The extracellular matrix of mycobacterial biofilms: could we shorten the treatment of mycobacterial infections?
- 1. Institute of Microbial Technology
- 2. Council of Scientific and Industrial Research
- 3. Academy of Scientific and Innovative Research
Description
A number of non-tuberculous mycobacterium species are opportunistic pathogens and ubiquitously form biofilms.These infections are often recalcitrant to treatment and require therapy with multiple drugs for long duration.The biofilm resident bacteria also display phenotypic drug tolerance and thus it has been hypothesized that the drug unresponsiveness in vivo could be due to formation of biofilms inside the host.We have discussed the biofilms of several pathogenic non-tuberculous mycobacterium (NTM) species in context to the in vivo pathologies.Besides pathogenic NTMs, Mycobacterium smegmatis is often used as a model organism for understanding mycobacterial physiology and has been studied extensively for understanding the mycobacterial biofilms.A number of components of the mycobacterial cell wall such as glycopeptidolipids, short chain mycolic acids, monomeromycolyl diacylglycerol, etc. have been shown to play an important role in formation of pellicle biofilms.It shall be noted that these components impart a hydrophobic character to the mycobacterial cell surface that facilitates cell to cell interaction.However, these components are not necessarily the constituents of the extracellular matrix of mycobacterial biofilms.In the end, we have described the biofilms of Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the causative agent of tuberculosis.Three models of Mtb biofilm formation have been proposed to study the factors regulating biofilm formation, the physiology of the resident bacteria, and the nature of the biomaterial that holds these bacterial masses together.These models include pellicle biofilms formed at the liquid-air interface of cultures, leukocyte lysate-induced biofilms, and thiol reductive stressinduced biofilms.All the three models offer their own advantages in the study of Mtb biofilms.Interestingly, lipids (mainly keto-mycolic acids) are proposed to be the primary component of extracellular polymeric substance (EPS) in the pellicle biofilm, whereas the leukocyte lysate-induced and thiol reductive stress-induced biofilms possess polysaccharides as the primary component of EPS.Both models also contain extracellular DNA in the EPS.Interestingly, thiol reductive stressinduced Mtb biofilms are held together by cellulose and yet unidentified structural proteins.We believe that a better understanding of the EPS of Mtb biofilms and the physiology of the resident bacteria will facilitate the development of shorter regimen for TB treatment.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
هناك عدد من أنواع البكتيريا الفطرية غير السلية هي مسببات للأمراض الانتهازية وتشكل في كل مكان الأغشية الحيوية. غالبًا ما تكون هذه الالتهابات متمردة على العلاج وتتطلب العلاج بأدوية متعددة لفترة طويلة. كما تظهر البكتيريا المقيمة في الغشاء الحيوي تحملًا ظاهريًا للأدوية، وبالتالي تم افتراض أن عدم استجابة الدواء في الجسم الحي يمكن أن يكون بسبب تكوين الأغشية الحيوية داخل المضيف. لقد ناقشنا الأغشية الحيوية للعديد من أنواع البكتيريا الفطرية غير المسببة للأمراض (NTM) في سياق الأمراض الموجودة في الجسم الحي. إلى جانب NTMs المسببة للأمراض، غالبًا ما تستخدم المتفطرة اللمفاوية ككائن حي نموذجي لفهم فسيولوجيا المتفطرات وقد تمت دراستها على نطاق واسع لفهم الأغشية الحيوية للمتفطرات. وقد ثبت أن عدد مكونات جدار الخلية المتفطرة مثل الشحميات السكرية، والأحماض الفطرية قصيرة السلسلة، والميكرو ميكوليل داي أسيل غليسيرول، وما إلى ذلك تلعب دورًا مهمًا في تكوين الأغشية الحيوية للجليدة. تجدر الإشارة إلى أن هذه المكونات تضفي طابعًا كارهًا للماء على سطح الخلية المتفطرة التي تسهل تفاعل الخلية مع الخلية. ومع ذلك، فإن هذه المكونات ليست بالضرورة مكونات المصفوفة خارج الخلية للأغشية الحيوية المتفطرة. في النهاية، لدينا وصف الأغشية الحيوية لمرض المتفطرة السلية (Mtb)، العامل المسبب لمرض السل. تم اقتراح