複数の要因が嫌気性病原体クロストリジウムディフィシルによってバイオフィルム形成を調節する

バイオフィルム内の細菌は、免疫応答や抗菌薬を含む複数のストレスから保護されています。細菌性病原体のバイオフィルム形成能力は、抗生物質耐性の増加と慢性再発性感染症と関連しています。バイオフィルムはいくつかの腸内病原体についてよく研究されていますが、嫌気性腸の種によるバイオフィルム形成についてはほとんど知られていません。義務的な嫌気性クロストリジウムディフィシルは、主に再発感染の発生率が高いため、主要な医療関連の問題であるC. difficile感染（CDI）を引き起こします。C. difficileは、正常な腸の微生物叢が抗菌剤によって破壊されると腸に定着します。ただし、感染中の腸のコロニー形成に関与する要因またはプロセスは不明のままです。臨床C. difficile株、すなわち630株とin vitroで構造化されたバイオフィルムを形成し、R20291が実質的により多くのバイオフィルムを蓄積することを実証します。顕微鏡的および生化学的分析は、タンパク質、DNA、および多糖類を含むバイオフィルムマトリックスに包まれた細菌の複数の層を示しています。同体性変異体を使用して、毒性関連タンパク質、CWP84、鞭毛、および推定クォーラムセンシングレギュレーターであるLUXSが、C。difficileによる最大バイオフィルム形成に必要であることを示します。興味深いことに、胞子形成を制御する転写因子であるSPO0Aの変異体は、バイオフィルム形成に欠陥があり、胞子形成とバイオフィルム形成の間のリンクの可能性を示しています。さらに、クロストリジールバイオフィルムの細菌は、CDIの治療に一般的に使用される薬物である高濃度のバンコマイシンにより耐性があることを実証しています。私たちのデータは、C。difficileによるバイオフィルム形成が複雑な多因子プロセスであり、宿主のクロストリジアル持続のための重要なメカニズムである可能性があることを示唆しています。

Bacteria within biofilms are protected from multiple stresses, including immune responses and antimicrobial agents. The biofilm-forming ability of bacterial pathogens has been associated with increased antibiotic resistance and chronic recurrent infections. Although biofilms have been well studied for several gut pathogens, little is known about biofilm formation by anaerobic gut species. The obligate anaerobe Clostridium difficile causes C. difficile infection (CDI), a major health care-associated problem primarily due to the high incidence of recurring infections. C. difficile colonizes the gut when the normal intestinal microflora is disrupted by antimicrobial agents; however, the factors or processes involved in gut colonization during infection remain unclear. We demonstrate that clinical C. difficile strains, i.e., strain 630 and the hypervirulent strain R20291, form structured biofilms in vitro, with R20291 accumulating substantially more biofilm. Microscopic and biochemical analyses show multiple layers of bacteria encased in a biofilm matrix containing proteins, DNA, and polysaccharide. Employing isogenic mutants, we show that virulence-associated proteins, Cwp84, flagella, and a putative quorum-sensing regulator, LuxS, are all required for maximal biofilm formation by C. difficile. Interestingly, a mutant in Spo0A, a transcription factor that controls spore formation, was defective for biofilm formation, indicating a possible link between sporulation and biofilm formation. Furthermore, we demonstrate that bacteria in clostridial biofilms are more resistant to high concentrations of vancomycin, a drug commonly used for treatment of CDI. Our data suggest that biofilm formation by C. difficile is a complex multifactorial process and may be a crucial mechanism for clostridial persistence in the host.