[논문 리뷰] Studies of protein adsorption on implant materials in relation to biofilm formation I. Activity of Pseudomonas aeruginosa on Polypropylene and High density Polyethylene in presence of serum albumin

Sarmita Sinha, Susmita Chatterjee외 3명|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 19.

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한 줄 요약

이 연구는 구리산염 알부민(BSA)이 폴리프로필렌(PP)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 흡착되는 방식이 *Pseudomonas aeruginosa* 생물막 형성에 미치는 영향을 조사한다. 시간과 농도에 따라 증가하는 BSA 흡착이 생물막 기질 생성을 증가시키며, 외부 다당류 기질(EPS)의 조성이 흡착된 단백질의 양에 직접적으로 의존함을 보여주어, 초기 단백질 층 형성과 이후 박테리아의 식별 식별 간의 중요한 연관성을 드러낸다.

ABSTRACT

The surface of biomaterials used as implants are highly susceptible to bacterial colonization and subsequent infection. The amount of protein adsorption on biomaterials, among other factors, can affect the nature and quality of biofilms formed on them. The variation in the adsorption time of the protein on the biomaterial surface produces a phenotypic change in the bacteria by alteration of the production of EPS (exoplysaccharide) matrix. Knowledge of the effects of protein adsorption on implant infection will be very useful in understanding the chemistry of the biomaterial surfaces, which can deter the formation of biofilms. It is observed that the adsorption of BSA on the biomaterial surfaces increases with time and concentration, irrespective of their type and the nature of the EPS matrix of the bacterial biofilm is dependent on the amount of protein adsorbed on the biomaterial surface. The adsorption of protein (BSA) on the biomaterials, polypropylene (PP) and high density polyethylene (HDPE) has been studied and the formation of the biofilms of Pseudomonas aeruginosa on them has been examined.

연구 동기 및 목표

• 식별재료 표면에 흡착되는 단백질이 박테리아 생물막 형성에 미치는 영향를 이해하는 것.
• 혈청 알부민(BSA)이 폴리프로필렌(PP)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에서 *Pseudomonas aeruginosa*의 표현형 행동을 어떻게 조절하는지 조사하는 것.
• 흡착 시간과 BSA 농도가 생물막 내 외부 다당류(EPS) 기질의 구조와 조성에 미치는 영향를 규명하는 것.
• 생물재료 표면에서 단백질 층 형성과 이후 생물막 발달 간의 정량적 관계를 설정하는 것.

제안 방법

• 다양한 농도와 시간 간격에서 폴리프로필렌(PP)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 표면에 대한 구리산염 알부민(BSA)의 흡착을 측정하였다.
• 통제 조건 하에서 BSA 코팅된 PP 및 HDPE 표면에서 *Pseudomonas aeruginosa*의 생물막 형성을 평가하였다.
• 생물막 내 외부 다당류(EPS) 기질의 조성을 흡착된 BSA의 양과 관련하여 분석하였다.
• 표 superfical 단백질 흡착은 표준 스펙트로스코픽 또는 색도 측정 분석법(실험적 배경에 의해 암시됨)을 통해 정량화하였다.
• 박테리아 표현형 변화에 대한 BSA 층 두께 또는 밀도의 영향는 생물막의 형태학적 및 생화학적 분석을 통해 평가되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BSA 흡착의 농도와 지속 시간이 PP 및 HDPE 표면에서 단백질 층 형성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 흡착된 BSA의 양이 *Pseudomonas aeruginosa* 생물막의 외부 다당류(EPS) 기질의 생산과 조성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 BSA 코팅된 생물재료 표면의 물리화학적 성질과 이후 박테리아의 식별 식별 간의 관계는 무엇인가?
• RQ4 생물재료 종류(PP 대비 HDPE)가 사전 흡착된 BSA에 대한 *Pseudomonas aeruginosa*의 반응을 변화시키는가?

주요 결과

• BSA의 PP 및 HDPE에 대한 흡착은 시간과 농도에 따라 증가하여 농도 및 시간 의존적인 흡착 과정임을 나타낸다.
• 흡착된 BSA의 양이 *Pseudomonas aeruginosa* 생물막 내 외부 다당류(EPS) 기질의 구조와 조성에 직접적인 영향을 미친다.
• 생물재료 표면의 BSA 층 변화에 따라 *Pseudomonas aeruginosa*의 표현형 변화, 특히 EPS 생산의 변화가 관찰되었다.
• 생물막 내 EPS 기질의 성질은 흡착된 단백질의 양에 따라 달라지며, 이는 단백질 층 형성과 생물막 발달 간의 인과관계를 시사한다.
• 동일 조건에서 PP와 HDPE 간의 BSA 흡착 행동에 유의미한 차이가 보고되지 않아, 두 재료 간의 단백질-표면 상호작용이 유사하다고 나타났다.