Информация

6.11B: Биопленки - Биология

6.11B: Биопленки - Биология



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Цели обучения

  • Опишите биопленки

Биопленка - это совокупность микроорганизмов, в которой клетки прикрепляются друг к другу на поверхности. Эти клетки часто встроены в самопроизвольный матрикс внеклеточного полимерного вещества (EPS). Биопленка EPS, также называемая слизью, представляет собой полимерный конгломерат, состоящий из внеклеточной ДНК, белков и полисахаридов. Биопленки могут образовываться на живых или неживых поверхностях и могут преобладать в естественных, промышленных и больничных условиях.

Микробные клетки, растущие в биопленке, физиологически отличаются от планктонных клеток того же организма, которые, напротив, представляют собой отдельные клетки, которые могут плавать или плавать в жидкости. Микробы образуют биопленку в ответ на многие факторы, включая распознавание клетками специфических или неспецифических участков прикрепления на поверхности, пищевые сигналы или воздействие на планктонные клетки субингибирующих концентраций антибиотиков. Когда клетка переключается на режим роста биопленки, она претерпевает фенотипический сдвиг в поведении, при котором большие наборы генов регулируются по-разному.

Формирование биопленки начинается с прикрепления к поверхности свободно плавающих микроорганизмов. Эти первые колонисты изначально формируют слабую обратимую адгезию к поверхности за счет сил Ван-дер-Ваальса. Если колонистов сразу не отделить от поверхности, они могут закрепиться более надолго, используя структуры клеточной адгезии, такие как пили. Некоторые виды не могут прикрепляться к поверхности самостоятельно, но могут прикрепляться к матрице или непосредственно к более ранним колонистам. Именно во время этой колонизации клетки могут общаться посредством кворум-зондирования с использованием таких продуктов, как AHL. Как только колонизация началась, биопленка растет за счет комбинации клеточного деления и рекрутирования. Заключительный этап формирования биопленки известен как развитие; это стадия, на которой биопленка формируется и может изменяться только по форме и размеру. Развитие биопленки может сделать совокупную клеточную колонию (или колонии) устойчивой к антибиотикам.

Итак, пять этапов развития биопленки следующие:

  1. Первоначальное прикрепление
  2. Необратимая привязанность
  3. Созревание I
  4. Созревание II
  5. Дисперсия

Распространение клеток из колонии биопленок является важным этапом жизненного цикла биопленки. Распространение позволяет биопленкам распространяться и заселять новые поверхности. Ферменты, разрушающие внеклеточный матрикс биопленки, такие как дисперсин B и дезоксирибонуклеаза, могут играть роль в диспергировании биопленок. Ферменты, разрушающие матрицу биопленки, могут быть полезны в качестве агентов против биопленки. Недавние данные показали, что одна из жирных кислот, цис-2-деценовая кислота, способна вызывать диспергирование и ингибировать рост колоний биопленок. Это соединение, секретируемое синегнойной палочкой, индуцирует циклогетероморфные клетки у нескольких видов бактерий и дрожжей Candida albicans. Также было показано, что оксид азота вызывает распространение биопленок нескольких видов бактерий в субтоксичных концентрациях, поэтому он показывает потенциал для использования в лечении пациентов, страдающих хроническими инфекциями, вызванными биопленками.

Бактерии, живущие в биопленке, обычно имеют свойства, существенно отличающиеся от свободно плавающих бактерий того же вида, поскольку плотная и защищенная среда пленки позволяет им взаимодействовать и взаимодействовать различными способами. Одним из преимуществ этой среды является повышенная устойчивость к детергентам и антибиотикам, поскольку плотный внеклеточный матрикс и внешний слой клеток защищают внутреннюю часть сообщества. В некоторых случаях устойчивость к антибиотикам может увеличиваться в тысячу раз. Боковой перенос генов также значительно облегчается в биопленках и приводит к более стабильной структуре.

Однако биопленки не всегда менее восприимчивы к антибиотикам. Например, биопленочная форма Синегнойная палочка не имеет большей устойчивости к противомикробным препаратам, чем планктонные клетки в стационарной фазе, хотя, когда биопленка сравнивается с планктонными клетками в логарифмической фазе, биопленка действительно показывает большую устойчивость к противомикробным препаратам. Эта устойчивость к антибиотикам как в клетках с неподвижной фазой, так и в биопленках может быть связана с присутствием клеток-персистеров.

Ключевые моменты

  • Микробы образуют биопленку в ответ на многие факторы, включая распознавание клетками специфических или неспецифических участков прикрепления на поверхности, пищевые сигналы или воздействие на планктонные клетки субингибирующих концентраций антибиотиков.
  • Формирование биопленки начинается с прикрепления к поверхности свободно плавающих микроорганизмов. Эти первые колонисты изначально прикрепляются к поверхности за счет слабой обратимой адгезии за счет сил Ван-дер-Ваальса.
  • Если колонистов сразу не отделить от поверхности, они могут закрепиться более надолго, используя структуры клеточной адгезии, такие как пили.

Ключевые термины

  • биопленка: совокупность микроорганизмов, в которых клетки прикрепляются друг к другу на поверхности

Объясните, как можно использовать микроорганизмы в ответ на инциденты загрязнения, такие как разлив нефти.

а. & laquobioremediation & raquo - это использование микробов для удаления загрязнителей окружающей среды при разливе нефти

б. некоторые загрязнители метаболизируются / разлагаются микроорганизмами

c. микроорганизмами могут быть эубактерии / археи

d. микроорганизмы полезны в биоремедиации, потому что они могут очень быстро размножаться «бинарным делением»

е. микроорганизмы могут использовать загрязнители / разливы нефти / сырую нефть в качестве источников энергии / источников углерода / акцепторов электронов в клеточном дыхании

f. например: Псевдомонады б / у & «биоремедиация»

грамм. Pseudomonas требует питательных веществ, таких как калий и мочевина, для более быстрого метаболизма масла, и laquoso, распыляемый на разлив масла, помогает бактериям в их работе »


Новое лицо: от биохимии к биологии биопленок

После работы с бактериальными биопленками в качестве модели для понимания эволюции ферментов в сложных средах было трудно вернуться к одомашненным бактериям. В моей новой лаборатории мы продолжим объединять биологические биопленки и эволюционную биохимию.

Делиться

Скопируйте ссылку

В апреле 2019 года мы опубликовали в журнале Nature Microbiology мою любимую часть из шести удивительных лет, которые я провел в качестве постдокторанта в лаборатории Дэна Тауфика (Институт науки Вейцмана, Израиль). Проект был разработан в 2013 году с целью внести свой вклад в фундаментальную область биологии: эволюционную биохимию.

