A 24-hour Сandida sp. biofilm formation dynamically assesed with modified macrometric method

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study was to study the dynamics of 24-hour Candida spp. biofilm formation by using a modified macrometric method. The proposed macrometric method solves the problem of accelerating and simplifying the quantitative assessment of the biofilm formation process, increases sensitivity due to allowing to avoid mistakes related to applied polystyrene material. The ease of implementing such a technique makes it accessible to any laboratory. Reference strains from the American Type Culture Collection (ATCC) and clinical isolates of Candida spp. isolated from the female reproductive tract with candida dysbiosis were used for the study. Biofilm formation of Candida spp. studied according to the O’Toole G.A. et al. method modified by us. The biological activity of Сandida sp. biofilm formation was monitored for 48 hours with 4-hour intervals, in winter season, the IV phase of the moon. A 48-hour fungal culture corresponding to relevant maximum adhesion on glass surface was used. The study chrono-design implied obtaining 6 diurnal measurements for the function evaluated with a 3–5-repetits of the experimental conditions. Amplitude-phase characteristics of the studied biorhythms were graphically represented using cosinor analysis serving as the basic method to identify and model cyclic processes in biological systems. The study proved that the ability of micromycete cells to adhere is significantly higher in the stationary vs. logarithmic growth phase (p < 0.05). The chronobiological technique used here allowed to reveal the presence of diurnal fungal film-forming activity (p < 0.05) and reveal the general patterns of manifestated properties in representatives of all candida species examined. It has been experimentally established that the sequence and consistency of the biological properties of clinical Сandida sp. isolates over time were not fundamentally dependent on the type of fungus. During the study, rhythmometric markers of the strain-related pathogenicity was established reflecting contribution of rhythm and the amplitude-phase characteristic. It has been proven that the activity of biofilm formation increases along the “reference strains — clinical isolates” axis. For С. albicans the Mann–Whitney test data was 29, for C. tropicalis — 26, and for C. krusei — 30 (p < 0.05). We believe that chronobiological method opens up new perspectives in the studying physiology of Candida spp. because it allows to dynamically predict state of microorganism and take into account features of urgent and long-term adaptation to various environmental factors. Identifying diurnal rhythms in biofilm-forming activity of various Сandida sp. strains opens up an opportunity to control viability of bacterial-fungal associations and predict related resistance to diverse antimicrobial agents.

About the authors

Marina V. Nikolenko

Tyumen State Medical University

Email: nikolenko-marina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1099-0656

PhD, MD (Biology), Associate Professor, Professor of the Department of Microbiology

Russian Federation, 625023, Tyumen, Odesskaya str., 54

Natalya V. Baryshnikova

Tyumen State Medical University

Email: barnv7600@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6458-4920

Assistant Professor, Department of Microbiology

Russian Federation, 625023, Tyumen, Odesskaya str., 54

Olga I. Malishevskaya

Tyumen State Medical University

Email: olgaivan1988@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8709-5281

PhD (Pharmacy), Associate Professor, Department of Pharmaceutical Disciplines

Russian Federation, 625023, Tyumen, Odesskaya str., 54

Olga V. Enoktaeva

Tyumen State Medical University

Email: enoktaevaov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7256-3871

Assistant Professor, Department of Biology

Russian Federation, 625023, Tyumen, Odesskaya str., 54

Ekaterina M. Vaseva

Tyumen State Medical University

Author for correspondence.
Email: yuga-21@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5556-3180