ثلاثة نماذج لتشكيل الأغشية الحيوية Mtb لدراسة العوامل التي تنظم تكوين الأغشية الحيوية، وفسيولوجيا البكتيريا المقيمة، وطبيعة المادة الحيوية التي تحمل هذه الكتل البكتيرية معًا. وتشمل هذه النماذج الأغشية الحيوية للجليد المتكونة في واجهة الهواء السائل للثقافات، والأغشية الحيوية المستحثة بمحلول الكريات البيض، والأغشية الحيوية المستحثة بالإجهاد الاختزالي الثيولي. تقدم جميع النماذج الثلاثة مزاياها الخاصة في دراسة الأغشية الحيوية Mtb. ومن المثير للاهتمام، أن الدهون (بشكل أساسي الأحماض الكيتونية الميكروية) مقترحة لتكون المكون الرئيسي للمادة البوليمرية خارج الخلية (EPS) في الأغشية الحيوية للحبيبات، في حين أن الأغشية الحيوية المستحثة بمحلول الكريات والثيولات المستحثة بالإجهاد تمتلك مركبات البوليسكاريد الأولية مثل EPS. تحتوي أيضًا على الحمض النووي EPS.Translated Description (French)
Un certain nombre d'espèces de mycobactéries non tuberculeuses sont des pathogènes opportunistes et forment de manière ubiquitaire des biofilms. Ces infections sont souvent récalcitrantes au traitement et nécessitent un traitement avec plusieurs médicaments pendant une longue durée. Les bactéries résidentes du biofilm présentent également une tolérance phénotypique aux médicaments et il a donc été émis l'hypothèse que la non-réponse au médicament in vivo pourrait être due à la formation de biofilms à l'intérieur de l'hôte. Nous avons discuté des biofilms de plusieurs espèces de mycobactéries non tuberculeuses (MNT) pathogènes dans le contexte des pathologies in vivo. En plus des MNT pathogènes, Mycobacterium smegmatis est souvent utilisé comme organisme modèle pour comprendre la physiologie mycobactérienne et a été largement étudié pour comprendre les biofilms mycobactériens.Un certain nombre de composants de la paroi cellulaire mycobactérienne tels que les glycopeptidolipides, les acides mycoliques à chaîne courte, le monomèreomycolyl diacylglycérol, etc. se sont révélés jouer un rôle important dans la formation de biofilms pelliculaires.Il convient de noter que ces composants confèrent un caractère hydrophobe à la surface cellulaire mycobactérienne qui facilite l'interaction cellule à cellule.Toutefois, ces composants ne sont pas nécessairement les constituants de la matrice extracellulaire des biofilms mycobactériens.En fin de compte, nous avons Trois modèles de formation de biofilms Mtb ont été proposés pour étudier les facteurs régulant la formation de biofilms, la physiologie des bactéries résidentes et la nature du biomatériau qui maintient ces masses bactériennes ensemble. Ces modèles comprennent des biofilms pelliculaires formés à l'interface liquide-air des cultures, des biofilms induits par le lysat leucocytaire et des biofilms induits par le stress réducteur du thiol. Tous les trois modèles offrent leurs propres avantages dans l'étude des biofilms Mtb. Il est intéressant de noter que les lipides (principalement les acides céto-mycoliques) sont proposés pour être le composant principal de la substance polymère extracellulaire (EPS) dans le biofilm pelliculaire, alors que les biofilms induits par le lysat leucocytaire et induits par le stress réducteur du thiol possèdent des polysaccharides comme composant principal de l'EPS. Les deux modèles contiennent également de l'ADN extracellulaire dans l'EPS. Il est intéressant de noter que les biofilms Mtb induits par le stress réducteur du thiol sont maintenus ensemble par la cellulose et des protéines structurales non encore identifiées.Translated Description (Spanish)
