아미노산 섭취 장애로 인해 Candida albicans 생물막의 전체적인 대사 불균형이 발생합니다.

npj Biofilms and Microbiome 8권, 기사 번호: 78(2022) 이 기사 인용

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Candida albicans 생물막 성숙은 아미노산 획득 유전자의 향상된 발현을 동반합니다. 생물막 개발 중 활성 아미노산 흡수의 중요성을 자세히 설명하기 위해 세 가지 최첨단 오믹스 기술이 적용되었습니다. 정상산소 야생형 생물막의 비교 분석은 아미노산 투과효소 Stp2의 조절기가 결여된 균주를 사용하여 노화, 저산소증 및 아미노산 흡수 장애라는 세 가지 대사적으로 어려운 조건에서 수행되었습니다. 점점 더 제한되는 환경을 견디기 위한 노화로 인한 아미노산 획득 및 스트레스 반응. 저산소증은 지연된 아미노산 소비로 전반적인 에너지 대사를 마비시켰지만 장기간의 적응에 따라 대사 지문은 노화된 정상산소 생물막과 정렬되었습니다. stp2Δ 생물막의 세포외 대사체는 11개 아미노산에 대한 흡수가 부족한 것으로 나타났으며, 그 결과 아미노산 생합성 유도와 탄수화물 및 미량 영양소 흡수를 포함한 광범위한 전사 및 대사 변화가 발생했습니다. 전체적으로, 이 연구는 C. albicans 생물막 발달을 위한 균형 잡힌 아미노산 항상성의 중요성을 강조합니다.

특히 면역 방어가 저하된 환자의 경우 의료용 임플란트 사용이 증가함에 따라 기기 관련 병원 내 감염 발생률이 증가하고 있습니다. 이러한 감염은 대부분 생물막 형성과 관련이 있으며 칸디다 알비칸스(Candida albicans)가 대표적인 예입니다1. 이 병원성 곰팡이는 지속적으로 카테터 관련 감염의 주요 원인 중 하나로 꼽히며2,3 기존 항진균 요법4에 대한 생물막 관련 높은 내성으로 인해 치료가 어렵습니다.

9개의 핵심 전사 인자와 50개의 보조 전사 인자로 구성된 회로는 C. albicans 생물막 형성 동안 구조적 완전성(부착, 필라멘트화), 약물 및 스트레스 저항성, 신진대사를 제어합니다5,6. 대사 조절자 중에는 Gal4, Tye7(당분해 조절7), Arg81, Gcn4, Stp2 및 Leu3(아미노산 활용 및 생합성 조절6,8,9)과 같이 포도당과 아미노산 대사에서 주요 역할을 하는 인자가 있습니다. 생물막 성장에서 신진 대사의 중요성을 지적합니다. 실제로 C. albicans 생물막은 플랑크톤 배양에 비해 특징적인 전사 및 대사 기능을 나타냅니다. 따라서, 생물막 성숙은 해당과정과 TCA 주기 및 호흡 대사산물의 감소와 관련된 유전자 발현의 증가와 대사산물의 풍부함을 동반합니다10,11. 이러한 대사 프로필은 생물막 내의 저산소 틈새의 발달을 나타내는 산소 결핍 반응과 유사합니다. 더욱이, 강력한 생물막 성장은 사슬형 탄수화물 대신 특정 아미노산을 대사하는 능력 증가와 관련이 있습니다13. 실제로, CAN2와 같은 여러 아미노산 투과효소 유전자는 생물막 성장 동안 가장 많이 유도되는 전사체 중 하나입니다5,14,15,16. 최근 연구에서 우리는 부착 및 생물막 성숙에서 아미노산 투과효소인 Stp2의 전사 조절인자의 중요한 역할을 설명했습니다. 완전히 형성된 야생형 생물막은 바이오매스가 동일한 stp2Δ 생물막에 비해 손상되거나 용해된 세포의 비율이 증가했는데, 이는 감소된 아미노산 대사가 칼로리 제한으로 인해 생물막 수명을 촉진한다는 것을 시사합니다. 이러한 데이터는 C. albicans 생물막 형성에 활성 아미노산 섭취가 필요하다는 점을 강조하지만, 이 과정이 생물막 성숙에 어떻게 기여하는지와 제한된 아미노산 수입 하에서 생물막 세포가 어떻게 행동하는지는 아직 알려지지 않았습니다. 우리는 영양분 감지와 특히 아미노산 항상성이 생물막 성장을 위한 적절한 에너지 공급을 보장하는 데 중요한 역할을 한다고 가정합니다.

우리의 현재 연구는 아미노산의 획득과 대사가 생물막 형성에 어떻게 기여하는지, 그리고 이러한 영양학적 항상성이 어떻게 균형을 이루는지에 대한 주요 질문을 다루고 있습니다. 우리는 생물막 성장에서 스트레스 적응 전략에 대한 포괄적인 그림을 얻기 위해 산소 또는 아미노산 제한(stp2Δ) 하에서 생물막 성숙을 수반하는 대사 과정을 조사하기 위해 통합 다중 오믹스 접근법을 적용했습니다. 우리의 오믹스 분석에 따르면 생물막 세포는 점점 더 스트레스가 많은 조건에 노출되어 대체 영양소의 획득과 산소 제한에 대한 적응이 더욱 중요해졌습니다. 성숙한 야생형 생물막은 충분한 흡수를 촉진하기 위해 프로테아제 및 상향 조절된 퍼미아제 유전자의 분비에 의해 용해된 세포 또는 세포외 폴리펩티드에서 방출되는 에너지원 아미노산으로 사용됩니다. 저산소증에서 자란 생물막은 정상 산소 상태에 비해 장기간의 대사 적응이 필요하여 영양 섭취 변경, 해당작용 활성화 및 TCA 주기 유전자 발현, 에너지 생산의 전반적인 손상을 초래합니다. 노화된 정상산소 생물막에서도 유사한 전사 반응이 관찰되었습니다. Stp2 매개 흡수는 정의된 아미노산 세트에 할당되었습니다. 손상된 아미노산 활용 외에도 stp2Δ 돌연변이 생물막은 탄수화물 섭취, 질소 대사, 거대 및 미량 영양소 획득의 변화를 보여 C. albicans 생물막 유지에 중요한 아미노산 항상성을 유지하기 위한 광범위한 대사 구조 조정을 보여줍니다.