《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Candida albicans metabolic adaptation gene SFU1 regulates dual-species biofilm with Streptococcus mutans
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本研究揭示了白念珠菌（C. albicans）铁硫簇（Fe-S）组装核心基因SFU1的关键作用。研究发现，SFU1缺失会损害真菌的菌丝发育、代谢活性和氧化还原稳态，并显著削弱其与主要致龋菌变形链球菌（S. mutans）形成的双菌种生物被膜的结构、代谢活性与致龋毒力。这表明靶向真菌基础代谢通路，如Fe-S簇生物合成，是干扰致龋性跨界生物被膜形成、为龋病防治提供新策略的潜在途径。
文章内容归纳总结
SFU1在白念珠菌生长、产酸及形态中的作用
为评估SFU1基因对白念珠菌（C. albicans）生长、产酸及形态的影响，研究构建了SFU1基因敲除株和回补株。通过对野生型SN250、SFU1敲除株（sfu1/sfu1）及其回补株的24小时生长曲线进行分析，结果显示三组菌株在0-6小时内的生长速率无显著统计学差异，并均在约20小时同时进入稳定期。然而，在8至18小时间，sfu1/sfu1突变株的生长速率略慢于野生型。
pH值变化结果显示，sfu1/sfu1突变株与野生型及回补株的pH变化相似，无显著差异，表明在浮游状态下，SFU1缺失不影响白念珠菌的糖酵解产酸能力。在菌落和细胞形态观察中，在YPD培养基上培养3天后，各菌株形态相似。但在诱导菌丝形成的Spider培养基上，sfu1/sfu1突变株形成了更小、更光滑的菌落，其菌丝周边明显减少，而SFU1回补株则表现出与野生型相似的表型，呈现菌丝生长模式。
SFU1影响白念珠菌的代谢活性、细胞内活性氧（ROS）及生物被膜形成
由于铁硫簇对线粒体功能至关重要，研究进一步探究了代谢活性和氧化还原稳态。通过XTT法测定，sfu1/sfu1突变株的代谢活性显著降低。同时，突变株细胞内的活性氧水平显著升高，表明SFU1缺失可导致白念珠菌细胞内ROS积累，这可能引起细胞内氧化损伤并诱导细胞凋亡。
培养24小时后，通过结晶紫染色测定白念珠菌单菌种生物被膜生物量，发现与野生型和回补株相比，sfu1/sfu1突变株的生物被膜生物量显著减少，表明SFU1对生物被膜形成具有积极影响。进一步检测了与粘附（ALS1, ALS3, ALS5）和菌丝形成（EFG1, UME6）相关基因的表达水平。结果显示，在sfu1/sfu1突变株中，ALS3、EFG1和UME6的表达下调，而ALS1和ALS5的表达无显著差异。
SFU1影响白念珠菌-变形链球菌跨界生物被膜的发育和结构
研究随后探讨了在单菌种生物被膜中观察到的缺陷是否会延续到白念珠菌-变形链球菌（S. mutans）的跨界生物被膜中。将两种菌共培养24小时后，通过结晶紫法测定生物被膜生物量。与野生型和回补株相比，sfu1/sfu1突变株与变形链球菌形成共生生物被膜的能力减弱。
扫描电子显微镜观察揭示了显著的生物被膜结构差异。由野生型和SFU1回补菌株形成的生物被膜显示出广泛的菌丝网络，这些网络紧密地包裹着变形链球菌细胞，形成了致密、具有内聚性且相当厚度的结构。相比之下，sfu1/sfu1突变株主要以酵母形态生长，导致形成松散、无结构的聚集体，与细菌伙伴的整合程度差。通过荧光原位杂交检测两种菌在混合生物被膜中的空间分布，野生型和SFU1回补菌株通过菌丝生长形成均匀稳定的网络结构，并与变形链球菌共同粘附，建立了致密的双菌种生物被膜。相反，SFU1敲除菌株表现出生长受抑制和菌丝形成受损。细胞形成了分散的、云状的聚集体，而非致密的网络结构，定量分析表明白念珠菌细胞数量显著减少。变形链球菌的分布均匀性稍差，但其丰度无显著变化。
