Mucin–Pseudomonas aeruginosa interactions promote biofilm formation and antibiotic resistance

Mol Microbiol 59: 142-151 (2006)

Speaker：楊朝傑                           Time：2/15/2006, 15:10~16:00

Commentator：何漣漪老師                   Place：Room 601

Abstract：

Pseudomonas aeruginosa是屬於革蘭氏陰性的桿菌，普遍存在於我們週遭環境的土壤及水當中，所以在一段的情況下我們並不會受到這種細菌的感染，除了在一些免疫力不全以及患有慢性肺疾病的病人才會遭受P. aeruginosa伺機性的感染。在P. aeruginosa所造成的疾病當中，最受大家注意的就是cystic fibrosis這個疾病，cystic fibrosis是在白種人的族群中，相當常見的一種致死性的遺傳疾病。而在cystic fibrosis的呼吸道當中，P. aeruginosa容易在其中形成biofilm的結構。Biofilm對於細菌在感染的致病過程中有幾項好處，第一就是能增加對於抗生素的抗藥性，第二則能避免被宿主的免疫系統所清除(圖一)。所以一但P. aeruginosa在感染過程形成biofilm，就會造成治療上的困難。因此有許多人研究biofilm如何形成的機制，根據之前的一些研究發現，biofilm所附著的物質表面對於biofilm的形成有很大的影響^1,2。為了想要了解P. aeruginosa在cystic fibrosis的呼吸道中，是否也會因為細菌黏附的物質不同而去影響了biofilm的形成，作者們發展了一項技術，將在cystic fibrosis的呼吸道中會出現的的一些物質，例如DNA、actin以及mucin coating在玻璃表面上，並進一步的去觀察是否因為這些不同的物質會去影響biofilm的形成。實驗的結果發現到，當在玻璃表面上coating上mucin時，所產生的biofilm與玻璃表面上coating上DNA與actin有相當大的差異，在mucin上的biofilm形成了巨大的細胞聚集的情形，並且是分散個別獨立的異質化結構，形成這樣結構的biofilm對於抗生素具有更顯著的抵抗性。作者們推測產生此種結構的原因是由於細菌是否能在物質表面具有移動的能力造成的，因此，他們利用time-lapse microscopy的觀察以及利用在移動能力上有缺失的突變株，進一步去分析biofilm的形成，結果發現到細菌在mucin的表面時，其物質上的移動能力會受到限制；並且mucin與P. aeruginosa表面的adhesin專一的作用會導致細菌固定在物體的表面上，才會進一步的產生細胞聚集的biofilm的結構。根據這些發現，在cystic fibrosis的呼吸道當中，mucin確實扮演了直接去影響P. aeruginosa其biofilm的結構及功能的重要角色³(圖二)。

References：

1.       P.E. Kolenbrander. Oral microbial communities: biofilms, interactions, and genetic systems. Annu Rev Microbiol 54: 413–437 (2000).

2.       D.P. Bakker, B.R. Postmus, H.J. Busscher, and H.C. van der Mei. Bacterial strains isolated from different niches can exhibit different patterns of adhesion to substrata. Appl Environ Microbiol 70: 3758–3760 (2004).

3.       R.M. Landry, D. An, J.T. Hupp, P.K. Singh, and M.R. Parsek. Mucin–Pseudomonas aeruginosa interactions promote biofilm formation and antibiotic resistance. Mol Microbiol 59: 142-151 (2006).