Metabolismus und pH-Modulation in Candida-Biofilmen

Die Fähigkeit Hyphen auszubilden ist eine wesentliche Voraussetzung für eine normale Biofilmentwicklung. Denn es wurde gezeigt, dass Mutanten, die keine Hyphen ausbilden, nicht in der Lage sind, robuste Biofilme zu produzieren (Ramsdale et al., Mol Cell Biol 2008; Klassert et al., Med Microbiol Immunol, 2014). Im Unterschied zur Flüssigkultur ist in reifen Biofilmen die Diffusion von Nährstoffen, Sauerstoff und Wasser beeinträchtigt. Außerdem sind Biofilme resistent gegenüber antimikrobiellen Substanzen und der Immunantwort des Wirts. Wächst Candida als Biofilm, werden sowohl der Citratzyklus als auch der Amminosäure-Metabolismus aktiviert. Unter diesen Bedingungen ändert sich der pH-Wert und das Hyphenwachstum setzt ein (Kraidlova et al., Eukaryot Cell, 2011; Hernday et al., Mol Microbiol 2013). Alternative Kohlenstoffquellen, die nur in bestimmen Wirtsnischen vorkommen, wie Laktat und Galaktose, fördern die Adhärenz von Biofilmen, das Biofilmwachstum und die Verbreitung von Zellen aus Biofilmen (Gutbier et al., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2015).

Ziel dieses Projekts ist es daher die Bedeutung von Veränderungen des pH-Wertes und des Metabolismus auf die Biofilm-Bildung, das Wachstum sowie die Verbreitung zu untersuchen. Dafür soll eine Methode etabliert werden, mit der Änderungen des pH-Wertes während des Biofilmwachstums überwacht werden und gleichzeitig der Nährstoffbedarf in diesem Prozess überprüft wird. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, die Stoffwechsel- sowie die pH-Wert-Anpassung bei C. albicans näher zu verstehen.

Die Bedeutung der Neutralisierung der Umgebung  für Candida-Biofilme und Virulenz. C. albicans bildet dicke Biofilme, die aus Hefezellen und Hyphen bestehen und in eine extrazelluläre Matrix eingebettet sind (A). Reife Biofilme zeichnen sich durch eine limitierte Diffussion von Nährstoffen, Sauerstoff und Wasser aus und sind resistent gegenüber antimikrobiellen Substanzen und die Immunantwort des Wirts. Unser Ziel ist es zu untersuchen, ob die pH-Modulation zur Biofilmbildung und -Verbreitung beiträgt. Dafür entwickeln wir eine Mikroskopie-basierte Methode zur pH-Wert-Bestimmung innerhalb von C. albicans-Biofilmen (B).