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Scientific Reports volume 12, Artigo número: 9678 (2022) Citar este artigo

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Em um hospedeiro humano, a bactéria Staphylococcus aureus e os patógenos fúngicos Candida albicans formam um biofilme misto que causa mortalidade e morbidade graves. No entanto, faltam pesquisas sobre a formação e erradicação de biofilmes mistos em condições dinâmicas. Assim, este estudo empregou uma técnica microfluídica para analisar a formação em tempo real de biofilmes de espécies mono e duplas (S. aureus e C. albicans) e o tratamento óptico não invasivo do biofilme maduro estabelecido usando luz laser de 405 nm. Um misturador de espinha de peixe misturou completamente as células bacterianas e fúngicas no meio de crescimento antes de ser injetado nos canais de observação no chip microfluídico. A uma vazão de 1,0 µL/min de meio de crescimento por 24 h, a cobertura do biofilme bacteriano foi até 15% maior que a do biofilme fúngico (50% para bactérias vs. 35% para fungos). Por outro lado, o biofilme de duas espécies rendeu a maior cobertura de ~ 96,5% devido à interação coletiva entre S. aureus e C. albicans. O número de eventos de proliferação celular em S. aureus foi maior que o de C. albicans por 12 h, o que indica que o biofilme de S. aureus se desenvolveu mais rapidamente que o de C. albicans. A nova plataforma de teste in situ mostrou um efeito bactericida significativo (80%) da luz laser de 405 nm a 1080 J/cm2 em relação ao biofilme estabelecido de S. aureus, enquanto o mesmo tratamento removeu aproximadamente 69% das células mistas no duplo -biofilme de espécie. Este estudo revelou que a plataforma microfluídica desenvolvida poderia ser utilizada para monitorar a formação de biofilmes de duas espécies em tempo real e efeitos antimicrobianos induzidos por laser em biofilmes de duas espécies.

Os microrganismos existem em comunidades complexas, incluindo ambientes hospedeiros, clínicos e industriais1,2. A presença de comunidades microbianas complexas é benéfica para uma ou ambas as espécies microbianas no ambiente3. Além disso, as interações polimicrobianas apresentam inúmeras vantagens, incluindo alterações nas respostas imunes do hospedeiro, na patogênese microbiana e na virulência4. Interações polimicrobianas em numerosos ambientes naturais, incluindo o hospedeiro, resultam na formação de biofilmes, que contêm microcolônias heterogêneas de células microbianas rodeadas por substâncias poliméricas extracelulares autoproduzidas5. As populações microbianas no biofilme beneficiam-se amplamente em termos de troca de nutrientes, metabólitos, moléculas sinalizadoras, materiais genéticos, resistência ao tratamento antimicrobiano e proteção contra respostas imunológicas do hospedeiro6,7,8.

As infecções causadas por biofilmes polimicrobianos resultaram em taxa de mortalidade maior (70%) do que a causada por biofilmes monoespécies9. A maioria das informações sobre o processo de formação de biofilme e características de virulência foi coletada de uma única espécie bacteriana9. A maior parte dos testes de suscetibilidade a agentes antimicrobianos é inteiramente baseada em cultura de células planctônicas monoespécies, o que aumenta a chance de falha no tratamento de infecções polimicrobianas10,11. No contexto contemporâneo, a pesquisa sobre biofilmes polimicrobianos que empregam comunidades microbianas multiespécies é de considerável interesse na determinação do verdadeiro impacto do biofilme polimicrobiano no hospedeiro natural, nos ambientes clínicos e industriais4. Os pesquisadores estão focados na interação entre fungos e bactérias para compreender as interações polimicrobianas em nível inter-reino12,13. Patógenos fúngicos, particularmente Candida albicans, têm sido frequentemente co-isolados com numerosas espécies bacterianas patogênicas da cavidade oral, pele e superfície mucosa, trato gastrointestinal, pulmões e superfície vulvovaginal14,15. Staphylococcus aureus e C. albicans foram identificados juntos em várias doenças associadas ao biofilme, incluindo fibrose cística, ceratite, pneumonia associada à ventilação mecânica, estomatite protética, periodontite, trato urinário e infecções por queimaduras, conforme revisado por Carolus et al.14. S. aureus produz vários fatores de virulência, incluindo proteases, hemolisina, leucocidinas, enterotoxina, moléculas imunomoduladoras e toxina esfoliante16. Da mesma forma, a patogenicidade de C. albicans exibiu vários fatores de virulência, como alterações morfológicas, desenvolvimento de biofilme, produção de adesina, liberação de enzimas hidrolíticas e penetração na superfície da célula hospedeira4,17.