В целом эволюционная биохимия - это мультидисциплинарная область. Цель состоит в том, чтобы понять, как изменения в последовательности ДНК (мутации) влияют на функцию ферментов и, в свою очередь, на выживание организма в популяции. Благодаря быстрому размножению и техническим преимуществам бактерии, как правило, являются наиболее распространенным организмом, используемым в полевых условиях. Итак, эволюционный биохимик - это генетик, эколог, микробиолог и биохимик. Лично я всегда был склонен к биохимии. Мне нравится наблюдать, как биохимические свойства ферментов, такие как сродство связывания или каталитические обороты, коррелируют с выживаемостью бактерий. Итак, и моя аспирантура, и докторантура проводились в лабораториях эволюционной биохимии, где белки находятся в центре внимания.

Однако в эволюционной биохимии очень часто полезные мутации, полученные в лабораторных условиях, отличаются от тех, которые чаще всего встречаются в природе среди ортологов. В лаборатории Дэнни мы решили начать тестирование эволюции биопленок. Мы предположили, что, возможно, более сложные состояния роста бактерий, хотя и все еще в лабораторных условиях, могут лучше имитировать естественный отбор. Биопленки являются одним из наиболее распространенных состояний бактерий в природе и принципиально отличаются от популяций бактерий в условиях встряхивания (планктонных). Тем не менее, в эволюционной биохимии мы часто измеряем приспособленность в планктонном состоянии, а не в обычном и естественном состоянии бактерий - биопленке.

В нашей статье Nature Microbiology мы измерили пригодность мутаций в популяциях биопленок и сравнили результаты с типичным сценарием, полученным в условиях встряхивания. Я не буду здесь подробно останавливаться на выводах нашей статьи, вы также можете найти их в блоге «за бумагой» этого сообщества. Думаю, будет достаточно сказать, что во время моего постдока я получил много важных научных и личных уроков. Но, пожалуй, одним из самых актуальных является мой развился увлечение биопленками, и хотя в глубине души я биохимик, микробиология начала занимать важное место в моем научном интересе.

С моим новым подходом, ориентированным на биопленки, в июле прошлого года я открыл свою собственную лабораторию на кафедре патологии растений и микробиологии на сельскохозяйственном факультете Еврейского университета в Иерусалиме, Израиль. Основная цель нашей лаборатории - продолжить изучение эволюции биопленок с точки зрения биохимии. Биопленки - это не только одно из наиболее распространенных состояний бактерий в природе, но также известно, что они лучше развиваются, чем планктонные популяции в неблагоприятных условиях окружающей среды. Однако, несмотря на очевидный потенциал адаптируемости биопленок, мы недостаточно знаем об эволюционных механизмах, которые обеспечивают новые ферментативные функции в этих бактериальных популяциях. Объединив геномику, биохимию и микробиологию биопленок, наша новая лаборатория исследует, как метаболические функции могут развиваться в популяциях биопленок, опосредуя их высокую способность к адаптации. Мы также надеемся, что это исследование послужит руководством для будущих усилий по созданию новых метаболических функций в биопленках, которые признаны потенциально лучшими биореакторами, чем планктонные популяции.


Нанокристаллы, уничтожающие бактериальные биопленки

Предоставлено: Пхоханский университет науки и технологий (POSTECH).

Пандемия COVID-19 вызывает опасения по поводу новых патогенов, таких как вирусы или устойчивые к лекарствам бактерии. В связи с этим корейская исследовательская группа недавно привлекла внимание к разработке технологии удаления устойчивых к антибиотикам бактерий путем контроля текстуры поверхности наноматериалов.

Совместная исследовательская группа из POSTECH и UNIST представила поверхностно-текстурированные наноструктуры на основе смешанных оксидов FeCo (MTex) в качестве высокоэффективной магнитокаталитической платформы в международном журнале. Нано буквы. Команда состояла из профессоров Ин Су Ли и Амит Кумар с доктором Нити Кумари из химического факультета POSTECH и профессором Юн-Кьюнг Чо и доктором Сумитом Кумар из департамента биомедицинской инженерии UNIST.

Сначала исследователи синтезировали нанокристаллы с гладкой поверхностью, в которых ионы различных металлов были обернуты оболочкой из органического полимера, и нагрели их до очень высокой температуры. Во время отжига полимерной оболочки высокотемпературная химическая реакция в твердом состоянии вызвала смешивание ионов других металлов на поверхности нанокристалла, создавая на ней ряд ветвей и отверстий размером несколько нанометров. Было обнаружено, что эта уникальная текстура поверхности катализирует химическую реакцию, в результате которой образуются активные формы кислорода (АФК), которые убивают бактерии. Также было подтверждено, что он обладает сильным магнитным полем и легко притягивается к внешнему магнитному полю. Команда обнаружила синтетическую стратегию преобразования нормальных нанокристаллов без поверхностных элементов в высокофункциональные нанокристаллы смешанных оксидов металлов.

Изображение Mtex, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Кредит: POSTECH

Исследовательская группа назвала эту топографию поверхности - с ветвями и ямами, напоминающую вспаханное поле, - «MTex». Было подтверждено, что эта уникальная текстура поверхности увеличивает подвижность наночастиц, позволяя эффективно проникать в матрицу биопленки, демонстрируя при этом высокую активность в генерации активных форм кислорода (ROS), которые являются смертельными для бактерий.

Эта система производит АФК в широком диапазоне pH и может эффективно диффундировать в биопленку и убивать встроенные бактерии, устойчивые к антибиотикам. А поскольку наноструктуры магнитные, обломки биопленки можно соскрести даже из труднодоступных микроканалов.

«Этот недавно разработанный MTex демонстрирует высокую каталитическую активность, отличную от стабильной гладкой поверхности обычных форм шпинели», - пояснил д-р Амит Кумар, один из авторов статьи. «Эта характеристика очень полезна для инфильтрации биопленок даже в небольших помещениях и эффективна для уничтожения бактерий и удаления биопленок».

«Это исследование позволяет регулировать нанотекстуризацию поверхности, что открывает возможности для увеличения и контроля экспозиции активных центров», - заметил профессор Ин Су Ли, руководивший исследованием. «Мы ожидаем, что поверхности с наноразмерной текстурой внесут значительный вклад в развитие широкого спектра новых ферментативных свойств на нано-био-интерфейсе».


