バイオフィルムの評価

Jun 04, 2024

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18669 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

バイオフィルムの形成は、臨床現場における手術後の合併症の主な原因の 1 つです。 この研究では、医学的に関連する表面、ポリスチレン (PS) およびチタン (Ti) 上でのさまざまなプロテーゼ周囲の感染関連病原体のバイオフィルム形成能力をプロファイルしました。 また、特定の環境ストレス因子であるエピガロカテキンガレート（EGCG）がバイオフィルムの形成にどのように影響するかについても調査しました。 まず、コンゴレッドテストにより、すべての微生物が 72 時間以内にバイオフィルムを形成することが明らかになりました。 次に、PS 上で 24、48、および 72 時間、および Ti プレート上で 72 時間のバイオフィルム形成量を測定しました。 一部の微生物は一方の表面を他方の表面よりも好みましたが、他の微生物は表面の材質に関係なく一貫したレベルのバイオフィルムを形成しました。 Staphylococcus lugdunenensis が最も強力でしたが、Enterococcus faecalis と Staphylococcus aureus が最も弱かったです。 炭化水素に対する細菌接着（BATH）試験では、バイオフィルム形成能力が細胞表面疎水性（CSH）と直接相関していないことが示されました。 最後に、外部シグナルである EGCG を適用して、各微生物のバイオフィルム形成を試みました。 EGCG は各微生物の能力を異なる方法で調節しましたが、その変化はほとんどの病原体の表面全体で一貫していました。 この研究は、バイオフィルム形成能力を相対的に比較することにより、プロテーゼ周囲の感染に関連する広範な病原体をより深く理解するのに役立ちます。

バイオフィルムは、多糖類、タンパク質、脂質、DNA などの自己生成する細胞外ポリマー物質で構成される細胞外マトリックスに埋め込まれた組織化された細菌群集です1。 さまざまな刺激により、細菌は表面上にバイオフィルムを形成し 2、浮遊増殖モードとは異なる動作をします 3。 手術部位感染などの危険な細菌感染は、一般的な抗生物質から保護されているこれらの細菌が原因であると考えられています4,5。 細菌は特にインプラントなどの医療機器上でバイオフィルムを形成し、カテーテル関連尿路感染症、インプラント周囲粘膜炎、インプラント周囲炎を引き起こします6、7、8。 バイオフィルム形成をより深く理解することで、これらの感染症を予防する戦略が生まれます。

バイオフィルムは、外部から侵入した細菌だけでなく、病原性となる常在細菌によっても形成されることがあります9。 共生細菌は、抗菌物質を産生し、栄養素や接着部位をめぐって競合することにより、通常の生理学的条件下で宿主を定着や病原体の侵入から保護します10。 これは、病理学的または免疫学的に損なわれた状態では変化し、宿主に損傷を与える炎症性疾患を促進する可能性があります11。 黄色ブドウ球菌と緑膿菌は、重篤な感染症の主な原因として特定されている 2 つの代表的な細菌種です12。 黄色ブドウ球菌は通常、正常な皮膚細菌叢、粘膜、生殖管に見られるヒト微生物叢の共生生物として機能します13、14、15。 しかし、この細菌は軽度の感染症から生命を脅かす病気まで、さまざまな病気を引き起こす可能性があります。 メチシリン耐性黄色ブドウ球菌のような抗生物質耐性株は、診療所で特に問題となります16。 緑膿菌は、免疫不全の人の間で起こる日和見病原体です17。 黄色ブドウ球菌ほど毒性はありませんが、緑膿菌はカテーテルなどの医療機器に最も頻繁に定着します 18。ブドウ球菌などのコアグラーゼ陰性ブドウ球菌も、多くの人工関節周囲感染症を引き起こします 19。 医療用インプラントに関連する他の注目すべき病原性細菌には、連鎖球菌および腸球菌種が含まれます20。

さまざまな生物学的メカニズムがバイオフィルムの形成を制御します。 代表的な例の 1 つはクオラム センシングです。これは、細胞集団密度に応じて遺伝子発現を調節する機能です 21。 微生物の構造的特徴もバイオフィルムの形成を決定します22。 実際、バイオフィルムは、内部要因と外部要因を含む細菌群集の総合的な結果です。 しかし、その中の各微生物は、同じ環境シグナルに対して異なる反応を示し、バイオフィルムを形成する独自の能力を持っている可能性があります。 しかし、バイオフィルムに関するほとんどの研究は、1 つの特定または少数の種に焦点を当てています 23、24、25。 私たちは、細菌群集のバイオフィルム関連の挙動を包括的に理解するには、集合的なアプローチが必要であると考えました。 この研究を通じて、我々は広範な医療関連病原体のバイオフィルム形成能力を検査し、どの微生物が実際の臨床状況と同様の条件下でバイオフィルム形成に強いかを確認することを試みた。