PhD (Pharmacy), Associate Professor, Department of Pharmaceutical Disciplines

Russian Federation, 625023, Tyumen, Odesskaya str., 54

References

  1. Ашофф Ю. Биологические ритмы; пер. с англ. М.: Мир, 1984. Т. 1. 262 с. [Aschoff J. Biological rhythms; trans. from English. Moscow: Mir, 1984. Vol. 1. 262 p. (In Russ.)]
  2. Бухарин О.В. Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов при инфекции // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2013. № 1. С. 93–97. [Bukharin O.V. Symbiotic relationships of microorganisms during infection. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2013, no. 1, pp. 93–97. (In Russ.)]
  3. Губин Г.Д., Дуров А.М., Губин Д.Г. Биоритмы, второй закон термодинамики, биологический возраст // Циклы природы и общества. 1994. Т. 4. С. 15–19. [Gubin G.D., Durov A.M., Gubin D.G., Biorhythms, the second law of thermodynamics, biological age. Tsikly prirody i obshchestva = Cycles of Nature and Society, 1994, vol. 4, pp. 15–19. (In Russ.)]
  4. Губин Д.Г., Губин Г.Д. Хроном сердечно-сосудистой системы на различных этапах онтогенеза человека. Тюмень: ВекторБук, 2000. 176 с. [Gubin D.G., Gubin G.D. Chronom of cardiovascular system at different stages of ontogenesis in men. Tyumen: Vector Book, 2000. 176 p. (In Russ.)]
  5. Елинов Н.П., Васильева Н.В., Степанова А.А., Чилина Г.А. Candida. Кандидозы. Лабораторная диагностика. Под ред. проф. Н.П. Елинова. СПб.: Коста, 2010. 224 с. [Yelinov N.P., Vasilyeva N.V., Stepanova A.A., Chilina G.A. Candida. Candidiasis. Laboratory diagnostics; ed. N.P. Elinov. St. Petersburg: Costa, 2010. 224 p. (In Russ.)]
  6. Ильина Т.С., Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Биопленки как способ существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина: феномен, генетический контроль и системы регуляции их развития // Генетика. 2004. Т. 40, № 11. С. 1445–1456. [Ilina T.S., Romanova Yu.M., Gintsburg A.L. Biofilms as a mode of existence of bacteria in external environment and host body: the phenomenon, genetic control, and regulation systems of development. Genetika = Russian Journal of Genetics, 2004, vol. 40, no. 11. pp. 1445–1456. (In Russ.)]
  7. Комаров Ф.И., Рапопорт С.И. Хронобиология и хрономедицина. М.: Триада-Х, 2000. 488 с. [Komarov F.I., Rapoport S.I. Chronobiology and chronomedicine. Moscow: Triada-X, 2000. 488 p. (In Russ.)]
  8. Леуш С.С., Рощина Г.Ф., Полтавцева О.Ф. Особенности клинического течения и лечения различных форм урогенитального кандидоза // Український журнал дерматології, венерології, косметології. 2003. № 2 (9). С. 72–75. [Leush S.S., Roshchina G.F., Poltavtseva O.F. Clinical course and treatment of various forms of urogenital candidiasis. Ukrainian Journal of Dermatology, Venereology, Cosmetology, 2003, no. 2 (9), pp. 72–75. (In Russ.)]
  9. Лисовская А.М. Изучение биологических свойств Candida spp, выделенных из различных локусов у лабораторных больных // Проблемы медицинской микологии. 2006. Т.8, № 2. С. 34. [Lisovskaya A.M. A study of the biological properties of candida spp. Isolated from different loci of outpatients. Problemy meditsinskoi mikologii = Problems of Medical Mycology, 2006, vol. 8, no. 2, p. 34. (In Russ.)]
  10. Лямин А.В., Боткин Е.А., Жестков А.В. Методы выявления биопленок в медицине: возможности и перспективы // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2012. Т. 14, № 1. С. 17–22. [Lyamin A.V., Botkin E.A., Zhestkov A.V. Methods of biofilm evaluation: opportunities and perspectives. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2012, vol. 14, no. 1, pp. 17–22. (In Russ.)]
  11. Марданова А.М., Кабанов Д.А., Рудакова Н.Л., Шарипова М.Р. Биопленки: основные методы исследования: учебно-методическое пособие. Казань: К(П)ФУ, 2016. 42 с. [Mardanova A.M., Kabanov D.A., Rudakova N.L., Sharipova M.R. Biofilms: basic research methods: teaching aid. Kazan: K(P)FU, 2016. 42 p. (In Russ.)]
  12. Николаев Ю.А., Плакунов В.К. Биопленка — «город микробов» или аналог многоклеточного организма? // Микробиология. 2007. Т. 76, № 2. С. 149–163. [Nikolaev Yu.A., Plakunov V.K. Biofilm – “city of microbes” or an analogue of multicellular organisms? Mikrobiologiya = Microbiology, 2007, vol. 76, no. 2, pp. 149–163. (In Russ.)]
  13. Окулич В.К., Кабанова А.А., Плотников Ф.В. Микробные биопленки в клинической микробиологии и антибактериальной терапии. Витебск: ВГМУ, 2017. 300 с. [Okulich V.K., Kabanova A.A., Plotnikov F.V. Microbial biofilms in clinical microbiology and antibiotic therapy. Vitebsk: VSMU, 2017. 300 p. (In Russ.)]