Благодарности

Авторы благодарят Д. Кернса (Университет Индианы) за любезный подарок Б. subtilis 2569 штамм и Ю. Лю за инструкцию по программному обеспечению. Регулярное определение характеристик с помощью ТЕА проводилось в Национальном центре белковых исследований в Шанхае. Флуоресцентная микроскопия была проведена в центре молекулярной визуализации SLST Шанхайского технологического университета. Эта работа финансировалась Комиссией по науке и технологиям муниципалитета Шанхая (17JC1403900), Национальным фондом естественных наук Китая (№ 31570972) и Открытым финансовым фондом Национальной лаборатории морских наук и технологий Циндао в 2016 г. (грант № QNLM2016ORP0403) для К. Чжун С. Чжун. также выражает признательность за поддержку финансирования стартапов со стороны Шанхайского технологического университета и Программы 1000 молодых талантов, предоставленной центральным правительством Китая. Работа также частично финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая (№ 31872728) для J.H. и Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC: № 31522017, № 31470834, № 31670869) для H.Y.


3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В первоначальном исследовании, представленном здесь, минимальные ингибирующие концентрации (MIC) и концентрации уничтожения биопленки (MBEC) были оценены для всех исходных фенолов и их производных AM в отношении грамотрицательных бактерий. P. aeruginosa и грамположительные бактерии S. epidermidis. Производные AM обычно были более эффективными, чем их соответствующие родительские фенолы, против планктонных клеток, за исключением 1 / 2к против S. epidermidis (Таблица 1). Ранее мы показали, что липофильные фенолы (в частности) и 1e необычайно сильны по отношению к S. epidermidis (Уолш и др., 2020). Наблюдение, что 2d проявляет более низкую эффективность по сравнению с по отношению к обеим бактериям может быть просто случаем, когда исключительная активность исходного фенола неэффективно выражается в его AM. На высоком уровне (в среднем по четырем парам) производные AM были в 66 раз более эффективны, чем их фенольные аналоги, в отношении S. epidermidis и в 16,0 раз более эффективен в отношении P. aeruginosa в планктонной фазе. Эти результаты согласуются с расщеплением группы AM посредством внутриклеточной эстеразы, что приводит к задержке в клетках и внутриклеточной концентрации фенольного антимикробного вещества.

Минимальная ингибирующая концентрация (мМ)
S. epidermidis P. aeruginosa
Сложный Фенол ЯВЛЯЮСЬ Фенол ЯВЛЯЮСЬ
1 / 2а 1.9 0.1 1.9 0.5
1 / 2b 3.9 0.9 7.8 1.9
1 / 2c 15.6 0.23 7.8 1.9
1/2 дня 0.3 1.9 1.5 3
1 / 2e 4.5 1.9 7.8 3
1 / 2f 15.62 0.7 31.2 1.3
1/2 г 7.9 0.5 15.6 1.3
1/2 часа 15.6 1.9 15.6 3.8
1 / 2i 15.6 0.1 7.8 0.9
1 / 2j 2.5 0.25 6.2 0.9
1 / 2к 0.9 1.5 1.9 0.75
1 / 2л 0.9 0.7 1.9 1.5
1/2 м 15.6 7.8 31.2 25
1 / 2н 0.23 0.12 7.8 0.9
1 / 2o 0.23 0.023 3.9 0.5
1п / 3а 1.9 0.5 1.9 0.1
1кв / 3б 3.1 0.6 3.9 0.9
1r / 3c 125 62.5 125 31.2
1с / 4а 15.6 3.9 15.6 1.9
1т / 4б 7.8 1.9 15.6 3.9

Против биопленок AM снова были более эффективными, чем исходные фенолы, за редким исключением. Что касается биопленок, производные AM (среднее значение высокого уровня по четырем парам) были в 9,3 раза более эффективны в отношении S. epidermidis и в 15,0 раз сильнее против P. aeruginosa. Эти результаты являются дополнительным подтверждением того, что добавление группы AM может существенно повысить умеренную активность малых фенолов как в отношении биопленок, так и планктонных клеток. Здесь следует подчеркнуть, что вышеупомянутые результаты решительно поддерживают использование подхода к пролекарству на основе AM для увеличения антимикробной активности, даже несмотря на то, что настоящие соединения активны при высоких микро / низких миллимолярных концентрациях. Ожидается, что эффективность коммерчески успешных противомикробных препаратов будет аналогичным образом увеличена за счет использования этой стратегии.

AM 2c, 2f, 2j, а также 3b были самыми сильными соединениями против S. epidermidis биопленки, а AM 2f, 2k, 2j, а также были наиболее эффективны в искоренении P. aeruginosa биопленки. Исключениями из преобладающей тенденции являются 1 / 2к, 1/2 г, а также 1 / 2e где родитель и AM использовали один и тот же MBEC против S. epidermidis и соединение 2d где AM был менее эффективен против обеих бактерий (таблица 2). В случаях 1/2 дня,1 / 2e, а также 1 / 2к (хлорфенол), исходный фенол уже обладал превосходной активностью, с 2d а также 2e разделяя высокогидрофобный заместитель в 4-положении (см. выше Walsh et al., 2020).

Минимальная концентрация уничтожения биопленки (мМ)
S. epidermidis P. aeruginosa
Сложный Фенол ЯВЛЯЮСЬ Фенол ЯВЛЯЮСЬ
1 / 2а 31.2 6.2 62.5 12.5
1 / 2b 31.2 12.5 31.2 12.5
1 / 2c 31.2 3.1 62.5 6.2
1/2 дня 1.9 12.6 7.5 25
1 / 2e 6.2 6.2 50 25
1 / 2f 31.2 2.7 62.5 2.7
1/2 г 15.6 15.6 62.5 15.6
1/2 часа 25 7.8 25 15.6
1 / 2i 62.5 6.2 31 12.5
1 / 2j 3.1 2.7 6.2 3.1
1 / 2к 6.2 6.2 12.5 3.1
1 / 2л 31 7.8 31.2 12.5
1/2 м 50 12.6 50 15.6
1 / 2н 15.6 7.8 31.2 15
1 / 2o 31.2 7.8 62.5 15
1п / 3а 62.5 25 31.2 1.5
1кв / 3б 6.2 3 12.5 6.2
1r / 3c 62.5 31.2 31.2 15.6
1с / 4а 50 15.6 100 15.6
1т / 4б 25 7.8 25 12.5

В качестве контрольного эксперимента AM 3d, в котором отсутствует фенольный ОН, был одним из наименее эффективных производных AM с MBEC 24 мМ по отношению к обеим бактериям. Следует отметить, что многие из этих АМ обладают электронно-богатыми ароматическими ядрами (т. Е. 2c [для S. epidermidis], 2f а также ), а другой - простое 4-хлорпроизводное 2j. Неожиданно высокая активность 2f побудило нас исследовать производное капсаицина , чтобы исследовать компонент ваниллоидного рецептора. К несчастью, ничем особенным в своей деятельности не было.

