論文No3265
Bacterial biofilms predominate in both acute and chronic human lung infections
Mette Kolpen, Kasper Nørskov Kragh, Juan Barraza Enciso, Daniel Faurholt-Jepsen, Birgitte Lindegaard, Gertrud Baunbæk Egelund, Andreas Vestergaard Jensen, Pernille Ravn, Inger Hee Mabuza Mathiesen, Alexandra Gabriella Gheorge, Frederik Boëtius Hertz, Tavs Qvist, Marvin Whiteley, Peter Østrup Jensen, Thomas Bjarnsholt
Thorax 2022;77:1015-1022.
＜背景＞
人間の感染症の基本的なパラダイムは、急性細菌性疾患は急速に増殖する浮遊性細菌によって引き起こされるのに対し、
慢性感染症は増殖の遅い細菌の集合体 (バイオフィルムとして知られる現象) によって引き起こされる。
肺感染症の場合、このパラダイムは微生物学のゴールド スタンダードである、
実験室で確立された増殖培地で細菌がどのように増殖するかの観察によって裏付けられていると考えられてきた。
＜目的＞
急性および慢性肺感染症患者からの喀痰中の細菌構造を調査すること。
＜方法＞
高度なイメージング技術を使用して新鮮な喀痰サンプルの感染タイプを定量化し直接比較することで、
急性対慢性のパラダイムを直接テストした。
＜結果＞
この研究では、急性または慢性の肺感染症を呈する患者グループから採取したばかりの喀痰 (n=43) における
細菌のライフスタイル (浮遊性またはバイオフィルム)、増殖速度、および細菌の炎症反応を比較した。
浮遊性細胞は両方のサンプルタイプで観察されたが、
急性および慢性肺感染症の両方がバイオ フィルム (細胞外マトリックス内の細菌の集合体)
によって支配されていることがわかった。
細菌は急性感染症の喀痰でより速く増殖したが、
これらの急速に増殖する細菌は慢性感染症のために確保されていると考えられている構造と
同様のバイオフィルムに富んでいた。
肺の細胞性炎症も患者グループ間で同様だったが、全身性炎症マーカーは急性感染症でのみ上昇した。
＜結論＞
急性感染症は浮遊性細菌、慢性感染症はバイオフィルムとする現在のパラダイムを再検討する必要がある。
その違いは、細菌の構造ではなく主に代謝率にあるためです。
Background A basic paradigm of human infection is that acute bacterial disease is caused by fast growing planktonic bacteria while chronic infections are caused by slow-growing, aggregated bacteria, a phenomenon known as a biofilm. For lung infections, this paradigm has been thought to be supported by observations of how bacteria proliferate in well-established growth media in the laboratory—the gold standard of microbiology.
Objective To investigate the bacterial architecture in sputum from patients with acute and chronic lung infections.
Methods Advanced imaging technology was used for quantification and direct comparison of infection types on fresh sputum samples, thereby directly testing the acute versus chronic paradigm.
Results In this study, we compared the bacterial lifestyle (planktonic or biofilm), growth rate and inflammatory response of bacteria in freshly collected sputum (n=43) from patient groups presenting with acute or chronic lung infections. We found that both acute and chronic lung infections are dominated by biofilms (aggregates of bacteria within an extracellular matrix), although planktonic cells were observed in both sample types. Bacteria grew faster in sputum from acute infections, but these fast-growing bacteria were enriched in biofilms similar to the architecture thought to be reserved for chronic infections. Cellular inflammation in the lungs was also similar across patient groups, but systemic inflammatory markers were only elevated in acute infections.
Conclusions Our findings indicate that the current paradigm of equating planktonic with acute and biofilm with chronic infection needs to be revisited as the difference lies primarily in metabolic rates, not bacterial architecture.