Clostridioides difficile to beztlenowy patogen bakteryjny tworzący przetrwalniki, zdolny do wyrządzenia poważnych szkód w ludzkim przewodzie pokarmowym (GI) poprzez wytwarzanie toksyn. C. difficile jest odpowiedzialny za prawie pół miliona przypadków rocznie, z ~ 30 000 ofiar śmiertelnych (CDC, 2015). Leczenie zakażenia C. difficile (CDI) wiąże się ze znacznymi kosztami dla i tak już napiętego systemu opieki zdrowotnej (~4,8 miliarda dolarów)1,2,3. Osoby najbardziej zagrożone to osoby z immunosupresją, narażeniem na antybiotyki i/lub osoby starsze, wszystkie populacje, które nadal znacznie się rozszerzają zarówno w USA, jak i na całym świecie 4,5,6,7.
C. difficile jest wysoce zależne od statusu mikrobioty przewodu pokarmowego gospodarza, dlatego antybiotykoterapia jest kluczowym czynnikiem predysponującym do CDI. Identyfikacja opornych na antybiotyki izolatów klinicznych C. difficile dodatkowo komplikuje leczenie8,9,10. Co więcej, od 15% do 30% pacjentów leczonych antybiotykami z powodu CDI nie przejdzie początkowego leczenia5,11,12,13,14,15,16. Gdy u pacjenta wystąpi epizod nawrotu, prawdopodobieństwo wystąpienia epizodów nawrotu wzrasta do 45%-64% (schody ruchome nawrotu) i towarzyszy mu zwiększone ryzyko dalszych niepowodzeń leczenia16,17. Co ważne, większość przypadków nawrotu CDI jest spowodowana przez oryginalny szczep, który zapoczątkował pierwszy epizod infekcji u hosta18,19, co sugeruje kontynuację kolonizacji przez C. difficile nawet po skutecznym leczeniu. Chociaż wykazano, że zarodniki utrzymują się w przewodzie pokarmowym i prowadzą do nawrotów choroby w modelach ex vivo i mysich20, biofilmy C. difficile i ich rola w chorobie i nawrotach są niedostatecznie zbadane. Biofilmy to zbiorowiska drobnoustrojów chronione przez samodzielnie wytwarzaną macierz zewnątrzkomórkową, co sprawia, że są one wysoce odporne na szkodliwe czynniki środowiskowe, takie jak antybiotykoterapia i reakcje immunologiczne21. Ponadto tworzenie się biofilmu jest istotnym czynnikiem wirulencji22,23,24,25 oraz w infekcjach bakteryjnych, takich jak te wywoływane przez Staphylococcus aureus i Pseudomonas aeruginosa, biofilmy mają kluczowe znaczenie w nawrotach i przewlekłych objawach26,27. Ostatnio zasugerowano, że biofilmy C. difficile są rezerwuarem nawracających infekcji28,29,30 i dlatego stanowią cel o wysokiej wartości w leczeniu i/lub zapobieganiu nawrotom CDI.
Obecne modele do badania biofilmów C. difficile obejmują modele biofilmów kolonijnych31,32, microfermentors33, chemostat gut models34,35, oraz systemy hodowli płynnych wykorzystujące kolby lub płytki studzienkowe36,37. Wszystkie te modele dostarczyły kluczowych informacji na temat biofilmów C. difficile na różnych etapach rozwoju i w różnych środowiskach. Jednak niektóre z tych modeli (np. mikrofermentory, modele jelit chemostatów, biofilmy kolonii) nie nadają się do badań nad lekami. Do tej pory większość badań związanych z odkrywaniem leków koncentrowała się na planktonicznym stylu życia C. difficile38,39,40,41. W związku z tym opisany tutaj protokół ma na celu dostosowanie, standaryzację i walidację istniejącego modelu biofilmu z 96-dołkową płytką w celu opracowania platformy dla bibliotek przesiewowych w celu identyfikacji repozycjonowalnych cząsteczek ze zdolnością do zabijania ustalonych (24-godzinnych) biofilmów C. difficile. Walidację protokołu przeprowadzono poprzez porównanie możliwości tworzenia biofilmu między szczepem przystosowanym laboratoryjnie (630 Δerm) a epidemicznym izolatem klinicznym (szczep UK1 wyizolowany podczas wybuchu epidemii w 2006 r. w szpitalu Stoke-Mandeville w Wielkiej Brytanii42). Tworzenie biofilmu określono ilościowo za pomocą klasycznego testu fioletu krystalicznego do pomiaru biomasy i testu metabolicznego do pomiaru żywotności biofilmów. Zidentyfikowano znaczące różnice w zdolnościach do tworzenia biofilmu między szczepami, co sugeruje potencjalne implikacje kliniczne. Ponadto test wykorzystano do określenia profili wrażliwości na antybiotyki ustalonych biofilmów. Wreszcie, jako dowód słuszności koncepcji, przebadano zestaw priorytetów Global Health od Medicines for Malaria Venture (MMV), organizacji non-profit zajmującej się odkrywaniem nowych terapii przeciwko zaniedbanym chorobom, takim jak malaria, w celu zidentyfikowania związków o aktywności przeciwko ustalonym biofilmom C. difficile. Opisany tutaj protokół dostosowuje i weryfikuje klasyczny test biofilmu do stosowania jako platforma przesiewowa leków ukierunkowana na dojrzałe biofilmy.