Также интересно отметить, что наиболее мощные родительские фенолы не всегда приводили к наиболее сильным AM против биопленок. Фенолы , 1e, , 1j, а также 1кв. были наиболее мощными по отношению к S. epidermidis, а фенолы , 1 час, , 1j, а также 1кв. были наиболее мощными по отношению к P. aeruginosa (Таблицы 1 и 2). Из этих шести соединений только AM с максимальной эффективностью были 2k а также 2j к S. epidermidis, с участием 2j а также 3b наиболее активен по отношению к P. aeruginosa. Фенол 1f был одним из наименее эффективных по отношению к обоим бактериям, в то время как 2f входил в пятерку самых эффективных по отношению к обоим бактериям.

AM 2f а также 2j были наиболее успешными соединениями против биопленок для обоих типов бактерий. Два изомера 2f, 2 г, а также 3c также были оценены. Однако эти изомеры продемонстрировали существенное снижение активности по сравнению с 2f. Эта тенденция не наблюдалась в исходных фенолах, где 1 г был самым сильным изомером по отношению к S. epidermidis а также 1r был самым сильным изомером по отношению к P. aeruginosa. Для исходных фенолов не наблюдалось резкой разницы в эффективности, как это было с производными пролекарств (таблица 3).

Минимальная концентрация уничтожения биопленки (мМ)
S. epidermidis P. aeruginosa
6.2 3b 12.5
2f 2.7 1b 2.7
2 г 15.6 10b 15.6
25 11b 1.5
3c 31.2 12b 15.6

Эти результаты предполагают, что расположение функциональных групп вокруг ароматического кольца может существенно повлиять на эффективность производных AM, что также наблюдается в изомерах. а также (Таблица 3). ЯВЛЯЮСЬ имеет метильные группы в положении 2 и 4, в то время как имеет метильные группы во 2 и 6 положениях. Здесь, более склонен к S. epidermidis а также более мощный к P. aeruginosa (Таблица 3). Это также наблюдалось с соответствующими фенолами (таблица 2).

Было замечено, что все соединения проявляли более высокую активность в отношении планктонных клеток по сравнению с биопленками (таблицы 1 и 2). Исходные фенолы были в среднем в 26 раз более эффективными в отношении S. epidermidis планктонные клетки по сравнению с биопленками и в 10 раз более эффективны в отношении P. aeruginosa в планктонном состоянии. Производные AM были в среднем в 55 раз более эффективны по отношению к планктону. S. epidermidis и в 11 раз более эффективны по отношению к планктону P. aeruginosa по сравнению с соответствующими состояниями биопленки. Этого следовало ожидать из-за более высокой восприимчивости планктонных клеток. AMs также испытали большее несоответствие в эффективности между планктонными клетками и биопленками, чем было замечено с родительскими фенолами. Последнее наблюдение согласуется со способностью расщепленного иминодиацетата концентрироваться внутри клеток, что является характеристикой, которой не обладает родительский фенол.

Со структурной точки зрения серия AM c, в котором фенольный ОН занимает 4-е положение, не всегда проявлял повышенную или приглушенную активность по сравнению с о, где ожидается участие фенольного ОН в хелатировании (см. выше). Тем не менее важно, что оба а также 3b продемонстрировал резкое увеличение потенции к P. aeruginosa. Интересно, что «нетрадиционные» AM а также б не показали повышенной активности в отношении любой из бактерий по сравнению с пятью наиболее мощными «традиционными» AM. Это может быть связано с увеличенным расстоянием хелатирующего фрагмента от ароматического кольца. Однако, как и раньше, замещение ароматического хлора действительно приводило к усилению активности (4b против. , Таблица 4), как и следовало ожидать (Suter, 1941).

Минимальная концентрация уничтожения биопленки (мМ)
S. epidermidis P. aeruginosa
Сложный Фенол ЯВЛЯЮСЬ Фенол ЯВЛЯЮСЬ
1п / 3а 62.5 25 31.2 1.5
1кв / 3б 6.2 3 12.5 6.2
1r / 3c 62.5 31.2 31.2 15.6
1с / 4а 50 15.6 100 15.6
1т / 4б 25 7.8 25 12.5

3.1 Сравнение пролекарств AM с коммерческими антибиотиками

Отрадно, поскольку вышеупомянутые повышения активности пролекарств AM Vis a vis их родительские фенолы, общая активность редко достигает микромолярного диапазона, ожидаемого для современных антибиотиков против планктонных клеток. Чтобы задокументировать непосредственный по сравнению с существующими AM, три коммерческих антибиотика были выбраны для оценки MBEC в рамках текущего анализа S. epidermidis а также P. aeruginosa биопленки (таблица 4). Метронидазол - это производное нитроимидазола, которое было выбрано для его использования при лечении различных бактериальных инфекций, и было показано, что он проявляет активность в отношении биопленок Helicobacter pylori (Ёнэдзава, Осаки, Ходзё и Камия, 2019 г.) и C. difficile (Вуотто, Моура, Барбанти, Донелли и Спигалья, 2016 г.). Метронидазол имел МБЭК 6,2 мМ в сторону S. epidermidis и 50 мм в сторону P. aeruginosa биопленки. Тобрамицин - это аминогликозид, который был выбран, поскольку его эффективность в отношении P. aeruginosa биопленок и клинически использовался при лечении муковисцидоза (Høiby et al., 2019). Согласно нашему экспериментальному протоколу, тобрамицин имел MBEC 18 мМ в сторону S. epidermidis и 0,06 мМ в сторону P. aeruginosa биопленки. Нитазоксанид - это противопаразитарный и противовирусный препарат широкого спектра действия, эффективность которого против бактерий недавно была изучена (Carvalho, Lin, Jiang, & Nathan, 2009 Guttner, Windsor, Viiala, Dusci, & Marshall, 2003 Singh & Narayan, 2011). Также было показано, что нитазоксанид ингибирует образование биопленок S. epidermidis (Tchouaffi-Nana et al., 2010). Нитазоксанид продемонстрировал МБЭК 50 мМ в сторону S. epidermidis и 3,12 мМ в сторону P. aeruginosa биопленки.

