Potential Role of Biofilm Formation in the Development of Digestive Tract Cancer With Special Reference to Helicobacter pylori Infection
Creators
- 1. University of Pisa
- 2. Mexican Social Security Institute
- 3. Universidad Nacional de Asunción
- 4. Instituto Nacional de Cancerología
- 5. German Cancer Research Center
- 6. Wayne State University
Description
Bacteria are highly social organisms that communicate via signaling molecules and can assume a multicellular lifestyle to build biofilm communities. Until recently, complications from biofilm-associated infection have been primarily ascribed to increased bacterial resistance to antibiotics and host immune evasion, leading to persistent infection. In this theory and hypothesis article we present a relatively new argument that biofilm formation has potential etiological role in the development of digestive tract cancer. First, we summarize recent new findings suggesting the potential link between bacterial biofilm and various types of cancer to build the foundation of our hypothesis. To date, evidence has been particularly convincing for colorectal cancer and its precursor, i.e. polyps, pointing to several key individual bacterial species, such as Bacteroides fragilis, Fusobacterium nucleatum and Streptococcus gallolyticus subsp. Gallolyticus. Then, we further extend this hypothesis to one of the most common bacterial infection in humans, Helicobacter pylori (Hp), which is considered a major cause of gastric cancer. Thus far, there has been no direct evidence linking in vivo Hp gastric biofilm formation to gastric carcinogenesis. Yet, we synthesize the information to support an argument that biofilm associated-Hp is potentially more carcinogenic, summarizing biological characteristics of biofilm-associated bacteria. We also discuss mechanistic pathways as to how Hp or other biofilm-associated bacteria control biofilm formation and highlight recent findings on Hp genes that influence biofilm formation, which may lead to strain variability in biofilm formation. This knowledge may open a possibility of developing targeted intervention. We conclude, however, that this field is still in its infancy. To test the hypothesis rigorously and to link it ultimately to gastric pathologies (e.g., premalignant lesions and cancer), studies are needed to learn more about Hp biofilms, such as compositions and biological properties of extracellular polymeric substance, presence of non-Hp microbiome and geographical distribution of biofilms in relation to gastric gland types and structures. Identification of specific Hp strains with enhanced biofilm formation would be helpful not only for screening patients at high risk for sequelae from Hp infection, but also for development of new antibiotics to avoid resistance, regardless of its association with gastric cancer.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
البكتيريا هي كائنات اجتماعية للغاية تتواصل عبر جزيئات الإشارة ويمكنها أن تفترض نمط حياة متعدد الخلايا لبناء مجتمعات بيوفيلم. حتى وقت قريب، كانت المضاعفات الناجمة عن العدوى المرتبطة بالغشاء الحيوي تُعزى في المقام الأول إلى زيادة المقاومة البكتيرية للمضادات الحيوية والتهرب المناعي للمضيف، مما يؤدي إلى عدوى مستمرة. في مقالة النظرية والفرضية هذه، نقدم حجة جديدة نسبيًا مفادها أن تكوين الغشاء الحيوي له دور مسبب محتمل في تطور سرطان الجهاز الهضمي. أولاً، نلخص النتائج الجديدة الأخيرة التي تشير إلى الصلة المحتملة بين الأغشية الحيوية البكتيرية وأنواع مختلفة من السرطان لبناء أساس فرضيتنا. حتى الآن، كانت الأدلة مقنعة بشكل خاص لسرطان القولون والمستقيم وسلائفه، أي السلائل، مشيرة إلى العديد من الأنواع البكتيرية الفردية الرئيسية، مثل Bacteroides fragilis و Fusobacterium nucleatum و Streptococcus gallolyticus subsp. Gallolyticus. بعد ذلك، نوسع هذه الفرضية لتشمل واحدة من أكثر العدوى البكتيرية