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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9678(2022) 이 기사 인용

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인간 숙주에서 박테리아성 황색포도상구균과 곰팡이성 칸디다 알비칸스 병원균은 혼합 생물막을 형성하여 심각한 사망률과 질병률을 유발합니다. 그러나 동적 조건에서 혼합 생물막의 형성 및 제거에 대한 연구는 부족합니다. 따라서 본 연구에서는 미세유체 기술을 사용하여 단일 및 이중 종(S. aureus 및 C. albicans) 생물막의 실시간 형성과 405nm 레이저 광을 사용하여 확립된 성숙한 생물막의 비침습적 광학 처리를 분석했습니다. 헤링본 믹서는 미세유체 칩의 관찰 채널에 주입되기 전에 성장 배지에서 박테리아와 곰팡이 세포를 철저히 혼합했습니다. 24시간 동안 1.0 μL/min의 성장 배지 유속에서 박테리아 생물막 범위는 곰팡이 생물막보다 최대 15% 더 높았습니다(박테리아의 경우 50%, 곰팡이의 경우 35%). 반면, 이중 종 생물막은 S. aureus와 C. albicans 사이의 집단적 상호작용으로 인해 ~96.5%의 가장 높은 적용 범위를 나타냈습니다. S. aureus의 세포 증식 횟수는 12시간 동안 C. albicans보다 높았으며 이는 S. aureus 생물막이 C. albicans보다 빠르게 발달했음을 나타냅니다. 새로운 현장 테스트 플랫폼은 확립된 S. aureus 생물막에 대해 1080 J/cm2에서 405nm 레이저 광의 상당한 살균 효과(80%)를 보여준 반면, 동일한 처리는 이중 시스템에서 혼합 세포의 약 69%를 제거했습니다. -종 생물막. 이 연구에서는 개발된 미세유체 플랫폼이 실시간으로 이중 종 생물막의 형성을 모니터링하고 이중 종 생물막에 대한 레이저 유도 항균 효과를 모니터링하는 데 활용될 수 있음을 밝혔습니다.

미생물은 숙주, 임상 및 산업 환경을 포함한 복잡한 공동체에 존재합니다1,2. 복잡한 미생물 군집의 존재는 환경에서 단일 또는 두 미생물 종 모두에게 유익합니다3. 또한, 다중미생물 상호작용은 숙주 면역 반응, 미생물 병인 및 병독성4의 변화를 포함하여 수많은 이점을 가지고 있습니다. 숙주를 포함한 수많은 자연 환경에서 다중 미생물 상호 작용으로 인해 자체 생산된 세포외 고분자 물질5로 둘러싸인 미생물 세포의 이질적인 미세 군체를 포함하는 생물막이 형성됩니다. 생물막의 미생물 개체군은 영양소, 대사산물, 신호 분자, 유전 물질 교환, 항균 치료에 대한 저항성, 숙주 면역학적 반응으로부터의 보호 측면에서 서로 큰 이익을 얻습니다6,7,8.

복합생물막으로 인한 감염은 단일종 생물막으로 인한 감염보다 사망률(70%)이 더 높았습니다9. 생물막 형성 과정과 독성 특성에 관한 대부분의 정보는 단일 박테리아 종9에서 수집되었습니다. 항균제에 대한 감수성 테스트의 대부분은 전적으로 단일종 플랑크톤 세포 배양에 기반을 두고 있으며, 이는 복합균 감염 치료에 실패할 가능성을 높입니다10,11. 현대적인 맥락에서, 다종 미생물 군집을 사용하는 복합 미생물 생물막에 대한 연구는 자연 숙주, 임상 및 산업 환경에 대한 복합 미생물 생물막의 실제 영향을 결정하는 데 상당한 관심을 끌고 있습니다4. 연구자들은 왕국 간 수준에서 복합 미생물 상호 작용을 이해하기 위해 곰팡이와 박테리아 사이의 상호 작용에 중점을 두고 있습니다. 진균 병원체, 특히 칸디다 알비칸스(Candida albicans)는 구강, 피부 및 점막 표면, 위장관, 폐 및 외음질 표면에서 수많은 병원성 박테리아 종과 함께 분리되는 경우가 많습니다14,15. Carolus 등이 검토한 바와 같이 Staphylococcus aureus와 C. albicans는 낭포성 섬유증, 각막염, 인공호흡기 관련 폐렴, 의치 구내염, 치주염, 요로 및 화상 상처 감염을 포함한 다양한 생물막 관련 질병에서 함께 확인되었습니다. S. aureus는 프로테아제, 헤모리신, 류코시딘, 장독소, 면역 조절 분자 및 각질 제거 독소를 포함한 여러 독성 인자를 생성합니다16. 마찬가지로, C. albicans 병원성은 형태학적 변화, 생물막 발달, 부착소 생산, 가수분해 효소 방출 및 숙주 세포 표면 침투와 같은 다양한 독성 요인을 나타냈습니다.