Против S. epidermidis биопленок, некоторые соединения AM были более сильными, чем метронидазол и тобрамицин. Подробную таблицу (Таблица S1) можно найти в дополнении. Все пролекарства 18 AM показали более низкий MBEC в сторону P. aeruginosa по сравнению с метронидазолом, хотя здесь тобрамицин показал наивысшую эффективность из всех оцениваемых соединений. Точно так же все 18 производных AM были более эффективны в отношении S. epidermidis по сравнению с нитазоксанидом. Можно ожидать, что несколько AM были более эффективны в отношении обеих бактерий по сравнению с метронидазолом, поскольку метронидазол используется для лечения анаэробных инфекций, в то время как оба S. epidermidis а также P. aeruginosa оба являются факультативными анаэробами.

В дополнительном контрольном исследовании выбранное количество иминодиуксусных кислот , 5 г, , а также оценивались на эффективность. Это расщепленная форма препарата, образующаяся после расщепления эстеразой (рис. 2). Не ожидалось, что свободные иминодиацетаты будут эффективно проникать через биопленки или пересекать клеточную мембрану так же эффективно, как их аналоги AM.

Все иминодиацетаты были значительно менее эффективны, чем их соответствующие пролекарства AM против биопленок (таблица 5). AM были в среднем в 10 раз более эффективными, чем соответствующие иминодиацетаты, против S. epidermidis и в 16 раз сильнее против P. aeruginosa биопленки. Это также подтверждает, что форма AM препарата способна проникать в клетки биопленки и уничтожать их. По сравнению с фенолами , 5 г, , а также также было замечено, что соответствующие иминодиацетаты часто были менее эффективными (таблицы 1 и 5).

Минимальная концентрация уничтожения биопленки (мМ)
S. epidermidis P. aeruginosa
Сложный Исходный фенол ЯВЛЯЮСЬ Иминодиацид (5) Исходный фенол ЯВЛЯЮСЬ Иминодиацид (5)
1/2 / 5a 31.2 6.2 125 62.5 12.5 & gt250
1/2/5f 31.2 2.7 62.5 62.5 2.7 125
1/2/5 тыс. 6.2 6.2 62.5 12.5 3.1 125
1/2/5 л 31 7.8 62.5 31.2 12.5 31.2

Чтобы лучше изучить дополнительные синтетические варианты производных пролекарств, функционализированных иминодиацетатом, пять вариантов пролекарств сложного эфира (например, 6-10f) были синтезированы и оценены против планктонных клеток и биопленок. Это было сделано с целью изучить альтернативные разновидности сложных эфиров в качестве пролекарств. Эвгенол (1f) был выбран в качестве фенольного каркаса, поскольку его AM (2f) был одним из пяти наиболее эффективных по отношению к биопленкам в исходной серии (таблица 1, см. выше). Полуцитарная производная МЕМ 10f был выбран для повышения гидрофильности, поскольку сам эвгенол имеет низкую растворимость в воде. Простые эфиры 6 / 7f были выбраны, поскольку общие сложноэфирные функциональные группы должны быть более устойчивыми к эстеразе, чем ацилальные функции, присутствующие в AM. Ацилалы 8 / 9f содержат бутириловый и пивалоиловый эфиры вместо ацетата соответственно. Они были отобраны для изучения вариации конечностей группы иминодиацетата. Бис (пивалоилокси) метиловый эфир также был выбран из-за его использования в пролекарствах для улучшения биодоступности (Brass, 2002).

Против планктонных клеток, производное пролекарства 8f проявил наивысшую эффективность против S. epidermidis, в то время как 2f показал самую высокую эффективность в отношении P. aeruginosa (Таблица 6). Производные этилового и аллилового эфиров (6f, 7f) были наименее эффективными пролекарствами с МИК 31,2 мМ по отношению к обоим бактериям. Против S. epidermidis 6f а также 7f были также менее эффективны, чем исходный фенол (1f) (Рисунок 3).

Минимальная ингибирующая концентрация (мМ)
S. epidermidis P. aeruginosa
1f 15.6 1f 31.2
2f 0.68 2f 1.3
6f 31.2 6f 31.2
7f 31.2 7f 31.2
8f 0.12 8f 3.9
9f 1.9 9f 15.6
10f 1.9 10f 31.2

Против биопленок, AM 2f имел самую высокую эффективность против обеих бактерий (таблица 7). Сложный 7b был наименее мощным по отношению к S. epidermidis в то время как 7e был наименее мощным по отношению к P. aeruginosa. Это говорит о том, что AM 2f является либо более проницаемым для биопленки, либо сложноэфирные связи, присутствующие в этой группе, более легко расщепляются эстеразой или и тем, и другим. Также интересно, что гемицитал 7b проявил похвальную активность в отношении S. epidermidis.

Минимальная концентрация уничтожения биопленки (мМ)
S. epidermidis P. aeruginosa
1f 31.2 1f 62.5
2f 2.75 2f 2.75
6f 31.2 6f 62.5
7f 50 7f 50
8f 15.6 8f 62.5
9f 20.6 9f 41.2
10f 7.8 10f 125

Анализ реактора CDC Biofilm также использовался для подтверждения сравнительной эффективности эвгенола (1f) с соответствующей производной AM (2f) против P. aeruginosa (PA015542). Здесь, в отличие от статического состояния 96-луночного планшета, биопленки выращивались в среде с высоким сдвигом. Этот метод увеличивает прилипание биопленки к поверхности, на которой она выращивается, и заставляет биопленку производить более прочный пенополистирол (Gloag, Fabbri, Wozniak, & Stoodley, 2020 Stoodley, Cargo, Rupp, Wilson, & Klapper, 2002). Этот метод был выбран потому, что он стандартизирован ASTM. Подобно тестам на статических 96-луночных планшетах, эффективность производного AM (2f) был больше, чем исходное соединение (1f) с использованием биопленочного реактора CDC. Эвгенол (1f) продемонстрировал среднее логарифмическое снижение 1,68 ± 0,12, в то время как соответствующий AM (2f) имели среднее логарифмическое снижение 5,81 ± 0,53. График этих данных можно найти в дополнительных материалах (Рисунок S1). Это показало, что AM (2f) значительно более эффективен, чем родительский (1f) против биопленок, выращенных как в статической среде, так и в среде с высоким сдвигом.