شيوعًا لدى البشر، وهي Helicobacter pylori (Hp)، والتي تعتبر سببًا رئيسيًا لسرطان المعدة. حتى الآن، لم يكن هناك دليل مباشر يربط في تكوين الغشاء الحيوي للمعدة في الجسم الحي بالسرطان المعدي. ومع ذلك، فإننا نجمع المعلومات لدعم حجة مفادها أن الأغشية الحيوية المرتبطة بالحصان من المحتمل أن تكون أكثر مسببة للسرطان، وتلخيص الخصائص البيولوجية للبكتيريا المرتبطة بالأغشية الحيوية. كما نناقش المسارات الميكانيكية لكيفية تحكم الحصان أو البكتيريا الأخرى المرتبطة بالغشاء الحيوي في تكوين الغشاء الحيوي ونسلط الضوء على النتائج الحديثة حول جينات الحصان التي تؤثر على تكوين الغشاء الحيوي، مما قد يؤدي إلى تقلب السلالة في تكوين الغشاء الحيوي. قد تفتح هذه المعرفة إمكانية تطوير التدخل المستهدف. ومع ذلك، نستنتج أن هذا المجال لا يزال في مراحله الأولى. لاختبار الفرضية بدقة وربطها في نهاية المطاف بأمراض المعدة (على سبيل المثال، الآفات قبل الخبيثة والسرطان)، هناك حاجة إلى دراسات لمعرفة المزيد عن الأغشية الحيوية الحصانية، مثل التركيبات والخصائص البيولوجية للمادة البوليمرية خارج الخلية، ووجود ميكروبيوم غير حصاني والتوزيع الجغرافي للأغشية الحيوية فيما يتعلق بأنواع وهياكل الغدة المعدية. سيكون تحديد سلالات محددة من الحصان مع تكوين بيوفيلم محسن مفيدًا ليس فقط لفحص المرضى المعرضين لخطر كبير للعواقب الناجمة عن عدوى الحصان، ولكن أيضًا لتطوير مضادات حيوية جديدة لتجنب المقاومة، بغض النظر عن ارتباطها بسرطان المعدة.Translated Description (French)
Les bactéries sont des organismes très sociaux qui communiquent via des molécules de signalisation et peuvent adopter un mode de vie multicellulaire pour construire des communautés de biofilms. Jusqu'à récemment, les complications d'une infection associée au biofilm étaient principalement attribuées à une résistance bactérienne accrue aux antibiotiques et à l'évasion immunitaire de l'hôte, conduisant à une infection persistante. Dans cet article de théorie et d'hypothèse, nous présentons un argument relativement nouveau selon lequel la formation de biofilm a un rôle étiologique potentiel dans le développement du cancer du tube digestif. Tout d'abord, nous résumons les nouvelles découvertes récentes suggérant le lien potentiel entre le biofilm bactérien et divers types de cancer pour construire la base de notre hypothèse. À ce jour, les preuves ont été particulièrement convaincantes pour le cancer colorectal et son précurseur, à savoir les polypes, indiquant plusieurs espèces bactériennes individuelles clés, telles que Bacteroides fragilis, Fusobacterium nucleatum et Streptococcus gallolyticus subsp. Gallolyticus. Ensuite, nous étendons cette hypothèse à l'une des infections bactériennes les plus courantes chez l'homme, Helicobacter pylori (Hp), considérée comme une cause majeure de cancer gastrique. Jusqu'à présent, il n'y a pas eu de preuve directe reliant in vivo la formation de biofilm gastrique Hp à la carcinogenèse gastrique. Pourtant, nous synthétisons les informations pour soutenir l'argument selon lequel la HP associée au biofilm est potentiellement plus cancérigène, résumant les caractéristiques biologiques des bactéries associées au biofilm. Nous discutons également des voies mécanistes quant à la façon dont Hp ou d'autres bactéries associées au biofilm contrôlent la formation du biofilm et mettons en évidence les découvertes récentes sur les gènes Hp qui influencent la formation du biofilm, ce qui peut entraîner une variabilité des souches dans la formation du biofilm. Ces connaissances peuvent ouvrir la possibilité de développer une intervention ciblée. Nous concluons cependant que ce domaine en est encore à ses balbutiements. Pour tester rigoureusement l'hypothèse et la relier finalement à des pathologies gastriques (par exemple, des lésions prémalignes et le cancer), des études sont nécessaires pour en savoir plus sur les biofilms Hp, tels que les compositions et les propriétés biologiques de la substance polymère extracellulaire, la présence de microbiome non-Hp et la distribution géographique des biofilms par rapport aux types et structures des glandes gastriques. L'identification de souches spécifiques de Hp avec une formation accrue de biofilm serait utile non seulement pour le dépistage des patients à haut risque de séquelles de l'infection à Hp, mais aussi pour le développement de nouveaux antibiotiques pour éviter la résistance, indépendamment de son association avec le cancer gastrique.Translated Description (Spanish)