SFU1调控白念珠菌-变形链球菌生物被膜中的致龋代谢物谱和基质合成
变形链球菌通过糖酵解产生的乳酸是致龋生物被膜的主要毒力因子。研究首先测量了由白念珠菌野生型和SFU1突变株与变形链球菌共同形成的成熟生物被膜中的乳酸产量。结果显示，与野生型和回补株相比，含有sfu1/sfu1突变株的生物被膜产生的乳酸显著减少。同时检测了乳酸脱氢酶的活性，其在sfu1/sfu1突变组中降低，这表明SFU1可能通过抑制LDH活性来调节共生生物被膜中变形链球菌的乳酸产生。
胞外多糖是另一个关键的致龋生物被膜毒力决定因子。其中，水不溶性葡聚糖能促进微生物聚集，并有助于生物被膜基质的结构完整性和粘附性，而水溶性葡聚糖为微生物提供粘附位点和能量来源。通过蒽酮法测量了EPS的产量和组成。与野生型和回补株相比，sfu1/sfu1突变组的WSG和WIG产量均显著降低。激光共聚焦扫描显微镜观察直观地证实了SFU1缺失后微生物生物量和EPS基质的匮乏。在野生型和SFU1回补组中，微生物聚集并被包裹在EPS基质中，形成了复杂致密的生物被膜结构。sfu1/sfu1突变组则显示微生物密度和EPS产量均下降，结构松散。为理解细菌的响应，分析了变形链球菌与糖酵解和EPS代谢相关基因的表达。结果显示，在sfu1/sfu1突变组中，EPS合成基因gtfB/C的表达水平显著降低，而EPS分解基因dexA/B的表达水平升高，葡聚糖结合蛋白基因gbpB/C的表达则无显著差异。
讨论
本研究表明，铁硫簇生物合成的核心酶SFU1在调节白念珠菌的致龋毒力相关性状中起着关键作用。SFU1缺失虽不影响浮游培养的总体生长速率或产酸，但显著损害了其在诱导培养基上的丝状化，并导致代谢活性降低和线粒体功能障碍，这与Fe-S簇在线粒体电子传递链和各种代谢酶中的核心作用一致。受损的丝状化直接导致了有缺陷的生物被膜结构。sfu1/sfu1突变株表现出生物被膜生物量减少，以及关键的菌丝特异性基因和粘附素基因表达下调，这表明SFU1介导的Fe-S簇生物合成是调控酵母-菌丝转换及后续生物被膜成熟的调控网络不可或缺的一部分。在双菌种背景下观察到的缺陷被放大了。与野生型相比，SFU1缺陷的白念珠菌构建生物被膜三维支架结构的能力减弱，其主要以酵母形态存在，导致形成松散、无结构的聚集体，与变形链球菌整合差。这种结构崩溃对关键的致龋毒力因子如乳酸和EPS的产量产生了功能性后果。变形链球菌通过糖代谢产生的乳酸可作为白念珠菌生长的碳源。本研究揭示SFU1可能通过调节LDH活性，参与调控变形链球菌的糖酵解并影响其乳酸代谢，从而影响生物被膜的致龋毒性。此外，EPS产量显著降低，CLSM观察直观证实了生物量和EPS基质的匮乏。作为细胞外基质的主要成分，EPS可以保护、滋养和增强被其包裹的微生物的粘附，并促进局部pH降低形成酸性微环境。葡糖基转移酶是EPS合成的关键因子，促进微生物粘附和聚集。葡聚糖酶可水解WSG为微生物提供糖源。葡聚糖结合蛋白在变形链球菌的粘附、定植和生物被膜形成中起重要作用。本研究中，当与sfu1/sfu1突变株共培养时，变形链球菌的gtfB/C表达下调，dexA/B表达上调，这表明改变的真菌表型将变形链球菌的代谢转向了基质生产较少的状态。gbpB/C的表达无显著差异，表明生物被膜结构的松散可能源于微生物生物量的减少和白念珠菌菌丝的减少，而非对粘附相关基因的调控。
总之，白念珠菌中的SFU1是其在跨界致龋生物被膜中致病力的关键调节因子。SFU1的缺失导致白念珠菌菌丝形成受损、线粒体功能障碍和氧化应激，这些共同破坏了其与变形链球菌形成强大共生伙伴关系的能力，并扭曲了细菌伙伴的基因表达和代谢行为。研究结果强调，靶向白念珠菌中参与Fe-S簇生物合成等基本细胞过程的因子，可能是破坏龋病致病协同作用的有前景的策略，为抗生物被膜疗法提供了新视角。
