СТРАТЕГІЇ ВИЖИВАННЯ PSEUDOMONAS AERUGINOSA В ДИХАЛЬНИХ ШЛЯХАХ ПРИ МУКОВІСЦИДОЗІ

Іщенко О. В., Єфіменко А. О., Андріяшина О., Кошова І. П., Степанський Д. О.

ОГЛЯДИ ЛІТЕРАТУРИ

Наукова стаття

Резюме. Вступ. Конкуренція між убіквітарними Pseudomonas aeruginosa та Aspergillus fumigatus є звичайним явищем в різних екологічних нішах. Для пацієнтів з муковісцидозом властивою є висока мікробна колонізація дихальних шляхів, яка визначає прогноз для їх життя та здоров’я. Мета роботи – описати взаємовідносини між P. aeruginosa та A. fumigates при муковісцидозі. Матеріали і методи – огляд літератури в наукових базах PubMed/MEDLINE, Scopus, Google Scholar за пошуковими словами «Pseudomonas aeruginosa» та «Aspergillus» і «cysticfibrosis». Результати дослідження. В мікросередовищі дихальних шляхів відбувається постійна боротьба за поживні речовини між P. aeruginosa та A. fumigatus. В залежності від доступності ростових факторів, P. aeruginosa продукує ряд факторів, зокрема ацил-гомосеринові лактони, алкіл-хінолони, рамноліпіди, феназини, сідерофори, які мають вплив на A. fumigatus. Деякі з наведених молекул є факторами кворуму і використовуються P. aeruginosa в тому числі і для міжклітинної комунікації бактеріальних клонів. Ацил-гомосеринові лактони та алкіл-хінолони можуть пригнічувати біоплівкоутворення у A. fumigatus. 3-оксо-С12-гомосерин-лактон, сигнальний хінолон Pseudomonas та його попередник 2-гептил-4-хінолон володіють здатністю впливати біоплівки A. fumigatus та структуру гіф. Бактеріальні феназини здатні диференціально модулювати утворення біоплівок грибами A. fumigatus: низькі рівні реактивних форм кисню слугують сигналом для спороутворення, а високі рівні – є токсичними субстанціями. Тобто, розвиток A. fumigates переключається з вегетативного до конідіації у відповідь на градієнт феназинів при культивуванні в змішаній культурі, та корелює з рівнем радикалів феназинів продукованих в феназин-індукованих окисно-відновних процесах. Висновки. Взаємодія між P. aeruginosa та A. fumigatus відіграє важливу роль в патогенезі муковісцидозу. Краще розуміння стратегій таких взаємодій, безумовно, матиме вплив на покращення терапевтичних можливостей при муковісцидозі, а отже, й прогнозу для життя та здоров’я таких пацієнтів

сигнальний хінолон Pseudomonas, Aspergillus fumigatus, біоплівки.