Las bacterias son organismos altamente sociales que se comunican a través de moléculas de señalización y pueden asumir un estilo de vida multicelular para construir comunidades de biopelículas. Hasta hace poco, las complicaciones de la infección asociada a la biopelícula se han atribuido principalmente a una mayor resistencia bacteriana a los antibióticos y a la evasión inmunitaria del huésped, lo que lleva a una infección persistente. En este artículo de teoría e hipótesis presentamos un argumento relativamente nuevo de que la formación de biopelículas tiene un papel etiológico potencial en el desarrollo del cáncer del tracto digestivo. En primer lugar, resumimos los nuevos hallazgos recientes que sugieren el posible vínculo entre la biopelícula bacteriana y varios tipos de cáncer para sentar las bases de nuestra hipótesis. Hasta la fecha, la evidencia ha sido particularmente convincente para el cáncer colorrectal y su precursor, es decir, los pólipos, que apuntan a varias especies bacterianas individuales clave, como Bacteroides fragilis, Fusobacterium nucleatum y Streptococcus gallolyticus subsp. Gallolyticus. Luego, ampliamos esta hipótesis a una de las infecciones bacterianas más comunes en humanos, Helicobacter pylori (Hp), que se considera una causa importante de cáncer gástrico. Hasta ahora, no ha habido evidencia directa que vincule la formación de biopelículas gástricas de Hp in vivo con la carcinogénesis gástrica. Sin embargo, sintetizamos la información para respaldar el argumento de que la HP asociada a la biopelícula es potencialmente más cancerígena, resumiendo las características biológicas de las bacterias asociadas a la biopelícula. También discutimos las vías mecanicistas sobre cómo Hp u otras bacterias asociadas a biopelículas controlan la formación de biopelículas y destacamos los hallazgos recientes sobre los genes Hp que influyen en la formación de biopelículas, lo que puede conducir a la variabilidad de las cepas en la formación de biopelículas. Este conocimiento puede abrir la posibilidad de desarrollar una intervención dirigida. Concluimos, sin embargo, que este campo todavía está en su infancia. Para probar la hipótesis rigurosamente y vincularla en última instancia a patologías gástricas (por ejemplo, lesiones premalignas y cáncer), se necesitan estudios para aprender más sobre las biopelículas de Hp, como las composiciones y propiedades biológicas de la sustancia polimérica extracelular, la presencia de microbioma no Hp y la distribución geográfica de las biopelículas en relación con los tipos y estructuras de las glándulas gástricas. La identificación de cepas específicas de Hp con mayor formación de biopelícula sería útil no solo para detectar pacientes con alto riesgo de secuelas de la infección por Hp, sino también para el desarrollo de nuevos antibióticos para evitar la resistencia, independientemente de su asociación con el cáncer gástrico.Files
pdf.pdf
Files
(3.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1d4cf2bf582bdbad26ab2548ef7e97c4
|
3.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الدور المحتمل لتشكيل الغشاء الحيوي في تطور سرطان الجهاز الهضمي مع إشارة خاصة إلى عدوى الملوية البوابية
- Translated title (French)
