Gdy mikroorganizmy współpracują: groźna synergia Candida albicans i Enterococcus faecalis

Interakcje między mikroorganizmami kolonizującymi organizm człowieka są znacznie bardziej złożone, niż jeszcze niedawno przypuszczano. Dotychczas zakładano, że bakterie zasiedlające błony śluzowe pełnią przede wszystkim funkcję antagonistów wobec grzybów, ograniczając ich wzrost i kolonizację. Najnowsze badania międzynarodowego zespołu naukowców kierowanego przez Leibniz Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) w Jenie wskazują jednak, że w określonych warunkach drobnoustroje te mogą tworzyć groźne alianse.

Badacze wykazali, że drożdżak Candida albicans oraz bakteria Enterococcus faecalis mogą w sprzyjających okolicznościach działać synergistycznie, potęgując uszkodzenia komórek gospodarza. Zamiast wzajemnie ograniczać swój rozwój, mikroorganizmy te mogą wzmacniać swoją patogenność, prowadząc do znacznie poważniejszych uszkodzeń komórkowych niż w przypadku infekcji wywołanej przez każdy z nich osobno. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie PNAS. Kluczową rolę w tym procesie odgrywa bakteryjna toksyna – cytolizyna (cytolysin).

Candida albicans i Enterococcus faecalis – zwykle nieszkodliwi mieszkańcy

Drożdżak Candida albicans oraz bakteria Enterococcus faecalis należą do mikroorganizmów powszechnie kolonizujących błony śluzowe człowieka. W warunkach prawidłowej równowagi mikrobiologicznej pozostają zazwyczaj nieszkodliwymi składnikami mikrobioty.

Sytuacja zmienia się jednak w przypadku zaburzeń odporności lub dysbiozy mikrobiologicznej, która może pojawić się na przykład po antybiotykoterapii. W takich warunkach oba drobnoustroje mogą stać się patogenami oportunistycznymi i prowadzić do rozwoju infekcji.

Jak podkreśla Ilse Jacobsen, kierowniczka działu Mikrobiologii Immunologicznej w Leibniz-HKI, dotychczas większość badań koncentrowała się na antagonistycznych relacjach między bakteriami a grzybami. Zespół badawczy postawił jednak inne pytanie: dlaczego w pewnych warunkach mikroorganizmy te zaczynają współpracować i wspólnie wywoływać znacznie większe uszkodzenia tkanek oraz jakie czynniki odpowiadają za tę zmianę relacji.

Cytolizyna jako kluczowy czynnik patogenności

Aby lepiej zrozumieć mechanizmy współdziałania tych mikroorganizmów, naukowcy przebadali liczne szczepy Enterococcus faecalis w modelach hodowli komórkowych. Wyniki wykazały, że jedynie część z nich istotnie nasila uszkodzenia komórek podczas współistniejącej infekcji Candida albicans.

Wspólną cechą tych szczególnie agresywnych szczepów była zdolność do produkcji cytolizyny – toksyny bakteryjnej, która uszkadza błony komórkowe poprzez tworzenie w nich porów. Prowadzi to do utraty integralności komórki i w konsekwencji do jej śmierci.

Eksperymenty genetyczne potwierdziły kluczową rolę tej toksyny. W przypadku szczepów pozbawionych genu kodującego cytolizynę nie obserwowano dodatkowego uszkodzenia komórek gospodarza. Natomiast ponowne wprowadzenie tego genu przywracało efekt nasilonej cytotoksyczności.

Wyniki uzyskane w modelach komórkowych zostały następnie potwierdzone w badaniach na modelu myszy. Szczepy Enterococcus faecalis produkujące cytolizynę znacząco zwiększały uszkodzenia błony śluzowej wywoływane przez Candida albicans. Co interesujące, warianty bakterii pozbawione tej toksyny wykazywały nawet działanie łagodzące.

Jak podkreśla Jacobsen, nie wszystkie enterokoki wykazują taki sam potencjał patogenny. To właśnie szczepy zdolne do produkcji cytolizyny stanowią szczególnie niebezpieczną grupę, co może tłumaczyć obserwowane w praktyce klinicznej różnice w przebiegu infekcji, mimo udziału pozornie tych samych mikroorganizmów.

Mechanizmy współpracy grzyba i bakterii

Analiza interakcji między Candida albicans i Enterococcus faecalis pozwoliła zidentyfikować dwa główne mechanizmy odpowiedzialne za ich synergistyczne działanie.

Pierwszym z nich jest bezpośredni kontakt między drobnoustrojami. Bakterie mogą przylegać do komórek grzyba, co umożliwia im zbliżenie się do komórek gospodarza. W efekcie cytolizyna działa w bezpośrednim sąsiedztwie komórek nabłonkowych, gdzie jej działanie cytotoksyczne jest szczególnie intensywne.

Drugim mechanizmem jest wyczerpywanie zasobów energetycznych komórek gospodarza. Candida albicans bardzo szybko zużywa glukozę, co prowadzi do lokalnego niedoboru energii w komórkach gospodarza. Taki stan osłabia ich mechanizmy obronne i zwiększa podatność na działanie bakteryjnej toksyny.

Wspólne działanie tych dwóch procesów prowadzi do powstania środowiska sprzyjającego maksymalizacji destrukcyjnego potencjału obu mikroorganizmów. W efekcie dochodzi do znacznie poważniejszych uszkodzeń komórkowych niż w przypadku infekcji wywołanej przez pojedynczy patogen.

Znaczenie odkrycia dla medycyny i terapii zakażeń

Uzyskane wyniki podkreślają znaczenie złożonych interakcji między drobnoustrojami w przebiegu infekcji. Patogenność zakażenia nie zależy wyłącznie od pojedynczego gatunku mikroorganizmu, lecz również od składu mikrobiologicznego środowiska oraz od zestawu czynników wirulencji, które drobnoustroje wykorzystują w trakcie infekcji.

Lepsze zrozumienie takich interakcji może w przyszłości pomóc w opracowaniu bardziej precyzyjnych strategii terapeutycznych. Szczególne znaczenie może mieć identyfikacja szczepów bakterii produkujących cytolizynę oraz rozwój terapii ukierunkowanych na neutralizację toksyn bakteryjnych lub modulowanie interakcji między mikroorganizmami.

Badanie zostało przeprowadzone pod kierownictwem Ilse Jacobsen, profesor Universität Jena i kierowniczki działu w Leibniz-HKI. W projekcie uczestniczyli także naukowcy z Universitätsklinikum Jena, Universitätsklinikum Tübingen, ośrodków badawczych w Los Angeles oraz Nanyang Technological University w Singapurze. Projekt był finansowany m.in. przez Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) w ramach Jenaer Zentrum für Sepsis und Sepsiskontrolle (CSCC) oraz przez Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) w ramach Exzellenzcluster „Balance of the Microverse”.

Źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Synergistic interactions between Candida albicans and Enterococcus faecalis promote toxin-dependent host cell damage
DOI: https://doi.org/10.1101/2024.09.11.612452