Analisis Ekspresi Gen dan Aktivitas Pembentukan Biofilm pada Kultur Polimikrobial Isolat Klinis Pseudomonas aeruginosa dan Candida albicans

Titi Marsifah, 2. Prof. dr. Titik Nuryastuti, M.Si., Ph.D, Sp.MK(K); 3. Anggia Prasetyoputri, M.Sc., Ph.D.

2024 | Tesis | S2 Ilmu Kedokteran Dasar dan Biomedis

ANALISIS EKSPRESI GEN DAN AKTIVITAS PEMBENTUKAN BIOFILM PADA KULTUR POLIMIKROBIAL ISOLAT KLINIS Pseudomonas aeruginosa DAN Candida albicans

Healthcare-associated infections (HAIs) sering terjadi di rumah sakit dan disebabkan oleh mikroorganisme seperti Pseudomonas aeruginosa dan Candida albicans, yang mampu membentuk biofilm. Biofilm adalah struktur kompleks yang terbentuk oleh komunitas mikroorganisme pada permukaan jaringan atau peralatan medis, yang mempersulit pengobatan dan meningkatkan risiko infeksi terkait biofilm. Interaksi polimikrobial antara P. aeruginosa dan C. albicans dapat meningkatkan resistensi terhadap antimikroba. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui variasi genom pada isolat klinis P. aeruginosa, terutama pada gen pslA, pelF, dan algD dengan pendekatan Whole Genome Sequencing (WGS), mengetahui pengaruh interaksi polimikrobial antara P. aeruginosa dan C. albicans terhadap ekspresi gen pslA, pelF, algD, ALS1, dan HWP1, pengaruh fase adhesi C. albicans terhadap aktivitas pembentukan biofilm, serta visualisasi biofilm menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). WGS dilakukan pada sampel P. aeruginosa dari sputum, urine, dan ulkus. Kelompok perlakuan polimikrobial terdiri dari P. aeruginosa dan C. albicans, dibandingkan dengan kelompok kontrol monospesies. Ekspresi gen dianalisis menggunakan metode qRT-PCR. Aktivitas pembentukan biofilm (kuantitas biofilm) diukur dengan Optical Density (OD) pada panjang gelombang pada 595 nm dan visualisasi biofilm menggunakan SEM. WGS mengidentifikasi variasi genom, gen biofilm dan virulensi P. aeruginosa. Ekspresi pslA dan pelF meningkat pada interaksi polimikrobial C. albicans dengan P. aeruginosa dari sputum dan ulkus, menurun pada interaksi dengan P. aeruginosa dari urine. Ekspresi gen algD meningkat pada semua interaksi polimikrobial P. aeruginosa dan C. albicans. Ekspresi gen HWP1 dan ALS1 pada C. albicans mengalami penurunan pada interaksi polimikrobial. Kuantitas biofilm lebih tinggi pada interaksi polimikrobial P. aeruginosa dan C. albicans dibanding monospesies P. aeruginosa, namun lebih rendah dibanding monospesies C. albicans. Fase adhesi C. albicans meningkatkan kuantitas biofilm secara signifikan. SEM menunjukkan P. aeruginosa berbentuk batang, C. albicans oval, dan terbentuknya struktur biofilm dari kedua mikroorganisme, dengan P. aeruginosa tampak melekat pada C. albicans dalam kondisi polimikrobial. 

Kata Kunci: Gen terkait biofilm, Candida albicans, Polimikrobial, Pseudomonas aeruginosa.

ANALYSIS OF GENE EXPRESSION AND BIOFILM FORMATION ACTIVITY IN POLYMICROBIAL CULTURES OF Pseudomonas aeruginosa AND Candida albicans CLINICAL ISOLATES

Healthcare-associated infections (HAIs) are common in hospitals and caused by microorganisms such as Pseudomonas aeruginosa and Candida albicans, capable of forming biofilms. Biofilm is a complex structure formed by microbial communities on tissue surfaces or medical equipment, complicating treatment and increasing the risk of biofilm-related infections. Polymicrobial interactions between P. aeruginosa and C. albicans can enhance resistance to antimicrobials. The aim of this study is to investigate genomic variations in clinical isolates of P. aeruginosa, particularly focusing on the pslA, pelF, and algD genes using Whole Genome Sequencing (WGS). Additionally, the study aims to elucidate the influence of polymicrobial interactions between P. aeruginosa and C. albicans on the expression of pslA, pelF, algD, ALS1, and HWP1 genes. It also examines the impact of C. albicans adhesion phase on biofilm formation activity, and visualizes biofilm using Scanning Electron Microscopy (SEM). WGS was performed on P. aeruginosa samples isolated from sputum, urine, and ulcers. The polymicrobial treatment group consisted of P. aeruginosa and C. albicans, compared to the monospecies control group. Gene expression was analyzed using qRT-PCR. Biofilm formation activity (biofilm quantity) was measured using Optical Density (OD) at 595 nm wavelength, and biofilm visualization was conducted using SEM. WGS identified genomic variations, biofilm and virulence genes in P. aeruginosa. The expression of pslA and pelF increased during the polymicrobial interaction of C. albicans with P. aeruginosa from sputum and ulcers, but decreased with P. aeruginosa from urine. The expression of algD increased in all polymicrobial interactions between P. aeruginosa and C. albicans. The expression of HWP1 and ALS1 genes in C. albicans decreased during polymicrobial interaction. Biofilm quantity was higher in the polymicrobial interaction of P. aeruginosa and C. albicans compared to P. aeruginosa alone, but lower than in C. albicans monoculture. The adhesion phase of C. albicans significantly increased biofilm quantity. SEM showed rod-shaped P. aeruginosa, oval-shaped C. albicans, and biofilm structure formation from both microorganisms, with P. aeruginosa adhering to C. albicans as polymicrobial. 

Keywords: Biofilm-related genes, Candida albicans, Polymicrobial, Pseudomonas aeruginosa. 

Kata Kunci : Gen terkait biofilm, Candida albicans, Polimikrobial, Pseudomonas aeruginosa