Грибковый патоген Candida albicans может образовывать биопленки, которые защищают его от лекарственных препаратов и иммунной системы.
Клетки биопленки выделяют внеклеточные везикулы (EVs), которые способствуют формированию внеклеточного матрикса и развитию резистентности к противогрибковым препаратам. Внеклеточные везикулы (EVs) опосредуют нетрадиционный транспорт биологически активных молекул, которые содержатся в небольших липидных бислоях после их высвобождения из клеток. EVs встречаются во всех сферах жизни, и большинство микроорганизмов производят EVs как неотъемлемую часть своего жизненного цикла. Известно, что EV играют разнообразную роль в доставке эффекторов к клеткам-мишеням, но сложность состава груза ограничивает возможность анализа функций отдельных компонентов. В результате знания о роли конкретного содержимого EV остаются фрагментарными.
Преобладающей средой роста для большинства микроорганизмов являются сообщества биопленок, ассоциированных с поверхностью. Эти клеточные популяции обычно имеют высокую плотность и характеризуются заключением организмов в полимерную матрицу. Образованная микробами матрица часто обеспечивает защиту от антимикробной терапии и других внешних стрессовых факторов.
В медицинских условиях образование биопленок и связанная с этим лекарственная резистентность приводят к персистенции заболевания. Наша работа посвящена Candida, наиболее распространенному патогенному грибковому возбудителю биопленок, встречающемуся у пациентов. Биопленка Candida не поддается лечению, и это свойство связано с защитным внеклеточным матриксом, и летальность среди пациентов с сохранившимися биопленками высока. Помимо производства матрикса и распространения ассоциированных с поверхностью сообществ, динамический процесс формирования биопленки также включает процесс рассеивания сообщества.
Во время заболевания клетки, рассеянные из биопленок, ассоциированных с медицинскими устройствами, служат питательной средой для распространения инвазивного заболевания. Предыдущие работы показали, что содержание EV в C. albicans существенно отличается при переходе организма от планктонного роста к росту биопленки. Последующие исследования показали, что EVs биопленок Candida способствуют формированию внеклеточного матрикса и устойчивости к противогрибковым препаратам. В настоящей работе мы изучили влияние EVs на всех этапах естественного течения биопленочной инфекции.
Наши исследования показывают, что EVs играют разнообразную роль в развитии биопленки C. albicans, и что функции EVs опосредуются специфическими белками, которые EVs транспортируют в виде груза. Исследования бактерий ранее показали, что EVs играют роль в формировании биопленки, как и наши собственные предыдущие исследования C. albicans. Однако, насколько нам известно, ни в одном другом исследовании не было показано, что добавление экзогенных везикул может модулировать множество атрибутов, связанных с биопленкой, и ни в одном исследовании не были определены функции, передаваемые везикулами, для нескольких отдельных грузовых белков.
Хорошо известно, что транскрипционная сеть управляет событиями в развитии биопленки; ключевые транскрипционные факторы, по отдельности или вместе, активируют целевые гены, необходимые для перехода дрожжей в гифы, адгезии, лекарственной резистентности и дисперсии. Наши исследования показывают, что существует параллельная сеть EV, которая влияет на многие из тех же событий, что EV действуют через "целевые" грузовые белки, и что по своей природе сеть EV способна передавать информацию между членами сообщества биопленки.
EVs хорошо подходят для координации регуляции развития биопленки. Одна из ключевых особенностей заключается в том, что их концентрация дает представление о плотности местных клеток и, следовательно, позволяет клеткам оценить возможность формирования биопленки. Вторая особенность заключается в том, что содержание специфических для биопленки EV может указывать на то, сформировалась ли уже поблизости биопленка, информируя возможное клеточное решение между присоединением к существующей биопленке или созданием новой.
Таким образом, помимо обмена ресурсами для биогенеза матрикса, наши результаты позволяют предположить, что EVs играют информационную роль, которая в широком смысле формирует физиологическое поведение сообщества. Такой взгляд на EVs и их грузы как на регуляторы функций различных событий, связанных с биопленкой, может указать на новые терапевтические пути, направленные на различные фазы роста биопленки.
В этой работе мы также определяем отдельные грузовые белки EV, ответственные за сборку матрикса и лекарственную резистентность, ассоциированную с биопленкой. Мы также обнаружили роль грузовых белков в адгезии и диссеминации. Наши результаты подтверждают, что EVs обеспечивают координацию сообщества на протяжении всего развития биопленки C. albicans.
