Prenos plazmidov s konjugacijo med gramnegativnimi bakterijami

Konjugacija v naravnih habitatih: primer bakterijskih biofilmov

Znano je, da prenos genov s konjugacijo prispeva h genetski dinamiki bakterijskih populacij, ki živijo v različnih okoljih, vključno s tlemi, na površinah rastlin, v vodi in odpadnih vodah, pa tudi v bakterijskih skupnostih, povezanih z rastlinskimi ali živalskimi gostitelji. Bakterije na splošno veljajo za planktonske enocelične organizme, vendar v naravnem in kliničnem okolju pogosto živijo v kompleksnih strukturah, imenovanih biofilmi. Biofilmi nudijo bakterijam zavetje pred zunanjimi nevarnostmi, vendar je bilo tudi predlagano, da nudijo nišo, ki olajša širjenje determinant odpornosti na zdravila s konjugacijo

Biofilm kot niša, ki spodbuja konjugacijo bakterij

Organizacija sestavin matriksa biofilma vpliva na hitrost prenosa plazmidov. Polisaharidi lahko na primer omejijo difuzijo DNA in ovirajo stik med celicami dajalkami in prejemnicami. Zunajcelična DNA (eDNA) deluje kot skupni adhezin, ki približa celice za konjugacijo. Tako različne sestave matriksa ustvarjajo različna mikrookolja, ki vplivajo na pretok genov s konjugativno izmenjavo.

Vpliv strukture biofilma na konjugacijo

Učinkovitost konjugacije je odvisna od arhitekturne strukture biofilmov, na katero vplivajo dejavniki, kot so bakterijske vrste in okoljski pogoji. Glede na mikroskopske študije poteka konjugacija predvsem na robovih biofilmov, kar kaže na majhen prodor v globlje plasti. Kljub temu znanju ostaja še vedno negotovo, kako kemični gradienti znotraj teh skupnosti vplivajo na presnovo bakterij in genetsko raznolikost, zlasti ko gre za njihovo povezavo s konjugacijo.

Vpliv konjugativnih plazmidov na tvorbo biofilma

Konjugirani plazmidi, ki pogosto nosijo gene za spodbujanje pritrjevanja na površino, prav tako povečujejo nastanek biofilma. Ko je plazmid v gostiteljski celici, lahko spremeni izražanje genov in s tem vpliva na zgradbo in zorenje biofilmov. Vendar je treba mehanizme, ki so vključeni v te spremembe, še naprej raziskovati, zlasti med različnimi vrstami gostiteljev.

Vpliv zdravljenja z antibiotiki na konjugacijo v biofilmih

Na dinamiko biofilma in prenos genov vpliva zdravljenje z antibiotiki. Antibiotiki pod najnižjimi inhibitornimi koncentracijami (sub-MIC) lahko spodbujajo nastanek ali povečajo pogostost konjugativnih dogodkov, hkrati pa z bolj odpornimi skupnostmi povečujejo odpornost proti protimikrobnim sredstvom. Poskusi slikanja v realnem času razkrivajo, da antibiotiki morda služijo predvsem kot gonilna sila za selekcijo po prenosu in ne kot neposredni spodbujevalci konjugacije. Zdravljenje z antibiotiki spremeni strukturo biofilma in tako vpliva na učinkovitost prenosa plazmidov. Nekatera zdravila motijo komunikacijo med celicami ali zavirajo proizvodnjo matriksa, kar vpliva na pogostost konjugacije in prostorsko razporeditev v biofilmu. Po drugi strani pa nekateri antibiotiki povzročijo lizo bakterijskih celic v biofilmih, pri čemer se sproščajo prosti fragmenti DNA v okolje, kjer jih lahko prevzamejo druge bakterije z naravno sposobnostjo ali procesi transformacije. Zato imajo protimikrobna sredstva dvojno vlogo, in sicer kot modulatorji genske izmenjave znotraj biofilmov in kot gonilna sila za horizontalni prenos genov med različnimi vrstami ali rodovi.Razumevanje teh odnosov je pomembno za razvoj strategij za obvladovanje okužb, povezanih z biofilmskimi skupnostmi, ki so odporne proti več zdravilom. Mikrofluidika se lahko uporablja za preučevanje, kako se geni širijo v biofilmih. Nedavna študija je pokazala, da je način, kako se geni premikajo skozi biofilm, nadzorovan z njegovo strukturo. Dejstvo, da lahko zaradi njih bakterije, odporne na antibiotike, bolj verjetno delijo gene za odpornost, pomeni, da moramo razumeti, kako zdravila vplivajo na prenos genov znotraj teh kolonij.