Role of haemoglobin and metal ions in forming of mixed species biofilms by Candida albicans and Porphyromonas gingivalis

Drożdżaki z gatunku Candida albicans należą do oportunistycznych patogenów zasiedlających różne nisze organizmu człowieka. Powszechność tego mikroorganizmu i specyficzne czynniki wirulencji, do których należą: polimorfizm morfologiczny, zjawisko przełączania fenotypowego, białka adhezyjne, czy wydzielane do środowiska enzymy proteolityczne powodują, że jest on przyczyną większości infekcji szpitalnych. W ostatnich latach zwrócono także uwagę na rolę tego drobnoustroju w rozwoju chorób przyzębia. Jak się okazuje może on kolonizować kieszonki dziąsłowe, przyczyniając się do takich chorób jak zapalenie dziąseł, czy paradontoza. Jako patogen, drożdżaki tworzą społeczność otoczoną macierzą zewnątrzkomórkową zwaną biofilmem. Biofilmy takie rzadko są strukturami jednogatunkowymi. W przypadku chorób przyzębia ważnym czynnikiem etiologicznym są bakterie z gatunku Porphyromonas gingivalis. Mogą one korzystać z wytworzonego przez drożdże mikrośrodowiska beztlenowego i wzmagać rozwój choroby, wykorzystując do tego m.in enzymy proteolityczne - gingipainy. Ważną rolę w takim układzie może pełnić niosąca atom żelaza hemoglobina, która jest niezbędna bakteriom do przeżycia oraz napędza zmiany morfologiczne drożdżaków. Otrzymane wyniki wskazują na istotność tego białka w rozwoju biofilmów mieszanych. W badaniach przyjrzano się także roli bakteryjnego białka HmuY, które odpowiada za pobieranie hemu ze środowiska. Wykazano, że bierze ono udział w interakcji tych mikroorganizmów, która zależy od obecności jonów cynku, wiązanych przez to białko. Zabrane rezultaty wskazują na ważną rolę hemoglobiny i jej pochodnych w rozwoju biofilmów drożdżowych i mieszanych, a co za tym idzie, w patogenezie chorób przyzębia. Mogą one stanowić punkt odniesienia do dalszych, bardziej zaawansowanych badań nad interakcjami mikroorganizmów, które przyczyniają się do zapadania na te choroby.

Yeast of Candida albicans species belongs to opportunistic pathogens living in human organism niches. An abundance of this microorganism and distinctive virulence factors, which include morphological polymorphism, phenotypical switching, adhesive proteins and extracellular proteolytic enzymes, render it the cause of most hospital-acquired infections. In recent years the role of this microbe was also noticed in the progression of oral infections. As it turns out it can colonize gingival pockets resulting in conditions such as gingivitis and periodontitis. As a pathogen yeast have the ability to form communities enclosed in an extracellular matrix called biofilms. Those biofilms rarely stay as mono-species structure. In the event of oral infections, an important etiological factor is a bacteria of Porphyromonas gingivalis species. They may benefit from anaerobic microenvironment created by C. albicans and potentiate the disease e.g. by making use of gingipains. An important role in such system is played by iron-carrying haemoglobin, which is vital for the survival of bacteria and propels yeast’s filamentation. The results show the importance of this protein in the development of mixed species biofilm. In research, the role of bacterial HmuY protein, which retrieves heme from the environment, was also investigated. It was shown that it plays a role in the interaction of these microorganisms, which is also dependent on zinc ions, that are bound by this protein. The collected data showcase the importance of haemoglobin and its derivatives in the development of mono- and mixed species biofilms and by extension oral diseases. It may the point of reference for further, more advanced research on microorganisms’ interaction that underlies their pathogenicity and diseases’ development.