Che cos’è un biofilm?
Un malinteso comune della vita microbica è che i batteri esistono come singoli organismi in uno “stato planctonico”. Piuttosto, i microrganismi hanno dimostrato di accumularsi naturalmente su un’ampia varietà di superfici; dove formano comunità sessili e sedentarie. Tali superfici comprendono tubi domestici e industriali, biomateriali come lenti a contatto, dispositivi medici tra cui impianti e cateteri urinari, nonché tessuti vegetali e animali., Questi accumuli di microrganismi di aggregati mono-o poli-microbici sono comunemente indicati come biofilm e possono essere costituiti da diverse comunità di batteri e funghi. La vicinanza dei microrganismi consente lo scambio di substrato, la distribuzione di prodotti metabolici e la rimozione di prodotti finali tossici in modo che le diverse specie possano sostenersi a vicenda. Inoltre, la struttura delle comunità di biofilm può proteggere i batteri al loro interno dagli attacchi degli antimicrobici, dalle forze di taglio e dal sistema immunitario., Un esempio di biofilm di due specie batteriche Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus epidermidis è mostrato in Figura 1.
Come si forma?,
La formazione di biofilm può essere suddivisa in cinque fasi: attacco reversibile iniziale (1), attacco irreversibile (2-3), maturazione (4) e dispersione (5) come mostrato in Figura 2. Il contatto iniziale dei batteri planctonici in movimento con la superficie è il punto di partenza, che è ancora reversibile in questa fase. I batteri inizieranno quindi a formare un monostrato e produrranno una matrice extracellulare o” melma ” per la protezione. La matrice è costituita da polisaccaridi extracellulari, proteine strutturali, detriti cellulari e acidi nucleici; indicati come sostanze polimeriche extracellulari (EPS)., Le fasi iniziali della formazione della matrice sono dominate dal DNA extracellulare (eDNA), mentre i polisaccaridi e le proteine strutturali subentrano in seguito. In queste fasi, avviene la formazione di microcolonie, che mostrano una crescita significativa e una comunicazione cellulare-cellulare come il quorum sensing. Il biofilm cresce in modo tridimensionale e l’attaccamento è ormai irreversibile. Nell’ultimo stadio, alcune cellule del biofilm maturo iniziano a staccarsi e disperdersi nell’ambiente come cellule planctoniche per iniziare potenzialmente un nuovo ciclo di formazione del biofilm.,
Il ruolo dei biofilm nella patogenesi
I biofilm possono essere trovati quasi ovunque e possono avere un impatto positivo e negativo sulla salute umana., Un esempio di effetto positivo include i biofilm di batteri commensali come lo Staphylococcus epidermidis, che possono impedire la colonizzazione di batteri potenzialmente patogeni attraverso la stimolazione delle difese immunitarie delle cellule ospiti e la prevenzione dell’adesione. Tuttavia, i biofilm sono più spesso associati a molte forme patogene di malattie umane e infezioni vegetali. Un esempio comune è la fibrosi cistica, la malattia genetica più frequentemente trasmessa in Europa occidentale. I pazienti affetti da fibrosi cistica (CF) soffrono di infezioni croniche da P. aeruginosa. Quando si infetta il polmone CF, P., l’aeruginosa subisce una transizione caratteristica da un agente patogeno virulento acuto a un agente patogeno adattato alla CF, permettendogli di persistere nel polmone per anni o addirittura decenni. Ciò è dovuto alla sovrapproduzione dell’alginato polisaccaridico della matrice, che porta alla formazione di un biofilm mucoide che tollera gli antibiotici, componenti sia della risposta immunitaria innata che adattativa, e resiste alla fagocitosi. La persistenza di questi biofilm mucoidi all’interno del polmone CF porta allo sviluppo di una risposta anticorpale distinta., Ciò provoca un’infiammazione cronica mediata dai granulociti e provoca gravi danni al tessuto polmonare dei pazienti affetti da FC (vedere Figura 3 A). Un secondo esempio per i biofilm nella salute umana è la placca dentale che potenzialmente porta alla carie dentale. Il consumo di carboidrati fermentabili come dolcetti o bevande zuccherate provoca un aumento della produzione e della secrezione di acidi organici da parte dei batteri presenti nella placca dentale. Se non trattata, l’aumento dell’acidificazione del biofilm porta alla demineralizzazione dello smalto e alla formazione di carie dentale (vedi Figura 3 B).,
Direzioni future
A causa della diffusa distribuzione dei biofilm nelle malattie e della loro resilienza a numerosi trattamenti antimicrobici, la ricerca sui biofilm sta ricevendo maggiore attenzione. A causa dell’aumento della resistenza antimicrobica, l’attenzione della ricerca attuale si sta spostando dal mirare alla crescita/divisione batterica che causa la morte cellulare o la dormienza, verso nuovi approcci., Gli esempi includono l’attivazione della dispersione del biofilm o la ricerca di modi per prevenire la formazione iniziale, ad esempio riprogettando le superfici su cui sono inclini a svilupparsi, come cateteri urinari e impianti.