Varias especies de micobacterias no tuberculosas son patógenos oportunistas y forman biopelículas de forma ubicua. Estas infecciones a menudo son recalcitrantes al tratamiento y requieren terapia con múltiples fármacos durante mucho tiempo. Las bacterias residentes en la biopelícula también muestran tolerancia fenotípica a los fármacos y, por lo tanto, se ha planteado la hipótesis de que la falta de respuesta a los fármacos in vivo podría deberse a la formación de biopelículas dentro del huésped. Hemos discutido las biopelículas de varias especies de micobacterias no tuberculosas patógenas (MNT) en el contexto de las patologías in vivo. Además de las MNT patógenas, Mycobacterium smegmatis se usa a menudo como organismo modelo para comprender la fisiología micobacteriana y se ha estudiado ampliamente para comprender las biopelículas micobacterianas. Se ha demostrado que varios componentes de la pared celular micobacteriana, como los glicopeptidolípidos, los ácidos micólicos de cadena corta, el monomeromicolil diacilglicerol, etc., desempeñan un papel importante en la formación de biopelículas. Cabe señalar que estos componentes imparten un carácter hidrófobo a la superficie celular micobacteriana que facilita la interacción célula a célula. Sin embargo, estos componentes no son necesariamente los constituyentes de la matriz extracelular de las biopelículas micobacterianas. Al final, tenemos describió las biopelículas de Mycobacterium tuberculosis (Mtb), el agente causante de la tuberculosis. Se han propuesto tres modelos de formación de biopelículas de Mtb para estudiar los factores que regulan la formación de biopelículas, la fisiología de las bacterias residentes y la naturaleza del biomaterial que mantiene unidas estas masas bacterianas. Estos modelos incluyen biopelículas formadas en la interfaz líquido-aire de los cultivos, biopelículas inducidas por lisado de leucocitos y biopelículas inducidas por estrés reductor de tiol. Todos los tres modelos ofrecen sus propias ventajas en el estudio de las biopelículas de Mtb. Curiosamente, los lípidos (principalmente ácidos ceto-micólicos) se proponen como el componente principal de la sustancia polimérica extracelular (eps) en la biopelícula, mientras que las biopelículas de Mtb inducidas por lisado de leucocitos e inducidas por estrés reductor de tiol poseen polisacáridos como el componente principal de las eps. Ambos modelos también contienen ADN extracelular en las eps. Curiosamente, las biopelículas de Mtb inducidas por estrés reductor de tiol se mantienen unidas por la celulosa y las proteínas estructurales aún no identificadas. Creemos que una mejor comprensión de las eps de las biopelículas de Mtb y la fisiología de las bacterias residentes facilitará el régimen de tratamiento de TB más corto.Files
2019A-Chakraborty-Microbial-Cell.pdf.pdf
Files
(1.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a0c7f9175fc33fe27dbb231a9eae8add
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- المصفوفة خارج الخلية للأغشية الحيوية الفطرية: هل يمكننا تقصير علاج الالتهابات الفطرية ؟
- Translated title (French)
- La matrice extracellulaire des biofilms mycobactériens : pourrait-on raccourcir le traitement des infections mycobactériennes ?
- Translated title (Spanish)
- La matriz extracelular de las biopelículas micobacterianas: ¿podríamos acortar el tratamiento de las infecciones micobacterianas?
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2911419689
- DOI
- 10.15698/mic2019.02.667
References
- https://openalex.org/W1166892425
- https://openalex.org/W1565250952
- https://openalex.org/W1641596209
- https://openalex.org/W1891754006
- https://openalex.org/W1965595053
- https://openalex.org/W1969179300
- https://openalex.org/W1969561649
- https://openalex.org/W1971115340
- https://openalex.org/W1972502437
- https://openalex.org/W1973789730
- https://openalex.org/W1975315742
- https://openalex.org/W1980215098
- https://openalex.org/W1981804299
- https://openalex.org/W1983689308
- https://openalex.org/W1985909720
- https://openalex.org/W1987018622
- https://openalex.org/W1990483043
- https://openalex.org/W1992761237
- https://openalex.org/W1994534400
- https://openalex.org/W1997176799
- https://openalex.org/W1997450290
- https://openalex.org/W2005671213
- https://openalex.org/W2006823831
- https://openalex.org/W2009844663
- https://openalex.org/W2012579922
- https://openalex.org/W2013246580
- https://openalex.org/W2013580824
- https://openalex.org/W2017145164
- https://openalex.org/W2017795881
- https://openalex.org/W2020009446
