Грибок Candida albicans и бактерия Staphylococcus aureus являются основными возбудителями инфекций у человека. Они также встречаются вместе при ранах, инфекциях кровотока и заболеваниях, связанных с медицинскими устройствами. Когда микробы образуют биопленки, они растут как прикрепленные к поверхности сообщества, которые бывает сложно лечить. Смешанные грибково-бактериальные биопленки представляют особую сложность, поскольку разные организмы могут защищать или поддерживать друг друга, что затрудняет борьбу с инфекцией.
Исследователи под руководством доктора Шоны Дагган из Центра медицинской микологии при Эксетерском университете обнаружили, что медь играет ключевую роль в грибково-бактериальном симбиозе. Исследование выявило то, что команда называет микробной «медной экономикой», в которой грибок и бактерия используют медь по-разному, но взаимодополняющим образом.
Доктор Дагган сказала: «Обычно мы думаем о меди как о веществе, способном убивать микробы, потому что высокие концентрации меди токсичны. Наше исследование выявило более тонкие нюансы. В смешанных биопленках медь помогает двум патогенам сотрудничать. Когда баланс меди нарушается, партнерство распадается. Это дает нам возможность по-новому взглянуть на борьбу с инфекциями, которые трудно поддаются лечению, поскольку в них участвует более одного вида микробов».
Команда исследователей выращивала C. albicans и S. aureus в лабораторных условиях, имитирующих среду человеческого организма. Ученые обнаружили, что эти виды вместе образуют более крупные и активные биопленки, чем каждый из них по отдельности. Анализ белков показал, что C. albicans вырабатывает больше белков, участвующих в поглощении меди, а S. aureus — белков, связанных с экспортом меди и защитой от медного стресса.
Изменение доступности меди нарушило это взаимодействие. Как избыток, так и недостаток меди ослабляли смешанную биопленку, показывая, что сообщество зависит от тонко сбалансированного содержания меди в окружающей среде.
Доктор Дагган сказала: «Самым поразительным было то, что смешанная биопленка оказалась гораздо более чувствительной к воздействию меди, чем каждый из этих организмов по отдельности. Это говорит о том, что мы изучаем биологию их взаимодействия».
Исследование также подтвердило, что медь влияет на физическую структуру биоплёнки. Предварительные тесты показывают, что методы с использованием меди могут помочь разрушить эти микробные сообщества.
«Смешанные инфекции представляют собой серьезную клиническую проблему, однако мы все еще относительно мало знаем о молекулярных механизмах, происходящих внутри этих сообществ. Наша работа показывает, что такие микроэлементы, как медь, могут влиять на то, конкурируют ли патогены друг с другом, сотрудничают ли они или становятся более устойчивыми к лечению. Если мы сможем определить условия, при которых эти микробные сообщества распадаются, у нас получится разработать более эффективные способы их разделения», — добавила Дагган.
Исследование подчеркивает важность изучения не только инфекций, вызванных одним патогеном, но и кооперативного поведения, которое может проявляться при совместном росте грибов и бактерий. Статья опубликована в журнале Microbiology.
[Фото: Christian Hacker, Orlando Ross and Seána Duggan, University of Exeter]