1. Ilʹchenko SI, Fialkovsʹka AO, Skryabina KV. Analiz struktury ta antybiotykorezystentnosti etiolohichno znachushchykh patoheniv khronichnoyi infektsiyi nyzhnikh dykhalʹnykh shlyakhiv u ditey iz mukovistsydozom, yaki meshkayutʹ v m.Dnipro. Zdorovʺya dytyny. 2020;2(15):16- 22. [in Ukrainian].
2. Chatterjee P, Sass G, Swietnicki W, Stevensen DA. Review of Potential Pseudomonas Weaponry, relevant to the Pseudomonas-Aspergillus interplay, for the Mycology community. Journal of Fungi. 2020;6(81):22. doi: 10.3390/jof6020081.
3. Keown K, Reid A, Moore JE, Taggart CC, Downey DG. Coinfection with Pseudomonas aeruginosa and Aspergillus fumigatus in cystic fibrosis. Eur Respir Rev. 2020;29:200011. doi: https://doi.org/10.1183/16000617.0011-2020.
4. Lipuma JJ. The changing microbial epidemiology in cystic fibrosis. Clin. Microbiol. Rev. 2010;23:299-323.
5. De Bentzmann S, Plésiat P. The Pseudomonas aeruginosa opportunistic pathogen and human infections. Environ. Microbiol. 2011;13:1655- 1665.
6. Ramsey KA, Ranganathan S, Park J, Skoric B, Adam AM, Simpson SJ, et al. Early respiratory infection is associated with reduced spirometry in children with cystic fibrosis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2014;190:1111-1116.
7. Cornelis P, Dingemans J. Pseudomonas aeruginosa adapts its iron uptake strategies in function of the type of infections. Front. Cell Infect Microbiol. 2013;3:75.
8. Matthaiou EI, Sass G, Stevens DA, Hsu JL. Iron: An essential nutrient for Aspergillus fumigatus and a fulcrum for pathogenesis. Curr. Opin. Infect Dis. 2018;31;506-511.
9. Briard B, Bomme P, Lechner BE, Mislin GL, Lair V, Prévost MC, et al. Pseudomonas aeruginosa manipulates redox and iron homeostasis of its microbiota partner Aspergillus fumigatus via phenazines. Sci. Rep. 2015;5:8220.
10. Folkesson A, Jelsbak L, Yang L, Johansen HK, Ciofu O, Høiby N, et al. Adaptation of Pseudomonas aeruginosa to the cystic fibrosis airway: An evolutionary perspective. Nat. Rev. Microbiol. 2012;10:841-851.
11. Smyth AR, Hurley MN. Targeting the Pseudomonas aeruginosa biofilm to combat infections in patients with cystic fibrosis. Drugs Future. 2010;35:1007-1014.
12. Williams P, Cámara M. Quorum sensing anenvironmental adaptation in Pseudomonas aeruginosa: A tale of regulatory networks and multifunctional signal molecules. Curr. Opin. Microbiol. 2009;12:182-191.
13. Jimenez PN, Koch G, Thompson JA, Xavier KB, Cool RH, Quax WJ. The Multiple Signaling Systems Regulating Virulence in Pseudomonas aeruginosa. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2012;76:46-65.
14. Déziel E, Lépine F, Milot S, He J, Mindrinos MN, Tompkins RG, et al. Analysis of Pseudomonas aeruginosa 4-hydroxy-2-alkylquinolines (HAQs) reveals a role for 4-hydroxy-2-heptylquinoline in cell-to-cell communication. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004;101:1339-1344.
15. Schuster M, Greenberg EP. Early activation of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa reveals the architecture of a complex regulon. BMC Genomics. 2007;8:287.
16. Dekimpe V, Déziel E. Revisiting the quorum-sensing hierarchy in Pseudomonas aeruginosa: The transcriptional regulator RhlR regulates LasR-specific factors. Microbiology. 2009;155:712-723.
17. Lee J, Wu J, Deng Y, Wang J, Wang C, Wang J, et al. A cell-cell communication signal integrates quorum sensing and stress response. Nat. Chem. Biol. 2013;9:339-343.
18. Lin J, Cheng J, Wang Y, Shen X. The Pseudomonas Quinolone Signal (PQS): Not Just for Quorum Sensing Anymore. Front. Cell Infect Microbiol. 2018;8:230.
19. Reen FJ, Phelan JP, Woods DF, Shanahan R, Cano R, Clarke S, et al. Harnessing bacterial signals for suppression of biofilm formation in the nosocomial fungal pathogen Aspergillus fumigatus. Front. Microbiol. 2016;7:2074.
20. Bala A, Kumar L, Chhibber S, Harjai K. Augmentation of virulence related traits of pqs mutants by Pseudomonas quinolone signal through membrane vesicles. J. Basic Microbiol. 2015;55:566-578.
21. Popat R, Harrison F, da Silva AC, Easton SA, McNally L, Williams P, et al. Environmental modification via a quorum sensing molecule influences the social landscape of siderophore production. Proceed. Biolog. Sci. 2017;284:20170200.
22. Schuster M, Greenberg EP. Early activation of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa reveals the architecture of a complex regulon. BMC Genomics. 2007;8:287.
23. Peek ME, Bhatnagar A, McCarty NA, Zughaier SM. Pyoverdine, the Major Siderophore in Pseudomonas aeruginosa, Evades NGAL Recognition. Interdiscip Perspect Infect Dis. 2012;2012:ID843509.
24. Lamont IL, Konings AF, Reid DW. Iron acquisition by Pseudomonas aeruginosa in the lungs of patients with cystic fibrosis. BioMetals. 2009;22:53-60.
25. Sass G, Nazik H, Penner J, Shah H, Ansari SR, Clemons KV, et al. Studies of Pseudomonas aeruginosa mutants indicate pyoverdine as the central factor ininhibition of Aspergillus fumigatus biofilm. J Bacteriol. 2017;200:e00345-17.
26. Briard B, Mislin GLA, Latgé JP, Beauvais A. Interactions between Aspergillus fumigatus and Pulmonary Bacteria: Current State of the Field, New Data, and Future Perspective. J. Fungi (Basel). 2019;5:48.
27. Brandel J, Humbert N, Elhabiri M, Schalk IJ, Mislin GLA, Albrecht-Gary AM. Pyochelin, a siderophore of Pseudomonas aeruginosa: Physicochemical characterization of the iron(III), copper(II) and zinc(II) complexes. Dalton. Trans. 2012;41:2820-2834.
28. Michalska M, Wolf P. Pseudomonas Exotoxin A: Optimized by evolution for effective killing. Front. Microbiol. 2015;6:963.
29. Grahl N, Kern SE, Newman DK, Hogan DA. Microbial Phenazines. Berlin/Heidelberg: Springer; 2013. Chapter 3, The Yin and Yang of Phenazine Physiology; p. 43-69.
30. Recinos DA, Sekedat MD, Hernandez A, Cohen TS, Sakhtah H, Prince AS, et al. Redundant phenazine operons in Pseudomonas aeruginosa exhibit environment-dependent expression and differential roles in pathogenicity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012;109:19420- 19425.
31. Smith K, Rajendran R, Kerr S, Lappin DF, Mackay WG, Williams C, et al. Aspergillus fumigatus enhances elastase production in Pseudomonas aeruginosa co-cultures. Med. Mycol. 2015;53:645-655.
32. Zheng H, Kim J, Liew M, Yan JK, Herrera O, Bok JW, et al. Redox metabolites signal polymicrobial biofilm development via the NapA oxidative stress cascade in Aspergillus. Curr. Biol. 2015;25:29-37.

«Вістник проблем біології і медицини» Випуск 2 (160), 2021 рік , 29-34 сторінки, код УДК 579.262-616.24-008.8.078

10.29254/2077-4214-2021-2-160-29-34