- Rôle potentiel de la formation de biofilms dans le développement du cancer des voies digestives avec une référence particulière à l'infection à Helicobacter pylori
- Translated title (Spanish)
- Papel potencial de la formación de biopelículas en el desarrollo del cáncer del tracto digestivo con especial referencia a la infección por Helicobacter pylori
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2943798430
- DOI
- 10.3389/fmicb.2019.00846
References
- https://openalex.org/W129701792
- https://openalex.org/W139680910
- https://openalex.org/W1479162130
- https://openalex.org/W1481033789
- https://openalex.org/W1485287035
- https://openalex.org/W1518728922
- https://openalex.org/W1530072545
- https://openalex.org/W1531643733
- https://openalex.org/W1568761676
- https://openalex.org/W1591485721
- https://openalex.org/W1779034727
- https://openalex.org/W1862098312
- https://openalex.org/W1866398940
- https://openalex.org/W1885540597
- https://openalex.org/W1916316350
- https://openalex.org/W1934154017
- https://openalex.org/W1952640296
- https://openalex.org/W1969143507
- https://openalex.org/W1970374612
- https://openalex.org/W1973590255
- https://openalex.org/W1977574307
- https://openalex.org/W1978105695
- https://openalex.org/W1979250313
- https://openalex.org/W1981915387
- https://openalex.org/W1983335593
- https://openalex.org/W1983768453
- https://openalex.org/W1983900236
- https://openalex.org/W1984646300
- https://openalex.org/W1984935516
- https://openalex.org/W1988127444
- https://openalex.org/W1989942811
- https://openalex.org/W1992385064
- https://openalex.org/W1993952805
- https://openalex.org/W2003599432
- https://openalex.org/W2004675592
- https://openalex.org/W2005655203
- https://openalex.org/W2007428027
- https://openalex.org/W2007760525
- https://openalex.org/W2008294135
- https://openalex.org/W2011145752
- https://openalex.org/W2012750529
- https://openalex.org/W2014368385
- https://openalex.org/W2017925150
- https://openalex.org/W2018292977
- https://openalex.org/W2019418214
- https://openalex.org/W2019864927
- https://openalex.org/W2020741632
- https://openalex.org/W2025981845
- https://openalex.org/W2027653803
- https://openalex.org/W2030364983
- https://openalex.org/W2031804555
- https://openalex.org/W2032064628
- https://openalex.org/W2035900467
- https://openalex.org/W2038668661
- https://openalex.org/W2038998028
- https://openalex.org/W2045068052
- https://openalex.org/W2046874506
- https://openalex.org/W2047734011
- https://openalex.org/W2047989094
- https://openalex.org/W2048020744
- https://openalex.org/W2049703087
- https://openalex.org/W2051729091
- https://openalex.org/W2054189601
- https://openalex.org/W2063968162
- https://openalex.org/W2069639258
- https://openalex.org/W2069992850
- https://openalex.org/W2070300719
- https://openalex.org/W2071833233
- https://openalex.org/W2073924276
- https://openalex.org/W2076572182
- https://openalex.org/W2079054594
- https://openalex.org/W2079974592
- https://openalex.org/W2081410667
- https://openalex.org/W2083642824
- https://openalex.org/W2088550919
- https://openalex.org/W2088960594
- https://openalex.org/W2090443712
- https://openalex.org/W2090540974
- https://openalex.org/W2094806690
- https://openalex.org/W2095519014
- https://openalex.org/W2095738821
- https://openalex.org/W2097177097
- https://openalex.org/W2098027198
- https://openalex.org/W2099809645
- https://openalex.org/W2100782488
- https://openalex.org/W2101866257
- https://openalex.org/W2102635879
- https://openalex.org/W2103392467
- https://openalex.org/W2105171421
- https://openalex.org/W2106136875
- https://openalex.org/W2106642016
- https://openalex.org/W2108183332
- https://openalex.org/W2109953976
- https://openalex.org/W2110132014
- https://openalex.org/W2110219117
- https://openalex.org/W2112063053
