Effect of selected antifungal and antibacterial drugs on the stability of mixed biofilm formation and its consequences for infected human cells

Zachłystowe zapalenie płuc jest chorobą wynikającą z niekontrolowanej aspiracji treści żołądka, gardła lub jamy ustnej wraz z obecnymi tam mikroorganizmami. Dotyka ona zwykle osoby z zaburzeniami przełykania. Patogenem, którego udział w tej chorobie został potwierdzony jest Porphyromonas gingivalis – beztlenowa bakteria wywołująca paradontozę. W zachłystowym zapaleniu płuc odnotowano również obecność drożdżaków z rodzaju Candida. Mikroorganizm ten zdolny jest do wykorzystywania różnych strategii przyczyniających się do zwiększania patogenności. Jedną z najważniejszych jest zdolność do tworzenia biofilmów, czyli struktur chroniących drożdżaki przed niekorzystnym wpływem środowiska zewnętrznego. W zachłystowym zapaleniu płuc w skład biofilmów tworzonych przez C. albicans wchodzą również bakterie P. gingivalis. Biofilmy mieszane składające się z tych mikroorganizmów wykazują większą chorobotwórczość i odporność na stosowane leczenie, w porównaniu do biofilmów monogatunkowych. Dotychczas w leczeniu zachłystowego zapalenia płuc stosowano leki skierowane przeciwko biofilmom monogatunkowym lub mieszanym, uwzględniającym obecność głównie bakterii. Celem pracy było zbadanie wpływu leków przeciwbakteryjnych – meropenemu, metronidazolu, lewofloksacyny i wankomycyny, oraz leków przeciwgrzybiczych – flukonazolu, amfoterycyny B oraz kaspofunginy, na stabilność formowania mieszanych biofilmów tworzonych przez bakterie P. gingivalis i drożdżaki C. albicans oraz konsekwencje tych terapii dla infekowanych komórek ludzkich. Uzyskane wyniki wykazały, że obecność drożdżaków w biofilmach mieszanych w warunkach tlenowych, pełni rolę protekcyjną względem bakterii przed działaniem tlenu. Wrażliwość C. albicans na antymikotyk - amfoterycynę B, okazała się większa w biofilmach mieszanych z udziałem P. gingivalis, w porównaniu do jednogatunkowego biofilmu drożdżowego, co wynika z osłabienia organizmów grzybiczych przez czynniki bójcze bakterii. Wszystkie badane terapeutyki nie wykazały cytotoksyczności względem analizowanych komórek ludzkich.

Aspiration pneumonia is a disease resulting from the uncontrolled aspiration of the stomach, throat or mouth content, together with the microorganisms present there. It usually affects people with swallowing disorders. The pathogen whose participation in this disease has been confirmed is Porphyromonas gingivalis - an anaerobic bacterium causing periodontitis. Candida albicans has also been reported in aspiration pneumonia. This microorganism can use various strategies contributing to increasing pathogenicity. One of the most important is the ability to create biofilms – structures that protect yeasts against the adverse effects of the external environment. P. gingivalis was found as a part of the biofilms formed by C. albicans in aspiration pneumonia. Mixed biofilms consisting of these microorganisms show greater pathogenicity and resistance to the applied treatment, compared to monospecies biofilms. The therapies applied to treat aspiration pneumonia used drugs directed against monospecies biofilms, mostly bacterial. The aim of the study was to investigate the effect of antimicrobial drugs - meropenem, metronidazole, levofloxacin, and vancomycin, as well as, antifungal drugs - fluconazole, amphotericin B and caspofungin, on the stability of mixed biofilms formed by P. gingivalis and C. albicans. The experimental results showed that the presence of yeasts in mixed biofilms under aerobic conditions has a protective role for viability of anaerobic bacteria in presence of oxygen. The sensitivity of C. albicans to the antimycotic drug - amphotericin B, is greater in mixed biofilms with the participation of P. gingivalis, and results from the weakening of fungal organism viability by bacteria. All tested therapeutics showed no cytotoxicity to the tested human cells.