- https://openalex.org/W2020201637
- https://openalex.org/W2025204631
- https://openalex.org/W2028796202
- https://openalex.org/W2028886941
- https://openalex.org/W2029388535
- https://openalex.org/W2038672409
- https://openalex.org/W2038769374
- https://openalex.org/W2041342261
- https://openalex.org/W2042232198
- https://openalex.org/W2047013091
- https://openalex.org/W2056322461
- https://openalex.org/W2056874478
- https://openalex.org/W2060464015
- https://openalex.org/W2061712832
- https://openalex.org/W2061780401
- https://openalex.org/W2062507816
- https://openalex.org/W2065538426
- https://openalex.org/W2070300719
- https://openalex.org/W2073082975
- https://openalex.org/W2076339216
- https://openalex.org/W2076523221
- https://openalex.org/W2077408214
- https://openalex.org/W2079525244
- https://openalex.org/W2080936059
- https://openalex.org/W2084481060
- https://openalex.org/W2087017025
- https://openalex.org/W2087324091
- https://openalex.org/W2088931841
- https://openalex.org/W2091456758
- https://openalex.org/W2091861823
- https://openalex.org/W2097076431
- https://openalex.org/W2099452097
- https://openalex.org/W2099529884
- https://openalex.org/W2101779003
- https://openalex.org/W2104283537
- https://openalex.org/W2106351298
- https://openalex.org/W2106670874
- https://openalex.org/W2107702124
- https://openalex.org/W2108634983
- https://openalex.org/W2110447184
- https://openalex.org/W2110958137
- https://openalex.org/W2111236188
- https://openalex.org/W2111369802
- https://openalex.org/W2111393577
- https://openalex.org/W2112289062
- https://openalex.org/W2113919049
- https://openalex.org/W2116156866
- https://openalex.org/W2117919969
- https://openalex.org/W2118648921
- https://openalex.org/W2119462342
- https://openalex.org/W2121354526
- https://openalex.org/W2122115838
- https://openalex.org/W2122560605
- https://openalex.org/W2122836009
- https://openalex.org/W2125275215
- https://openalex.org/W2127609477
- https://openalex.org/W2129120626
- https://openalex.org/W2130946094
- https://openalex.org/W2131272710
- https://openalex.org/W2131731929
- https://openalex.org/W2133942178
- https://openalex.org/W2134935403
- https://openalex.org/W2135661903
- https://openalex.org/W2136609905
- https://openalex.org/W2138786451
- https://openalex.org/W2142671139
- https://openalex.org/W2144012690
- https://openalex.org/W2144068113
- https://openalex.org/W2145201422
- https://openalex.org/W2149802681
- https://openalex.org/W2151821938
- https://openalex.org/W2152303464
- https://openalex.org/W2153943457
- https://openalex.org/W2155050787
- https://openalex.org/W2156638962
- https://openalex.org/W2156752198
- https://openalex.org/W2160295639
- https://openalex.org/W2163970869
- https://openalex.org/W2164020129
- https://openalex.org/W2165019884
- https://openalex.org/W2167033853
- https://openalex.org/W2168176123
- https://openalex.org/W2168663792
- https://openalex.org/W2171050239
- https://openalex.org/W2171870926
- https://openalex.org/W2177935900
- https://openalex.org/W2207676110
- https://openalex.org/W2213921532
- https://openalex.org/W2232400010
- https://openalex.org/W2249188126
- https://openalex.org/W2275624278
- https://openalex.org/W2278100642
- https://openalex.org/W2281020796
- https://openalex.org/W2285836243
- https://openalex.org/W2313701408
- https://openalex.org/W2340254326
- https://openalex.org/W2343320059
- https://openalex.org/W2410358758
- https://openalex.org/W2462486812
- https://openalex.org/W2464199318
- https://openalex.org/W2480010979
- https://openalex.org/W2500971303
- https://openalex.org/W2550079184
- https://openalex.org/W2560094755
- https://openalex.org/W2563874139
- https://openalex.org/W2587431842
- https://openalex.org/W2622801304
- https://openalex.org/W2687206994
- https://openalex.org/W2738027776
- https://openalex.org/W274725678
- https://openalex.org/W2747529850
- https://openalex.org/W2781862115
- https://openalex.org/W2789207171
- https://openalex.org/W2791498350