- https://openalex.org/W2113067359
- https://openalex.org/W2113601174
- https://openalex.org/W2114435056
- https://openalex.org/W2114796309
- https://openalex.org/W2115801514
- https://openalex.org/W2116056203
- https://openalex.org/W2117557476
- https://openalex.org/W2118215527
- https://openalex.org/W2118278569
- https://openalex.org/W2122836009
- https://openalex.org/W2126131092
- https://openalex.org/W2127299218
- https://openalex.org/W2129723345
- https://openalex.org/W2130987346
- https://openalex.org/W2135174809
- https://openalex.org/W2136463754
- https://openalex.org/W2138194033
- https://openalex.org/W2143011821
- https://openalex.org/W2144440398
- https://openalex.org/W2144640625
- https://openalex.org/W2145589079
- https://openalex.org/W2150725310
- https://openalex.org/W2152618703
- https://openalex.org/W2152634089
- https://openalex.org/W2160173760
- https://openalex.org/W2166195924
- https://openalex.org/W2169812063
- https://openalex.org/W2171224530
- https://openalex.org/W2171460176
- https://openalex.org/W2173056797
- https://openalex.org/W2189940801
- https://openalex.org/W2203974053
- https://openalex.org/W2235060564
- https://openalex.org/W2241018419
- https://openalex.org/W2271011195
- https://openalex.org/W2278100642
- https://openalex.org/W2280449292
- https://openalex.org/W2291763810
- https://openalex.org/W2293346959
- https://openalex.org/W2338446464
- https://openalex.org/W2396688407
- https://openalex.org/W2407829595
- https://openalex.org/W2419550206
- https://openalex.org/W2429647350
- https://openalex.org/W2461823724
- https://openalex.org/W2480010979
- https://openalex.org/W2480418585
- https://openalex.org/W2493697912
- https://openalex.org/W2507655720
- https://openalex.org/W2511451674
- https://openalex.org/W2511941815
- https://openalex.org/W2512336200
- https://openalex.org/W2515096969
- https://openalex.org/W2517146868
- https://openalex.org/W2521821520
- https://openalex.org/W2523665805
- https://openalex.org/W2550361330
- https://openalex.org/W2550641262
- https://openalex.org/W2550961289
- https://openalex.org/W2553095014
- https://openalex.org/W2558549086
- https://openalex.org/W2563827475
- https://openalex.org/W2567027391
- https://openalex.org/W2580658522
- https://openalex.org/W2589291207
- https://openalex.org/W2593133856
- https://openalex.org/W2595805146
- https://openalex.org/W2605190590
- https://openalex.org/W2605771163
- https://openalex.org/W2608178048
- https://openalex.org/W2615828115
- https://openalex.org/W2620581837
- https://openalex.org/W2730173749
- https://openalex.org/W2736152078
- https://openalex.org/W2753150462
- https://openalex.org/W2756108463
- https://openalex.org/W2762906919
- https://openalex.org/W2766294349
- https://openalex.org/W2767200988
- https://openalex.org/W2767225613
- https://openalex.org/W2767942623
- https://openalex.org/W2768350967
- https://openalex.org/W2770639073
- https://openalex.org/W2780443557
- https://openalex.org/W2782652309
- https://openalex.org/W2783137360
- https://openalex.org/W2786541232
- https://openalex.org/W2792730212
- https://openalex.org/W2792937216
- https://openalex.org/W2796114057
- https://openalex.org/W2797602912
- https://openalex.org/W2797608917
- https://openalex.org/W2797743083
- https://openalex.org/W2800593054
- https://openalex.org/W2801340704
- https://openalex.org/W2801472250
- https://openalex.org/W2802402702
- https://openalex.org/W2808816267
- https://openalex.org/W2810551958
- https://openalex.org/W2883113049
- https://openalex.org/W2884059407
- https://openalex.org/W2899467045
- https://openalex.org/W2900884345
- https://openalex.org/W2903468164
- https://openalex.org/W2949619145
- https://openalex.org/W2950104603
- https://openalex.org/W2952706207
- https://openalex.org/W880830350