Бактерии обычно живут в сложных биологических сообществах, известных как биопленки; они доминируют во всех средах обитания на поверхности Земли, за исключением океанов, где 20-80% бактериальных клеток существуют в виде биопленок.
Биопленки часто состоят из нескольких видов микроорганизмов, каждый из которых обладает своими уникальными особенностями, придавая им определенные развитые и уникальные функции, которых нет у их одновидовых аналогов (Flemming et al., 2016). Такие биопленки, называемые мультивидовыми биопленками, часто встречаются на широком спектре медицинских устройств и связаны со значительным количеством бактериальных инфекций человека, представляя собой серьезную проблему для здоровья людей и экономическое бремя для систем здравоохранения.
Экологическое и медицинское значение бактериальных биопленок хорошо известно. Биопленки труднее контролировать, чем их планктонные свободноживущие аналоги, и совсем недавно фокус исследований сместился на мультивидовые консорциумы, которые представляют собой подавляющее большинство реальных сценариев развития инфекции. Начались исследования по изучению сложных межвидовых взаимодействий внутри этих биопленок. Однако роли клеточных метаболитов в межклеточной коммуникации в настоящее время уделяется очень мало внимания.
Формирование мультивидовых биопленок - сложный процесс, координируемый последовательным взаимодействием различных видов. Эти взаимодействия в бактериальном сообществе высокоспецифичны и часто изменяют структурную и функциональную динамику всего сообщества биопленки, усиливая защитные свойства, а также характеристики вирулентности. Эти пространственные взаимодействия, возникающие в результате высокого уровня видовой гетерогенности, делают эти биопленки очень резистентными к традиционным антимикробным препаратам, что обуславливает необходимость поиска эффективных альтернативных методов лечения (Flemming et al., 2016).
Понимание межвидовых взаимодействий в мультивидовых биопленках позволит обнаружить новые мишени для борьбы с биопленками в экологических, промышленных и клинических условиях. В данном обзоре мы обсуждаем важные последние литературные данные, чтобы продемонстрировать наше текущее понимание межвидовых взаимодействий в мультивидовой биопленке. Далее в обзоре мы описываем метаболическую гетерогенность таких биопленок - фактор, влияющий на их восприимчивость к антибиотикам; и, наконец, мы освещаем последние достижения в лечении инфекций, связанных с биопленками, уделяя особое внимание открытию неантибиотических альтернативных вариантов лечения.
Негативные последствия бактериальных биопленок хорошо известны. Многие стратегии лечения биопленок были направлены на воздействие на защитную полимерную матрицу, которая защищает бактериальное сообщество от антимикробных агентов. Помимо таких структурных целей, в данном обзоре мы установили, что физиологические взаимодействия между клетками в биопленке действительно могут служить еще одним важным направлением, которое стоит изучить как потенциальную цель лечения. Известно, что ряд физиологических взаимодействий, в первую очередь рецептор-опосредованная агрегация клеток, межклеточная сигнализация, метаболическая коммуникация и горизонтальный перенос генов, поддерживают жестко регулируемую и функциональную биомассу биопленки для защиты сообщества от стресса, в том числе от антимикробных агентов.
В то время как были идентифицированы ингибиторы межклеточной сигнализации (QS-ингибиторы), лишь незначительный прогресс был достигнут в нацеливании на другие пути межклеточного взаимодействия. Например, ингибирование метаболических коммуникаций, например, через глобальные транскрипционные регуляторы, такие как циклический AMP или c-di-GMP, как ожидается, будет препятствовать межклеточным взаимодействиям, даже между различными видами, что может иметь потенциальное значение для лечения мультивидовых биопленок.
В обзоре подчеркивается необходимость перехода стратегии уничтожения биопленок от нынешнего воздействия на структурные образования биопленки к воздействию на метаболические коммуникации, лежащие в основе взаимодействия между клетками, что, как ожидается, позволит найти долгосрочные решения для лечения.
