przez P. aeruginosa było związane z wydzielaniem substancji bioaktywnych, w tym piocyjaniny, której wpływ na M. abscessus był znaczący nawet w kontaktach pośrednich.
W przypadku S. aureus, efekt inhibicyjny był mniej intensywny niż dla P. aeruginosa, ale również prowadził do zmniejszenia wzrostu M. abscessus. Interakcje te są kluczowe w kontekście płuc pacjentów z mukowiscydozą, gdzie współistniejące mikroorganizmy konkurują o zasoby i miejsce w biofilmie.
Tworzenie biofilmów
Tworzenie biofilmów jest jednym z kluczowych mechanizmów umożliwiających przetrwanie bakterii w niekorzystnych warunkach, w tym w obecności antybiotyków. W badaniu wykazano, że zarówno P. aeruginosa, jak i S. aureus znacząco obniżały zdolność M. abscessus do tworzenia biofilmu w warunkach hodowli współkulturowej. P. aeruginosa dodatkowo wykazywała zdolność do hamowania biofilmu w sposób pośredni, poprzez wydzielanie metabolitów wtórnych, takich jak piocyjanina.
Pomiar biomasy biofilmowej wykazał, że piocyjanina skutecznie zmniejszała zdolność M. abscessus do tworzenia biofilmu, mimo że jej wpływ na wzrost bakterii był ograniczony. To sugeruje, że mechanizm działania piocyjaniny polega głównie na zakłócaniu procesów związanych z adhezją i agregacją komórek bakteryjnych, a nie na bezpośrednim zahamowaniu ich wzrostu.
Oddziaływanie na makrofagi i ekspresję lipidów
Interesującym aspektem badań była analiza interakcji bakterii z makrofagami RAW264.7. Wykazano, że obecność P. aeruginosa zwiększała internalizację M. abscessus w komórkach makrofagów, co może wpływać na patogenezę w kontekście przewlekłych infekcji płucnych. Zjawisko to było związane z obniżoną ekspresją lipidów glikopeptydowych (GPL) w M. abscessus pod wpływem supernatantów P. aeruginosa. Redukcja ekspresji GPL prowadziła do transformacji M. abscessus do bardziej wirulentnego fenotypu „szorstkiego”, który charakteryzuje się większą zdolnością do inwazji komórek gospodarza.
W przypadku oddziaływania S. aureus na makrofagi, badania nie wykazały znaczącego wpływu na internalizację M. abscessus, ani na zmiany w ekspresji GPL. Sugeruje to, że wpływ S. aureus na patogenezę M. abscessus jest ograniczony w porównaniu do bardziej złożonych efektów P. aeruginosa.
Mechanizmy inhibicyjne piocyjaniny
Piocyjanina, jako kluczowy metabolit P. aeruginosa, była jednym z głównych czynników odpowiadających za ograniczenie wzrostu i zdolności do tworzenia biofilmu przez M. abscessus. Mechanizm działania piocyjaniny obejmuje produkcję reaktywnych form tlenu, które zakłócają funkcje metaboliczne bakterii, oraz ingerencję w syntezę macierzy biofilmowej. Co istotne, piocyjanina była bardziej skuteczna w inhibicji tworzenia biofilmu niż w hamowaniu samego wzrostu bakterii, co czyni ją interesującym celem w kontekście przyszłych terapii antybiofilmowych.
Odwracalność efektów
Ciekawym aspektem wyników była obserwacja, że efekty inhibicyjne P. aeruginosa na M. abscessus były odwracalne. Po usunięciu supernatantów P. aeruginosa, M. abscessus odzyskiwał zdolności wzrostu, tworzenia biofilmu oraz normalną ekspresję GPL. Wskazuje to na brak trwałych uszkodzeń mechanizmów komórkowych M. abscessus i sugeruje, że interakcje międzygatunkowe mają charakter dynamiczny, zależny od obecności specyficznych czynników środowiskowych.
Zrozumienie interakcji między tymi patogenami może pomóc w projektowaniu bardziej efektywnych strategii terapeutycznych, zwłaszcza w kontekście eradykacji jednego gatunku i jej wpływu na inne mikroorganizmy. Autorzy wskazują na potrzebę dalszych badań nad specyficznymi mechanizmami molekularnymi oraz możliwością zastosowania tych odkryć w praktyce klinicznej.
Źródło: Frontiers in Microbiology
DOI: doi.org/10.3389/fmicb.2024.1484510