Предполагается, что после проникновения AM через внеклеточный матрикс биопленки и мембрану внутренних клеток на них будет действовать внутриклеточная эстераза, высвобождая активную форму в виде иминодиацетата. Полученный в результате сильно заряженный противомикробный препарат задерживается внутри клетки. Наблюдаемое увеличение активности подтверждает, что AMs воздействует на эстеразу, оказавшись внутри клетки, но были также проведены дополнительные эксперименты, чтобы дополнительно подтвердить эту гипотезу. Согласно аннотациям генома KEGG, P. aeruginosa (PAO1) и S. epidermidis (RP62A) содержат 39 и 16 эстераз соответственно, а также другие ферменты, обладающие эстеразной активностью (Foster, 1996 Goullet & Picard, 1991). Например, было показано, что EstA обладает эстеразной активностью в Псевдомонады и, как полагают, участвует в гидролизе сложноэфирных соединений на поверхности клетки или в культуральной среде (Nicolay, Devleeschouwer, Vanderleyden, & Spaepen, 2012 Wilhelm, Gdynia, Tielen, Rosenau, & Jaeger, 2007). Здесь использовалась эстераза из свиной печени, поскольку было показано, что она легко расщепляет сложноэфирные связи в небольших органических молекулах (Perez, Daniel, & Cohen, 2013), а также антибиотики, такие как ампициллин и амоксициллин (Zhou et al., 2019). Чтобы определить, будет ли эстераза расщеплять эти группы AM, 2b подвергали воздействию эстеразы in vitro, и образцы просматривали с помощью масс-спектрометрии, чтобы определить, высвобожденный иминодиацетат 5b присутствовал (рисунок 4).

AM производное 4-метоксифенола (2b) подвергали воздействию эстеразы в холодном буфере HEPES и проводили ЖХ-МС для определения количества выделившегося продукта 2,2 '- ((2-гидрокси-5-метоксибензил) азандиил) диацетат (5b), настоящее время. Точная масса 2b составляет 413,1322 а.е.м., с прогнозируемым [M] - 413,1322 а.е.м. и точная масса 5b составляет 267,0745 а.е.м. с прогнозируемым [M - 2H] 2- 132,5366 а.е.м. Точная масса протонированной производной 5b составляет 269,0889 а.е.м. с прогнозируемым [M + H] + от 268,0816. Ожидается, что как моно-, так и дианионный продукт будут присутствовать в пробах, подвергнутых воздействию эстеразы, которые были оценены.

Были сняты спектры чистого AM соединения. 2b (А) и освобожденная производная 5b (B) (Рисунок 5). В рамке Bможно наблюдать оба пика для моно и дианионных частиц. AM 2b подвергали воздействию эстеразы в буфере HEPES в течение 8 (D), 16 (E) и 24 (F) мин, извлекали и затем анализировали с помощью ЖХМС (рис. 5). Масса 2b а также 5b были найдены в пределах двух десятичных знаков предсказанных масс для каждого соединения. Контроль над 2b в HEPE без эстеразы также был включен, чтобы гарантировать, что HEPE не влияет на пролекарство (C). Этот анализ показал, что in vitro на производные AM действительно действует эстераза. Это говорит о том, что увеличение активности частично связано с тем, что AM может проникать через биопленку и трансформироваться внутри клетки с высвобождением иминодиацетата. Это дополнительно подтверждается наблюдением, что иминодиацетаты ,5f,, а также значительно менее активны по отношению к биопленкам, чем соответствующие AM. Хотя исследования in vivo еще не проводились, кальцеин AM широко используется для успешного окрашивания биопленок (Godoy-Santos, Pitts, Stewart, & Mantovani, 2019 Ohsumi et al., 2015 Tawakoli, Al-Ahmad, Hoth-Hannig, Hannig, & Hannig, 2013 Tawakoli et al., 2013 Wakamatsu et al., 2014), и представленные здесь результаты убедительно подтверждают гипотезу о том, что пролекарства, полученные из AM, будут действовать посредством аналогичного механизма.


Септический артрит в хирургии передней крестообразной связки

Харалампос Г. Залаврас, доктор медицины, Майкл Дж. Патзакис, доктор медицины, в передней крестообразной связке (второе издание), 2018 г.

Формирование биопленки

Образование биопленок - ключевой механизм сохранения или рецидива инфекции. Биопленка представляет собой скопление микробных колоний, заключенных во внеклеточную полисахаридную матрицу (гликокаликс), которая прилипает к поверхности имплантатов или омертвевшей ткани. 55 Наличие бессосудистого трансплантата и устройств для фиксации металла при реконструкции ПКС создает условия, способствующие развитию биопленки, если послеоперационная СА не лечится на ранней стадии и адекватно. Биопленка защищает организм от антибиотиков и защитных механизмов хозяина, таких как образование антител и фагоцитоз, поэтому инфекция может существовать в субклиническом состоянии и в конечном итоге рецидивировать. При хронических инфекциях опорно-двигательного аппарата удаление биопленки путем удаления имплантатов и удаления омертвевших тканей необходимо для успешного лечения инфекции. 56


Кариес

Андреа Г. Феррейра Зандона,. Р. Скотт Эйдсон, в Sturdevant & # x27s Искусство и наука оперативной стоматологии, 2019 г.

Экологические основы кариеса зубов: роль биопленки

Зубной налет - термин, исторически использовавшийся для описания мягкой вязкой пленки, накапливающейся на поверхности зубов. Зубной налет в последнее время называют стоматологическая биопленка или просто биопленка, что является более полным и точным описанием его состава (био) и структуры (фильм). 5 Биопленка состоит в основном из бактерий, их побочных продуктов, внеклеточного матрикса и воды (рис. 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 и 2.10). Биопленка - это не прилипшие остатки пищи, как широко и ошибочно полагали, и не результат случайного сбора условно-патогенных микроорганизмов. Накопление биопленки на зубах - это высокоорганизованная и упорядоченная последовательность событий. Bacteria seem to occupy the same spatial niche on most individuals. A “hedgehog” formation has been recently characterized 209 because of the spine of radially oriented filaments. The filaments are a mass of Коринебактерии filaments with Стрептококк at the periphery. Actinomyces are usually found at the base of the biofilm suggesting that Коринебактерии attaches to a preexisting biofilm containing Актиномицеты. In any case it is notable that each taxon is localized in a precise and well-defined spatial zone indicating that the microbes in the oral biofilm have a precise and well-tuned interaction 209 (see Fig. 2.6D ).

