Wat is een biofilm?
een veel voorkomende misvatting van microbieel leven is dat bacteriën bestaan als individuele organismen in een ‘planktonische toestand’. In plaats daarvan is aangetoond dat micro-organismen zich op natuurlijke wijze ophopen op een grote verscheidenheid aan oppervlakken; waar ze sessiele, sedentaire gemeenschappen vormen. Deze oppervlakken omvatten huishoudelijke en industriële leidingen, biomaterialen zoals contactlenzen, medische hulpmiddelen zoals implantaten en urinekatheters, evenals plantaardige en dierlijke weefsels., Deze accumulaties van micro-organismen van mono-of poly-microbiële aggregaten worden algemeen bedoeld als biofilm en kunnen bestaan uit diverse gemeenschappen van bacteriën en schimmels. De nabijheid van de micro-organismen maakt substraatuitwisseling, distributie van metabole producten en verwijdering van giftige eindproducten mogelijk, zodat de verschillende soorten elkaar kunnen ondersteunen. Bovendien kan de structuur van biofilm gemeenschappen de bacteriën binnen hen beschermen tegen aanval door antimicrobiële stoffen, afschuifkrachten en het immuunsysteem., Een voorbeeld biofilm van twee bacteriële soorten Pseudomonas aeruginosa en Staphylococcus epidermidis is weergegeven in Figuur 1.
Hoe wordt het gevormd?,
Biofilm vorming kan worden onderverdeeld in vijf fasen: initiële omkeerbare gehechtheid (1), irreversibele gehechtheid (2-3), rijping (4) en dispersie (5) Zoals weergegeven in Figuur 2. Het eerste contact van de bewegende planktonische bacteriën met het oppervlak is het uitgangspunt, dat in dit stadium nog omkeerbaar is. De bacteriën zullen dan beginnen om een monolaag te vormen en zal een extracellulaire matrix of “slijm” voor bescherming produceren. De matrix bestaat uit extracellulaire polysacchariden, structurele eiwitten, celafval en nucleïnezuren; aangeduid als extracellulaire polymere stoffen (EPS)., De eerste stappen van de matrijsvorming worden gedomineerd door extracellulair DNA (eDNA), terwijl polysacchariden en structurele proteã nen later overnemen. In deze stadia, vindt de vorming van microcolonies plaats, die significante groei en cel-cel mededeling zoals quorum het ontdekken tentoonstellen. De biofilm groeit op een driedimensionale manier en de gehechtheid is nu onomkeerbaar. In het laatste stadium, beginnen sommige cellen van de rijpe biofilm los te maken en in het milieu te verspreiden als planktonic cellen opnieuw om potentieel een nieuwe cyclus van biofilm vorming te beginnen.,
de rol van biofilms in de pathogenese
Biofilms kan bijna overal worden gevonden en kan de menselijke gezondheid zowel positief als negatief beïnvloeden., Een voorbeeld van een positief effect omvat de biofilms van commensale bacteriën zoals Staphylococcus epidermidis, die de kolonisatie van potentieel pathogene bacteriën door de stimulatie van gastheercel immune afweer en de preventie van adhesie kunnen verhinderen. Nochtans, worden biofilms vaker geassocieerd met vele pathogene vormen van menselijke ziekten en installatiebesmettingen. Een veel voorkomend voorbeeld is cystic fibrosis, de meest doorgegeven genetische aandoening in West-Europa. Cystic fibrosis (CF) patiënten lijden aan chronische P. aeruginosa infecties. Bij het infecteren van de CF long, P., aeruginosa ondergaat een karakteristieke overgang van een acute virulente pathogeen naar een CF‑aangepaste pathogeen, waardoor het jarenlang of zelfs decennia in de long kan blijven bestaan. Dit is toe te schrijven aan de overproductie van het alginaat van matrijspolysaccharide, leidend tot de vorming van een mucoid biofilm die antibiotica, componenten van zowel de ingeboren als adaptieve immune reactie tolereert, en fagocytose weerstaat. De persistentie van deze mucoïde biofilms in de CF long leidt tot de ontwikkeling van een duidelijke antilichaamrespons., Dit leidt tot chronische ontsteking gemedieerd door granulocyten, en resulteert in ernstige schade aan het longweefsel van CF patiënten (zie Figuur 3 A). Een tweede voorbeeld voor biofilms in menselijke gezondheid is tandplaque potentieel leidend tot cariës. De consumptie van fermenteerbare koolhydraten zoals suikerhoudende lekkernijen of dranken veroorzaakt een toename van de productie en secretie van organische zuren door de bacteriën in tandplak. Indien onbehandeld, leidt de toegenomen verzuring van de biofilm tot demineralisatie van het glazuur en de vorming van cariës (zie Figuur 3 B).,
toekomstige richtingen
vanwege de wijdverspreide verspreiding van biofilms in ziekten en hun veerkracht tegen talrijke antimicrobiële behandelingen, krijgt biofilmonderzoek meer aandacht. Als gevolg van toenemende antimicrobiële resistentie, verschuift de focus van het huidige onderzoek van het richten van bacteriële groei/verdeling die celdood of rust veroorzaakt, naar nieuwe benaderingen., De voorbeelden omvatten het teweegbrengen van de verspreiding van de biofilm of het onderzoeken van manieren om de aanvankelijke vorming te verhinderen, bijvoorbeeld door de oppervlakken te re-engineering zij naar voren gebogen zijn om op zoals urinaire katheters en implantaten te ontwikkelen.