میکروب هایی که ما را بیمار می کنند اغلب راه هایی برای فرار از حملات ما به آنها دارند. شاید مهمترین این استراتژی ها، یک گوه چسبناک و زره مانند به نام ماتریکس بیوفیلم باشد که خوشه هایی از ارگانیسم های بیماری زا را در بر می گیرد.
این دفاع گاهی اوقات به روش های تراژیک کار می کند. برای مثال، بیوفیلم‌ها به‌راحتی و به‌طور نامرئی بر روی دستگاه‌های پزشکی مانند کاتترها و ایمپلنت‌ها تشکیل می‌شوند و در برابر داروهایی که ممکن است آنها را درمان کنند، بسیار مقاوم هستند. عفونت هایی که آنها ایجاد می کنند سالانه ده ها هزار جان و میلیاردها دلار در ایالات متحده هزینه می کنند
دیوید آندز، استاد پزشکی در دانشکده پزشکی و بهداشت عمومی دانشگاه ویسکانسین می گوید: “هیچ ضد میکروبی تایید شده ای برای درمان بیوفیلم ها وجود ندارد. تنها راه برای درمان بیوفیلم، حذف فیزیکی آن از بدن است.”
در یک مطالعه جدید که برای درک بهتر و مبارزه با این ساختارها طراحی شده است، آندس و همکارانش برخی از پروتئین های کلیدی موجود در بیوفیلم های قارچ را شناسایی کردند. کاندیدا آلبیکنس که هم نحوه مقاومت آنها در برابر داروهای ضد قارچی و هم نحوه پراکندگی آنها در بدن را کنترل می کند.
در حالی که کار بیشتری لازم است، پروتئین های تازه شناسایی شده اهداف دارویی بالقوه ای را برای مختل کردن دفاع ضد میکروبی پاتوژن فراهم می کنند. در واقع، این مطالعه نشان داد که کاندیدا که قادر به ساخت برخی از این پروتئین ها نبودند، نسبت به فلوکونازول ضد قارچ موجود بسیار حساس تر بودند.
با این حال، تداخل با برخی از همین پروتئین‌ها باعث می‌شود که بیوفیلم‌ها در مدل عفونت موش به کلیه‌ها گسترش پیدا کنند. این نقصی است که تحقیقات بیشتر باید برطرف شود.
آندس و تیمش، که شامل استاد زیست شناسی دانشگاه جورجیا، آرون میچل بود، یافته های خود را در 29 اکتبر در مجله منتشر کردند. ارتباطات طبیعت
کاندیدا موجودی مرموز است این قارچ اغلب در افراد سالم و روی افراد سالم خانه می‌کند و هیچ اثر بدی ندارد. اما می تواند به راحتی افراد دارای نقص ایمنی را آلوده کند، حتی آنهایی که در شرایط دیگر خوب هستند.
بیوفیلم‌ها از سوپ پیچیده‌ای از موادی تشکیل شده‌اند که توسط سلول‌های فردی از جمله پروتئین‌ها ترشح می‌شوند. محققان از یک الگوریتم یادگیری ماشینی برای غربالگری صدها مورد از این پروتئین ها برای شناسایی نامزدهای احتمالی درگیر در تولید و عملکرد بیوفیلم استفاده کردند. آنها 63 پروتئین را برای بررسی بیشتر شناسایی کردند.
زمانی که محققان ایجاد کردند کاندیدا جهش یافته هایی که قادر به ساخت این پروتئین ها نبودند، 13 مورد از آنها در آزمایش های آزمایشگاهی نسبت به فلوکونازول ضد قارچی حساس تر شدند.
آزمایشگاه آند، که در توسعه مدل‌های حیوانی برای آزمایش مقاومت دارویی تخصص دارد، پروتئین‌های مدل موش را که شامل کاتترهای وریدی بود نیز بررسی کرد. این کاتترها که در رگ‌های بزرگ قرار می‌گیرند، اغلب برای ماه‌ها در جای خود رها می‌شوند تا به تحویل داروها کمک کنند، مانند طی درمان شیمی‌درمانی. از آنجایی که کاتترها مدت زیادی را در بدن می گذرانند، در معرض ابتلا به عفونت هستند.
هنگامی که محققان چهار جهش از 13 جهش قارچی حساس به دارو را در مدل موش آزمایش کردند، هر چهار مورد مانند آزمایش‌های آزمایشگاهی قبلی در برابر فلوکونازول حساس باقی ماندند. در حالی که ضد قارچ به سختی بر روی نرمال تاثیر می گذارد کاندیدا بیوفیلم، جمعیت قارچ های جهش یافته را 30 برابر یا بیشتر کاهش می دهد.
بیوفیلم ها فقط باعث ایجاد مقاومت دارویی نمی شوند. آنها کل چرخه زندگی یک پاتوژن را تحت تأثیر قرار می دهند. آندس می گوید: “آخرین مرحله در چرخه زندگی یک بیوفیلم پراکندگی است. سلول ها از بیوفیلم خارج شده و به سایر قسمت های بدن پخش می شوند.” این پراکندگی در سطح بدن خطر ابتلا به عفونت ها را تا حد زیادی افزایش می دهد.
محققان 17 جهش یافته را پیدا کردند که بر این فرآیند پراکندگی تأثیر گذاشتند. اکثر آنها با سهولت بیشتری پراکنده شدند. سه مورد از این جهش‌یافته‌های با پراکندگی بالا که روی موش‌ها آزمایش شدند، منجر به افزایش بیش از 10 برابری در انتشار شدند. کاندیدا به کلیه ها
جالب اینجاست که دو تا از جهش‌یافته‌ها هر دو نسبت به ضد قارچ‌ها حساس‌تر بودند و احتمال بیشتری داشت که در کلیه پراکنده شوند، ترکیبی از پیامدهای بالینی مثبت و منفی. آندز می گوید این همپوشانی عملکرد – تا حدی ضد میکروبی و تا حدی کنترل کننده پراکندگی – نشان می دهد که پروتئین ها نقش های پیچیده ای در بیوفیلم ها ایفا می کنند.
آزمایشگاه آند قبلاً دارویی را شناسایی کرده است که می تواند در دفاع از قارچ تداخل ایجاد کند. آنها اخیرا دریافتند که توربین‌مایسین ضد قارچ – که آندس و همکارانش در سال 2020 کشف کردند – می‌تواند مانع شود. کاندیداتوانایی ترشح این پروتئین ها و سایر اجزای بیوفیلم، باعث می شود که پاتوژن بیشتر در برابر داروها حساس شود.
این کار توسط مؤسسه ملی بهداشت (Grant R01AI073289) پشتیبانی شد.