mi az a biofilm?
a mikrobiális élet általános tévhitje, hogy a baktériumok “planktonikus állapotban” léteznek egyes szervezetekként. Inkább a mikroorganizmusokról kimutatták, hogy természetesen felhalmozódnak a legkülönbözőbb felületeken; ahol szilárd, ülő közösségeket alkotnak. Ezen felületek közé tartoznak a háztartási és ipari csövek, a biomaterek, mint például a kontaktlencsék, az orvosi eszközök, beleértve az implantátumokat és a vizelet katétereket, valamint a növényi és állati szövetek., A mono-vagy poli-mikrobiális aggregátumok mikroorganizmusainak felhalmozódását általában biofilmnek nevezik, és különböző baktérium-és gombaközösségekből állhatnak. A mikroorganizmusok közelsége lehetővé teszi a szubsztrátok cseréjét, a metabolikus termékek elosztását és a mérgező végtermékek eltávolítását, hogy a különböző fajok támogassák egymást. Ezenkívül a biofilm közösségek szerkezete megvédheti a bennük lévő baktériumokat az antimikrobiális szerek, a nyíróerők és az immunrendszer támadásaitól., Két baktériumfaj, a Pseudomonas aeruginosa és a Staphylococcus epidermidis biofilmje például az 1. ábrán látható.
hogyan alakul?,
a Biofilmképződés öt szakaszra osztható: kezdeti reverzibilis kötődés (1), visszafordíthatatlan kötődés (2-3), érés (4) és diszperzió (5) a 2.ábrán látható módon. A mozgó planktonikus baktériumok kezdeti érintkezése a felülettel a kiindulási pont, amely ebben a szakaszban még mindig visszafordítható. A baktériumok ezután egyréteget képeznek, és extracelluláris mátrixot vagy “iszapot” termelnek a védelem érdekében. A mátrix extracelluláris poliszacharidokból, szerkezeti fehérjékből, sejthulladékokból és nukleinsavakból áll, amelyeket extracelluláris polimer anyagoknak (EPS) neveznek., A mátrixképződés kezdeti lépéseit az extracelluláris DNS (eDNA) uralja, míg a poliszacharidok és a szerkezeti fehérjék a későbbiekben átveszik az irányítást. Ezekben a szakaszokban mikrokolóniák képződnek, amelyek jelentős növekedést és sejt-sejt kommunikációt mutatnak, mint például a kvórumérzékelés. A biofilm háromdimenziós módon növekszik, és a kötődés visszafordíthatatlan. Az utolsó szakaszban az érett biofilm egyes sejtjei ismét planktonikus sejtekként kezdenek leválni és szétoszlani a környezetbe, hogy potenciálisan új biofilmképződési ciklust kezdjenek.,
a biofilmek szerepe a patogenezisben
a biofilmek szinte bárhol megtalálhatók, és mind pozitívan, mind negatívan befolyásolhatják az emberi egészséget., A pozitív hatás egyik példája a commensalis baktériumok, például a Staphylococcus epidermidis biofilmjei, amelyek a gazdasejt immunvédelmének stimulálása és az adhézió megelőzése révén gátolhatják a potenciálisan patogén baktériumok kolonizációját. A biofilmek azonban gyakrabban kapcsolódnak az emberi betegségek és növényi fertőzések számos patogén formájához. Az egyik gyakori példa a cisztás fibrózis, amely Nyugat-Európában a leggyakrabban átadott genetikai rendellenesség. A cisztás fibrózisban (CF) szenvedő betegek krónikus P. aeruginosa fertőzésben szenvednek. A CF tüdő fertőzésekor P., az aeruginosa jellegzetes átmenetet mutat az akut virulens kórokozóról a CF-adaptált kórokozóra, lehetővé téve, hogy évekig vagy akár évtizedekig fennmaradjon a tüdőben. Ennek oka a mátrix poliszacharid alginát túltermelése, ami egy mucoid biofilm kialakulásához vezet, amely tolerálja az antibiotikumokat, mind a veleszületett, mind az adaptív immunválasz összetevőit, valamint ellenáll a fagocitózisnak. Ezeknek a mucoid biofilmeknek a CF tüdőben való fennmaradása különálló antitestválasz kialakulásához vezet., Ez krónikus gyulladást idéz elő, melyet granulociták közvetítenek, és súlyos károsodást okoz a CF-ben szenvedő betegek tüdőszövetében (lásd a 3a.ábrát). Az emberi egészség biofilmjeinek második példája a fogászati plakk, amely potenciálisan fogszuvasodáshoz vezet. A fermentálható szénhidrátok, mint például a cukros ételek vagy italok fogyasztása növeli a szerves savak termelését és szekrécióját a fogászati plakkban található baktériumok által. Ha nem kezelik, a biofilm fokozott savasodása a zománc demineralizációjához és fogszuvasodás kialakulásához vezet (lásd a 3B.ábrát).,
jövőbeli irányok
a biofilmeknek a betegségekben való széles körű elterjedése és számos antimikrobiális kezeléssel szembeni ellenálló képessége miatt a biofilm-kutatás nagyobb figyelmet kap. A növekvő antimikrobiális rezisztencia miatt a jelenlegi kutatás középpontjában a sejthalált vagy nyugalmi állapotot okozó bakteriális növekedés/osztódás célzása áll, az új megközelítések felé., Ilyenek például a biofilm szétszóródásának kiváltása, vagy a kezdeti kialakulás megelőzésének módjainak vizsgálata, például az általuk hajlamos felületek, például vizelet katéterek és implantátumok újratervezésével.