Fig. 2.6 . A, Composite diagram illustrating the relationship of biofilm (п) to the enamel in a smooth-surface initial (noncavitated) lesion. A relatively cell-free layer of precipitated salivary protein material, the acquired pellicle (ap) covers the perikymata ridges (pr). The biofilm bacteria attach to the pellicle. Overlapping perikymata ridges can be seen on the surface of enamel (see Fig. 2.7 ). ( Figs. 2.9 and 2.10 are photomicrographs of cross sections of biofilm.) The enamel is composed of rodlike structures (er) that course from the inner dentinoenamel junction (DEJ) to the surface of the crown. Striae of Retzius (sr) can be seen in cross sections of enamel. B, Higher power view of the cutout portion of enamel in А. Enamel rods interlock with each other in a head-to-tail orientation. The rod heads are visible on the surface as slight depressions on the perikymata ridges. The enamel rods comprise tightly packed crystallites. The orientation of the crystallites changes from being parallel to the rod in the head region to being perpendicular to the rod axis in the tail end. Striae of Retzius form a descending diagonal line, descending cervically. C, Drawings 1 through 5 illustrate the various stages in colonization during plaque formation on the shaded enamel block shown in B. The accumulated mass of bacteria on the tooth surface may become so thick that it is visible to the unaided eye. Such plaques are gelatinous and tenaciously adherent they readily take up disclosing dyes, aiding in their visualization for oral hygiene instruction. Thick plaque biofilms (4 а также 5) are capable of great metabolic activity when sufficient nutrients are available. The gelatinous nature of the plaque limits outward diffusion of metabolic products and serves to prolong the retention of organic acid metabolic by-products. D, This illustrates how different taxons inhabit specific niches on the biofilm creating microenvironments. There is a fine-tuned synergy among the cells in the oral microbial communities. The environment and the biochemical gradients drive the selection process. This can be exemplified by the the role of Стрептококк. Where Стрептококк predominate they create an environment rich in CO2, lactate, and acetate, containing peroxide and having low oxygen. This environment is advantageous for the growth of bacteria such as Fusobacterium а также Leptotrichia.

(From Welch JL, Rossetti BJ, Riekem CW, et al: Biogeography of a human oral microbiome at the micron scale, Proc Natl Acad Sci USA 9113(6):E791–E800, 2016. doi:10.1073/pnas.1522149113)

Fig. 2.7 . A, Scanning electron microscope view (600×) of overlapping perikymata (P) in sound enamel from unerupted molar. B, Higher power view (2300×) of overlapped site rotated 180 degrees. Surface of noncavitated enamel lesions has “punched-out” appearance.

(From Hoffman S: Histopathology of caries lesions. In Menaker L, editor: The biologic basis of dental caries, New York, 1980, Harper &amp Row.)

Fig. 2.8 . Representative 3-D rendering images of mixed-species biofilms in an environment with 1% (W/V) sucrose. The images show the evolution of the microcolonies over time and the arrangement with the EPS matrix.

(From Xiao J, Klein MI, Falsetta ML, et al: The exopolysaccharide matrix modulates the interaction between 3D architecture and virulence of a mixed-species oral biofilm, PLoS Pathog 8(4):e1002623, 2012. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1002623 )

Fig. 2.9 . Plaque biofilm formation at 1 week. Filamentous bacteria (е) appear to be invading cocci microcolonies. Plaque near gingival sulcus has fewer coccal forms and more filamentous bacteria (860×).

(From Listgarten MA, Mayo HE, Tremblay R: Development of dental plaque on epoxy resin crowns in man. A light and electron microscopic study, J Periodontol 46(1):10–26, 1975.)

Fig. 2.10 . At 3 weeks old, plaque biofilm is almost entirely composed of filamentous bacteria. Heavy plaque formers have spiral bacteria а) associated with subgingival plaque (660×).

(From Listgarten MA, Mayo HE, Tremblay R: Development of dental plaque on epoxy resin crowns in man. A light and electron microscopic study, J Periodontol 46(1):10–26, 1975.)

Many of the organisms found in the mouth are not found elsewhere in nature. Survival of microorganisms in the oral environment depends on their ability to adhere to a surface. Free-floating organisms are cleared rapidly from the mouth by salivary flow and frequent swallowing. Although a few specialized organisms, primarily streptococci, are particularly able to adhere to oral surfaces such as the mucosa and tooth structure, over 700 different species of bacteria have been identified in the oral biofilm. Oral biofilm from healthy teeth have a higher diversity than from carious teeth. 134

Significant differences exist in the biofilm communities found in various habitats (ecologic environments) within the oral cavity ( Fig. 2.11A and B ). The organisms also have unique contributions to the ecosystem (see Fig. 2.11B ). Mature biofilm communities have tremendous metabolic potential and are capable of rapid anaerobic metabolism of any available carbohydrate ( Fig. 2.12 ). However, because of the highly structured bacterial microcolonies embedded in an exopolysaccharide (EPS)-rich matrix, there are acidic regions in the biofilm that are not neutralized by saliva buffers. 210

Fig. 2.11 . Approximate proportional distribution of predominant cultivable flora of five oral habitats.

(From Simón-Soro Á, Tomás I, Cabrera-Rubio R, et al: Microbial geography of the oral cavity, J Dent Res 92:616, 2013. DOI:10.1177/0022034513488119.)

Fig. 2.12 . A, Mature biofilm communities have tremendous metabolic potential and are capable of rapid anaerobic metabolism of any available carbohydrates. Classic studies by Stephan show this metabolic potential by severe pH drops at the plaque-enamel interface after glucose rinse. It is generally agreed that a pH of 5.5 is the threshold for enamel demineralization. Exposure to a glucose rinse for an extreme caries activity plaque results in a sustained period of demineralization (pH 5.5). Recording from a slight caries activity biofilm shows a much shorter period of demineralization. B, The frequency of sucrose exposure for cariogenic biofilm greatly influences the progress of tooth demineralization. The top line illustrates pH depression, patterned after Stephan's curves in А. Three meals per day results in three exposures of biofilm acids, each lasting approximately 1 hour. The biofilm pH depression is relatively independent of the quantity of sucrose ingested. Between-meal snacks or the use of sweetened breath mints results in many more acid attacks, as illustrated at the bottom. The effect of frequent ingestion of small quantities of sucrose results in a nearly continuous acid attack on the tooth surface. (The clinical consequences of this behavior can be seen in Fig. 2.37 .) C, In active caries, a progressive loss of mineral content subjacent to the cariogenic biofilm occurs. Inset illustrates that the loss is not a continuous process. Instead, alternating periods of mineral loss (demineralization) occur, with intervening periods of remineralization. The critical event for the tooth is cavitation of the surface, marked by the vertical dashed line. This event marks an acceleration in caries destruction of the tooth and irreversible loss of tooth structure. An intervention is usually required to arrest the lesion, often of the restorative nature.

