Молекулярные факторы формирования и развития грибковых биопленок

Цель обзора — осветить молекулярные механизмы образования и развития грибковых биопленок, а также перспективные методы борьбы с ними.
Биопленки представляют собой форму организации сосуществования представителей одного или различных видов микроорганизмов. Под определением грибковых биопленок подразумевают сообщества, включающие микроскопических представителей царства Fungi — микромицетов.
Формирование биопленки влечет за собой множество преимуществ для ее обитателей перед свободноживущими (планктонными) формами микромицетов. В состоянии биопленки клетки приобретают большую устойчивость к физико-химическим стрессовым воздействиям окружающей среды, таким как колебания температуры и кислотно-щелочного баланса. Также устойчивость к противогрибковым препаратам (антимикотикам) может возрасти на порядок, а в некоторых случаях — на несколько порядков. Кроме того, внутри биопленки микромицеты становятся труднодоступными для иммунных механизмов защиты организма-хозяина, что часто приводит к хронизации инфекционного процесса.
Способность к адгезии на различных биотических и абиотических субстратах обеспечивает микроорганизмам возможность формирования биопленок как на поверхностях медицинских изделий и имплантатов (включая внутрисосудистые и мочевые катетеры, кардиальные клапанные протезы и эндопротезы суставов), так и на тканях организма-хозяина, что указывает на их ключевую роль в развитии инфекций и состояний персистирующей колонизации.
Немаловажную роль в формировании биопленок и во взаимодействии микробных клеток друг с другом внутри биопленок играет «чувство кворума» (quorum sensing) — обмен сигнальными молекулами с использованием внешней среды или матрикса биопленки. В последние годы было открыто большое количество разнообразных сигнальных систем, основанных на «чувстве кворума» микромицетов, участвующих в широком спектре биологических процессов, включая образование биопленок. Учитывая, что большая часть всех видов микроорганизмов способна образовывать биопленки в естественной среде, изучение их формирования и функционирования представляет собой одно из приоритетных направлений современной микробиологии.

1. Fungal biofilm formation and its regulatory mechanism / D. Wang, N. Zeng, Ch. Li [et al.] // Heliyon. — 2024. — Vol. 10, № 12. — DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e32766.

2. Highlights in pathogenic fungal biofilms / J. D. C. O. Sardi, N. De S. Pitangui, G. Rodriguez-Arellanes [et al.] // Revista Iberoamericana de Micologia. — 2014. — Vol. 31, № 1. — P. 22—29.

3. Davies, D. Understanding biofilm resistance to antibacterial agents / D. Davies // Nature Reviews Drug Discovery. — 2003. — Vol. 2, № 2. — P. 114—122.

4. Production of tyrosol by Candida albicans biofilms and its role in quorum sensing and biofilm development / M. A. S. Alem, M. D. Y. Oteef, T. H. Flowers, L. J. Douglas // Eukaryotic Cell. — 2006. — Vol. 5, № 10. — P. 1770—1779.

5. Quorum Sensing in Fungal Species / X. Tian, H. Ding, W. Ke, L. Wang // Annual Review of Microbiology. — 2021. — Vol. 75, № 1. — P. 449—469.

6. Cavalheiro, M. Candida Biofilms: threats, challenges, and promising strategies / M. Cavalheiro, M. C. Teixeira // Frontiers of Medicine. — 2018. — Vol. 5. — DOI: 10.3389/FMED.2018.00028.

7. The APSES transcription factor Efg1 is a global regulator that controls morphogenesis and biofilm formation in Candida parapsilosis / L. A. Connolly, Al. Riccombeni, Z. Grozer [et al.] // Molecular Microbiology. — 2013. — Vol. 90, № 1. — С. 36—53.

8. The filamentation pathway controlled by the Efg1 regulator protein is required for normal biofilm formation and development in Candida albicans / G. Ramage, K. VandeWalle, J. L. Lopez-Ribot, B. L. Wickes // FEMS Microbiology Letters. — 2002. — Vol. 214, № 1. — P. 95—100.

9. In vitro long-term exposure to chlorhexidine or triclosan induces cross-resistance against azoles in Nakaseomyces glabratus / K. Spettel, D. Bumberger, R. Kriz [et al.] // Antimicrobial Resistance and Infection Control. — 2025. — Vol. 14, № 1. — DOI: 10.1186/s13756-024-01511-4.

10. The Membrane Activity of the Amphibian Temporin B Peptide Analog TB_KKG6K Sheds Light on the Mechanism That Kills Candida albicans / A. Kakar, L. E. Sastre-Velasquez, M. Hess [et al.] // mSphere. — 2022. — Vol. 7, № 5. — P. 1—20.

11. Mechanisms of increased resistance to chlorhexidine and cross-resistance to colistin following exposure of Klebsiella pneumoniae Clinical Isolates to Chlorhexidine / M. E. Wand, L. J. Bock, L. C. Bonney, J. M. Sutton // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. — 2017. — Vol. 61, № 1. — P. 1—16.

12. Berman, J. Drug resistance and tolerance in fungi / J. Berman, D. J. Krysan // Nature Reviews Microbiology. — 2020. — Vol. 18, № 6. — P. 319—331.

13. WHO fungal priority pathogens list to guide research, development and public health action. — Geneva : World Health Organization, 2022. — 48 p.

14. Biofilms and Antifungal Resistance / E. P. Fox, N. Hartooni, C. J. Nobile, Sh. D. Singh-Babak’s // Antifungals: From Genomics to Resistance and the Development of Novel Agents. — Caister Academic Press, 2015. — P. 71—90. — DOI:10.21775/9781910190012.04.

15. Putative role of beta-1,3 glucans in Candida albicans biofilm resistance / J. Nett, L. Lincoln, K. Marchillo [et al.] // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. — 2007. — Vol. 51, № 2. — P. 510—520.

16. Role of matrix β-1,3 glucan in antifungal resistance of non-albicans Candida biofilms / K. F. Mitchell, H. T. Taff, M. A. Cuevas [et al.] // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. — 2013. — Vol. 57, № 4. — P. 1918—1920.

17. Garvey, M. Pathogenic drug resistant fungi : a review of mitigation strategies / M. Garvey, N. J. Rowan // International Journal of Molecular Sciences. — 2023. — Vol. 24, № 2. — DOI: 10.3390/ijms24021584.