  14. Романов Ю.А. Пространственно-временная организация биологических систем // Вестник Российской академии медицинских наук. 2002. № 6. С. 13–18. [Romanov Yu.A. Theory of space-time organization of biological systems. Vestnik Rossiiskoi akademii meditsinskikh nauk = Bulletin of the Russian Academy of Medical Sciences, 2002, no. 6, pp. 13–18. (In Russ.)]
  15. Сидоренко С.В., Тишков В.И. Молекулярные основы резистентности к антибиотикам// Успехи биологической химии. 2004. Т. 44. С. 263–306. [Sidorenko S.V., Tishkov V.I. Molecular basis of antibiotic resistance. Uspekhi biologicheskoi khimii = Biochemistry (Moscow), 2004, vol. 44, pp. 263–306. (In Russ.)]
  16. Тимохина Т.Х., Николенко М.В., Варницына В.В., Перунова Н.Б., Бухарин О.В. Временная организация биологических свойств Candida albicans // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 2 (30). С. 226–228. [Timokhina T.H., Nikolenko M.V., Varnitsyna V.V., Perunova N.B., Bukharin O.V. Temporary organization of biological properties of Candida albicans. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Izvestia Orenburg State Agrarian University, 2011, no. 2 (30), pp. 226–228. (In Russ.)]
  17. Чеботарь И.В. Механизмы антибиопленочного иммунитета // Вестник Российской академии медицинских наук. 2012. № 12. С. 22–28. [Chebotar I.V. Mechanisms of antibiofilm immunity. Vestnik Rossiiskoi akademii meditsinskikh nauk = Bulletin of the Russian Academy of Medical Sciences, 2012, no. 12, pp. 22–28. (In Russ.)]
  18. Чеботарь И.В., Погорелов А.Г., Яшин В.А., Гурьев Е.Л. Современные технологии исследования бактериальных биопленок // Современные технологии в медицине. 2013. Т. 5, № 1. С. 14–20. [Chebotar I.V., Pogorelov A.G., Yashin V.A., Guryev E.L. Modern technologies of bacterial biofilm study. Sovremennye tekhnologii v meditsine = Modern Technologies in Medicine, 2013, vol. 5, no. 1, pp. 14–20. (In Russ.)]
  19. Al-Fattani M., Douglas L. Penetration of Candida biofilms by antifungal agents. Antimicrob. Agents Chemother., 2004, vol. 48, no. 9, pp. 3291–3297. doi: 10.1128/AAC.48.9.3291-3297.2004
  20. Andes D., Nett J., Oschel P., Albrecht R., Marchillo K., Pitula A. Development and characterization of an in vivo central venous catheter Candida albicans biofilm model. Infect. Immun., 2004, vol. 72, no. 10, pp. 6023–6031. doi: 10.1128/IAI.72.10.6023-6031.2004
  21. Bachmann S.P., VandeWalle K., Ramage G., Patterson T.F., Wickes B.L., Graybill J.R., López-Ribot J.L. In vitro activity of caspofungin against Candida albicans biofilms. Antimicrob. Agents Chemother., 2002, vol. 46, no. 11, pp. 3591–3596. doi: 10.1128/AAC.46.11.3591-3596.2002
  22. Chandra J., Mukherjee P.K., Leidich S.D., Faddoul F.F., Hoyer L.L., Douglas L.J., Ghannoum M.A. Antifungal resistance of candidal biofilms formed on denture acrylic in vitro. J. Dent. Res., 2001, vol. 80, no. 3, pp. 903–908. doi: 10.1177/00220345010800031101
  23. Costerton J.W., Stewart P.S., Greenberg E.P. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Science, 1999, vol. 284, pp. 1318–1322. doi: 10.1126/science.284.5418.1318
  24. Donlan R.M., Costerton J.W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clin. Microbiol. Rev., 2002, vol. 15, pp. 167–193. doi: 10.1128/CMR.15.2.167-193.2002
  25. Halberg F., Cornelissen G. Consensus concerning the chronom and the addition to statistical significance of scientific signification. Biochim. Clin., 1991, vol. 15, pp. 159–162.
  26. Nelson W., Tong Y.L., Lee J.K. Methods for cosinorrhymometry. Chronobiologia, 1979, vol. 6, no. 4, pp. 305–323.
  27. O’Toole G., Kaplan H.B., Kolter R. Biofilm formation as microbial development. Annu. Rev. Microbiol., 2000, no. 54, pp. 49–79. doi: 10.1146/annurev.micro.54.1.49
  28. Ramage G., Vande Walle K., Wickes B.L., López-Ribot J.L. Standardized method for in vitro antifungal susceptibility testing of Candida albicans biofilms. Antimicrob. Agents Chemother., 2001, vol. 45, no. 9, pp. 2475–2479. doi: 10.1128/AAC.45.9.2475-2479.2001

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Contribution of biofilm formation rhythms of archival Candida sp. strains

Download (71KB)
3. Figure 2. Contribution of biofilm formation rhythms for Сandida sp. clinical isolates

Download (65KB)

Copyright (c) 2022 Nikolenko M.V., Baryshnikova N.V., Malishevskaya O.I., Enoktaeva O.V., Vaseva E.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».