(A, Adapted and redrawn from Stephan RM: Intra-oral hydrogen-ion concentration associated with dental caries activity, J Dent Res 23:257, 1944.)

Many distinct habitats may be identified on individual teeth, with each habitat containing a unique biofilm community ( Table 2.2 see Fig. 2.11A ). Although the pits and fissures on the crown may harbor a relatively simple population of streptococci, the root surface in the gingival sulcus may harbor a complex community dominated by filamentous and spiral bacteria. Even within the same anatomic location there can be a considerable difference in bacterial diversity. 134 For example the mesial surface of a molar may be carious and have a biofilm dominated by large populations of mutans streptococci (MS) and lactobacilli, whereas the distal surface may lack these organisms and be caries free. Generalization about biofilm communities is difficult.

TABLE 2.2 . Oral Habitats a

HabitatPredominant SpeciesEnvironmental Conditions Within Biofilm
MucosaS. mitisAerobic
S. sanguispH approximately 7
S. salivariusOxidation-reduction potential positive
TongueS. salivariusAerobic
S. mutanspH approximately 7
S. sanguisOxidation-reduction potential positive
Teeth (noncarious)S. sanguisAerobic
pH 5.5
Oxidation-reduction negative
Gingival creviceFusobacteriumAnaerobic
SpirochaetapH variable
АктиномицетыOxidation-reduction very negative
Veillonella
Enamel cariesS. mutansAnaerobic
pH &lt5.5
Oxidation-reduction negative
Dentin cariesS. mutansAnaerobic
ЛактобациллыpH &lt5.5
Oxidation-reduction negative
Root cariesАктиномицетыAnaerobic
pH &lt5.5
Oxidation-reduction negative

Recent evidence indicates that there are no specific pathogens that correlate with dental caries, but rather microbial communities. 135 Nevertheless, the general activity of biofilm growth and maturation is predictable and sufficiently well known to be of therapeutic importance in the prevention of dental caries.

Professional tooth cleanings are intended to control the biofilm (plaque) and prevent caries (and periodontal) disease. However, after professional removal of all organic material and bacteria from the tooth surface, a new coating of organic material begins to accumulate immediately. Within 2 hours, a cell-free, organic film, the acquired enamel pellicle (AEP) (see Fig. 2.6A and C ), can cover the previously denuded area completely. The pellicle is formed primarily from the selective precipitation of various components of saliva, particularly selective enzymes. The functions of the pellicle are believed to be (1) to protect the enamel, (2) to reduce friction between teeth, and (3) to provide a matrix for remineralization. 6 Although the pellicle exhibits antibacterial activity due to the presence of several enzymes, it can also function as a facilitator of bacterial cononization. 136


Biology Professor Discovers Key Elements for Biofilm Spreading

A biology professor at the University of California, Merced, discovered mechanisms that allow a potentially fatal biofilm to spread and resist drugs.

The research was published during the summer in mBio, an open-access online journal by the American Society for Microbiology.

Professor Clarissa J. Nobile, who studies microbial communities, said the findings could help in developing treatments for fungal biofilm infections, specifically those formed by Candida albicans.

“There are no known biofilm-specific drugs on the market today for any microorganism,” Nobile said. The fungus is naturally found in the human gut and can cause yeast infections and oral thrush. Infections can also be caused by implanted medical devices, which provide surfaces for biofilms to form. The infections can be life-threatening.

Nobile pinpointed four core proteins — all members of a histone deacetylase complex — that control how the biofilm forms, and learned what happens when they’re changed.

Mutations in the genes encoding each of these four complex members cause the biofilm to be more resistant to agitation and less likely to spread to other parts of a body, and also more resistant to drugs. Drugs that inhibit histone deacetylase are most often used to as mood stabilizers in psychiatry and neurology, and are also being tested to combat cancer, Nobile said. It’s not yet known if they could be used against biofilms and whether there’d be side effects.

Nobile’s interest in biofilms began just as she entered graduate school at Columbia University. Her mother became extremely sick with a biofilm infection. Nobile was surprised to learn there weren’t any reliable treatments and generally little was known about it.

Она получила докторскую степень. in biology from Columbia in 2007 and served as a postdoctoral researcher at UCSF until she was appointed to a tenure-track position at UC Merced in January 2014.

The opportunity to forge innovative collaborations with UC Merced’s ambitious faculty members was among the reasons she took a position with the campus. Nobile works with Professor Miriam Barlow, who studies antibiotic resistance, and Professor David Ojcius, who studies infectious diseases, including valley fever.

With advances in research and technology, Nobile is looking at the microbiome — all the microorganisms, good and bad, that live within the human body. Increasingly, research is showing what an important role the microbiome plays in health and disease.

Microbes are able to communicate with each other, and Nobile believes these interactions will shed more light on infections and diseases.


Community dynamics: Microbiomes and biofilms

The human body is home to an extraordinary diversity of microbes, which are increasingly suggested to play pivotal roles in human health. Human microbiome sequencing projects have revealed intriguing correlations between specific patterns of microbial diversity and multiple aspects of host health. The establishment of microbial causal roles is gathering pace thanks to experimental manipulations, however the inter-cellular causal mechanisms frequently remain obscure.

The Brown lab is developing a framework to understand microbiome развивающий biology – to understand when, where and how potential interactions come to be realized via demographic and regulatory interactions between expanding lineages of bacteria, and the consequences of these interactions for microbiome functioning in both health and in polymicrobial disease.

NV Lowery, L McNally, WC Ratcliff, SP Brown 2017. Division of labor, bet hedging, and the evolution of mixed biofilm investment strategies мБио.

L McNally, SP Brown. 2016. Microbiome: Ecology of stable gut communities. Природная микробиология 1, 15016

A Stacy, L McNally, SE Darch, SP Brown, M Whiteley. 2016. The biogeography of polymicrobial infection. Nature Reviews Microbiology 14 (2), 93-105

McNally L, Brown SP* (2015) Building the microbiome in health and disease: niche construction and social conflict in bacteria. Phil Trans R Soc Lond B 370, e20140298

Single gene locus changes perturb complex microbial communities as much as apex predator loss. 2015. D McClean, L McNally, LI Salzberg, KM Devine, SP Brown, I Donohue. Связь с природой6, 8235-8235

Estrela S, Whiteley M, Brown SP. 2015. The demographic determinants of human microbiome health. Trends Microbiology23, 134-141.

Rankin D, Rocha EPC, Brown SP* 2011. What genes are carried on mobile genetic elements, and why? Heredity 106 ,1-10.