생물막 평가

Jun 04, 2024

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18669(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

생물막 형성은 임상 환경에서 수술 후 합병증의 주요 원인 중 하나입니다. 이 연구에서 우리는 의학적으로 관련된 표면인 폴리스티렌(PS)과 티타늄(Ti)에서 다양한 삽입물 주위 감염 관련 병원체의 생물막 형성 능력을 프로파일링했습니다. 우리는 또한 특정 환경 스트레스 요인인 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)가 생물막 형성에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다. 첫째, 콩고 레드 테스트에서는 모든 미생물이 72시간 이내에 생물막을 형성하는 것으로 나타났습니다. 그런 다음 24, 48, 72시간 동안 PS와 72시간 동안 Ti 플레이트에서 생물막 형성량을 측정했습니다. 일부 미생물은 다른 표면보다 한 표면을 선호하는 반면, 다른 미생물은 표면 물질에 관계없이 일관된 수준의 생물막을 형성했습니다. Staphylococcus lugdunenensis가 가장 강력한 반면, Enterococcus faecalis와 Staphylococcus aureus는 가장 약했습니다. 탄화수소에 대한 박테리아 부착(BATH) 테스트는 생물막 형성 능력이 세포 표면 소수성(CSH)과 직접적인 상관관계가 없음을 나타냅니다. 마지막으로, 외부 신호인 EGCG를 적용하여 각 미생물의 생물막 형성을 시험했습니다. EGCG는 각 미생물의 능력을 다르게 조절했지만, 변화는 대부분의 병원체의 표면 전반에 걸쳐 일관되었습니다. 이 연구는 생물막 형성 능력을 상대적으로 비교함으로써 삽입물 주위 감염 관련 병원체의 광범위한 스펙트럼을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

생물막은 다당류, 단백질, 지질 및 DNA와 같은 자체 생산된 세포외 고분자 물질로 구성된 세포외 기질에 내장된 조직화된 박테리아 공동체입니다1. 다양한 자극은 박테리아가 표면에 생물막을 형성하도록 유도하고2 플랑크톤 성장 모드3와 다르게 행동합니다. 수술 부위 감염과 같은 위험한 세균 감염은 일반적인 항생제로부터 보호되는 이러한 세균에 기인합니다4,5. 박테리아는 특히 임플란트와 같은 의료 기기에 생물막을 형성하여 카테터 관련 요로 감염, 임플란트 주위 점막염 및 임플란트 주위염을 유발합니다6,7,8. 생물막 형성에 대한 더 나은 이해는 이러한 전염병을 예방하기 위한 전략에 영감을 줄 수 있습니다.

생물막은 외부에서 침입하는 박테리아뿐만 아니라 병원성을 띠는 공생 박테리아에 의해서도 형성될 수 있습니다9. 공생 박테리아는 항균제를 생산하고 영양분이나 접착 부위를 놓고 경쟁함으로써 정상적인 생리학적 조건에서 병원균의 집락화 및 침입으로부터 숙주를 보호합니다. 이는 병리학적 또는 면역학적으로 손상된 조건에서 변화하며, 숙주를 손상시키는 염증성 질환을 촉진할 수 있습니다11. 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 심각한 전염병의 주요 원인으로 확인된 대표적인 두 가지 세균종입니다12. 황색 포도상구균은 일반적으로 정상적인 피부 상재균, 점막 및 생식 기관에서 발견되는 인간 미생물총의 공생체로 작용합니다13,14,15. 그러나 이 박테리아는 가벼운 감염부터 생명을 위협하는 질병까지 다양한 질병을 일으킬 수 있습니다. 메티실린 내성 S. aureus와 같은 항생제 내성 균주는 임상에서 특히 문제가 됩니다16. 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 면역이 저하된 개인들 사이에서 발생하는 기회 감염성 병원체입니다. 비록 S. aureus만큼 독성은 없지만 P. aeruginosa는 ​​카테터와 같은 의료 기기의 가장 빈번한 집락 형성자입니다18. Staphylococcus lugdunensis와 같은 응고효소 음성 포도상구균도 많은 삽입물 주위 관절 감염을 유발합니다19. 의료용 임플란트와 관련된 다른 주목할만한 병원성 박테리아로는 연쇄상구균(Streptococcus)과 장구균(Enterococcus) 종이 있습니다20.

다양한 생물학적 메커니즘이 생물막 형성을 조절합니다. 대표적인 예가 쿼럼센싱인데, 이는 세포 집단 밀도에 반응하여 유전자 발현을 조절하는 능력입니다21. 미생물의 구조적 특성도 생물막 형성을 결정합니다22. 실제로, 생물막은 내부 및 외부 요인을 포함하는 박테리아 공동체의 통합된 결과입니다. 그러나 그 안에 있는 각 미생물은 동일한 환경 신호에 다르게 반응하여 생물막을 형성하는 고유한 능력을 가질 수 있습니다. 그러나 생물막에 관한 대부분의 연구는 하나의 특정 종 또는 소수의 종에 초점을 맞춰 왔습니다23,24,25. 우리는 박테리아 공동체의 생물막 관련 행동을 포괄적으로 이해하기 위해서는 집단적 접근이 필요하다고 믿었습니다. 본 연구를 통해 우리는 의학적으로 관련된 광범위한 병원체의 생물막 형성 능력을 테스트하고 실제 임상 상황과 유사한 조건에서 어떤 미생물이 생물막 형성에 강력한지 확인하려고 시도했습니다.