高溶解バイオミネラル化は、シプロフロキサシンに対するプロテウスミラビリスバイオフィルム感受性を低下させます

ウレアーゼ産生菌、特にProteus mirabilisによって誘導されるureololytic Biomineralizationは、尿路計算の形成と留置尿中カテーテルの染色の原因です。このような微生物バイオフィルムは、根絶するのが困難であり、カテーテル関連の尿路感染症の持続に寄与しますが、この反論の原因となるメカニズムは不明瞭なままです。この研究では、野生型（URE+）とウレアーゼ陰性（URE-）P。ミラビリスバイオフィルムのシプロフロキサシンによる殺害に対する感受性を特徴づけました。ure+バイオフィルムは、人工尿中のバイオフィルムバイオマス内に均一に分布した細かいバイオミネラル沈殿物を生成しましたが、ure-バイオフィルムは同一の成長条件下でバイオミネラル堆積物を生成しませんでした。シプロフロキサシンへの曝露後、URE+バイオフィルムはURE-バイオフィルムよりも大きな生存率（殺害が少ない）を示し、バイオミネラル化が抗菌薬に対してバイオフィルム居住細胞を保護したことを示しています。この繰り返しの原因となるメカニズムを評価するために、ビデオ共焦点顕微鏡により、Cy5結合シプロフロキサシンのバイオフィルムへの輸送を観察および定量化しました。これらの観察結果は、URE+バイオフィルムの感受性の低下が、バイオフィルムのバイオミネラル化領域にシプロフロキサシンを妨害したことに起因することを明らかにしました。さらに、バイオミネラル化により、抗菌薬曝露後の表面上の生存細胞の保持が強化されました。これらの発見は、P。mirabilis代謝によって誘発されるureolylic Biomineralizationが、内部溶質輸送を減らし、バイオフィルムの安定性を増加させることにより、抗菌薬感受性を強く調節することを示しています。

Ureolytic biomineralization induced by urease-producing bacteria, particularly Proteus mirabilis, is responsible for the formation of urinary tract calculi and the encrustation of indwelling urinary catheters. Such microbial biofilms are challenging to eradicate and contribute to the persistence of catheter-associated urinary tract infections, but the mechanisms responsible for this recalcitrance remain obscure. In this study, we characterized the susceptibility of wild-type (ure+) and urease-negative (ure-) P. mirabilis biofilms to killing by ciprofloxacin. Ure+ biofilms produced fine biomineral precipitates that were homogeneously distributed within the biofilm biomass in artificial urine, while ure- biofilms did not produce biomineral deposits under identical growth conditions. Following exposure to ciprofloxacin, ure+ biofilms showed greater survival (less killing) than ure- biofilms, indicating that biomineralization protected biofilm-resident cells against the antimicrobial. To evaluate the mechanism responsible for this recalcitrance, we observed and quantified the transport of Cy5-conjugated ciprofloxacin into the biofilm by video confocal microscopy. These observations revealed that the reduced susceptibility of ure+ biofilms resulted from hindered delivery of ciprofloxacin into biomineralized regions of the biofilm. Further, biomineralization enhanced retention of viable cells on the surface following antimicrobial exposure. These findings together show that ureolytic biomineralization induced by P. mirabilis metabolism strongly regulates antimicrobial susceptibility by reducing internal solute transport and increasing biofilm stability.