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Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 9678 (2022) Citare questo articolo

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In un ospite umano, i batteri patogeni dello Staphylococcus aureus e del fungo Candida albicans formano un biofilm misto che causa grave mortalità e morbilità. Tuttavia, mancano ricerche sulla formazione e sull’eradicazione dei biofilm misti in condizioni dinamiche. Pertanto, questo studio ha utilizzato una tecnica microfluidica per analizzare la formazione in tempo reale di biofilm mono e doppia specie (S. aureus e C. albicans) e il trattamento ottico non invasivo del biofilm maturo stabilito utilizzando luce laser da 405 nm. Un miscelatore a spina di pesce ha mescolato accuratamente sia le cellule batteriche che quelle fungine nel mezzo di crescita prima di essere iniettato nei canali di osservazione sul chip microfluidico. Ad una portata di 1,0 µl/min di terreno di crescita per 24 ore, la copertura del biofilm batterico era fino al 15% superiore a quella del biofilm fungino (50% per i batteri contro 35% per i funghi). D'altra parte, il biofilm a doppia specie ha prodotto la copertura più alta, pari a circa il 96,5%, a causa dell'interazione collettiva tra S. aureus e C. albicans. Il numero di eventi di proliferazione cellulare in S. aureus è stato superiore a quello di C. albicans per 12 ore, il che indica che il biofilm di S. aureus si è sviluppato più velocemente di C. albicans. La nuova piattaforma di test in situ ha mostrato un significativo effetto battericida (80%) della luce laser da 405 nm a 1080 J/cm2 nei confronti del biofilm consolidato di S. aureus, mentre lo stesso trattamento ha rimosso circa il 69% delle cellule miste nel doppio -biofilm della specie. Questo studio ha rivelato che la piattaforma microfluidica sviluppata potrebbe essere utilizzata per monitorare la formazione di biofilm a doppia specie in tempo reale e gli effetti antimicrobici indotti dal laser sui biofilm a doppia specie.

I microrganismi esistono in comunità complesse, inclusi ambienti ospiti, clinici e industriali1,2. La presenza di comunità microbiche complesse è benefica per una o entrambe le specie microbiche presenti nell'ambiente3. Inoltre, le interazioni polimicrobiche presentano numerosi vantaggi, tra cui cambiamenti nelle risposte immunitarie dell’ospite, nella patogenesi microbica e nella virulenza4. Le interazioni polimicrobiche in numerosi ambienti naturali, compreso l'ospite, determinano la formazione di biofilm, che contengono microcolonie eterogenee di cellule microbiche circondate da sostanze polimeriche extracellulari autoprodotte5. Le popolazioni microbiche nel biofilm si avvantaggiano ampiamente a vicenda in termini di scambio di nutrienti, metaboliti, molecole di segnalazione, materiale genetico, resistenza al trattamento antimicrobico e protezione dalle risposte immunologiche dell'ospite6,7,8.

Le infezioni causate da biofilm polimicrobici hanno comportato un tasso di mortalità più elevato (70%) rispetto a quello causato da biofilm monospecie9. La maggior parte delle informazioni sul processo di formazione del biofilm e sulle caratteristiche di virulenza sono state raccolte da una singola specie batterica9. La maggior parte dei test di sensibilità per gli agenti antimicrobici si basa interamente su colture cellulari planctoniche monospecie, che aumentano la possibilità di fallimento nel trattamento delle infezioni polimicrobiche10,11. Nel contesto contemporaneo, la ricerca sui biofilm polimicrobici che impiegano comunità microbiche multispecie è di notevole interesse nel determinare il reale impatto del biofilm polimicrobico sull'ospite naturale, sui contesti clinici e industriali4. I ricercatori si concentrano sull'interazione tra funghi e batteri per comprendere le interazioni polimicrobiche a livello interregionale12,13. Gli agenti patogeni fungini, in particolare la Candida albicans, sono stati spesso coisolati con numerose specie batteriche patogene della cavità orale, della pelle e della superficie mucosa, del tratto gastrointestinale, dei polmoni e della superficie vulvovaginale14,15. Staphylococcus aureus e C. albicans sono stati identificati insieme da varie malattie associate al biofilm, tra cui fibrosi cistica, cheratite, polmonite associata a ventilazione, stomatite da protesi, periodontite, tratto urinario e infezioni da ustioni, come esaminato da Carolus et al.14. S. aureus produce diversi fattori di virulenza, tra cui proteasi, emolisina, leucocidine, enterotossine, molecole immunomodulatorie e tossine esfolianti16. Allo stesso modo, la patogenicità di C. albicans ha mostrato vari fattori di virulenza, come cambiamenti morfologici, sviluppo di biofilm, produzione di adesina, rilascio di enzimi idrolitici e penetrazione della superficie della cellula ospite4,17.