Co to jest biofilm?
powszechnym błędnym pojęciem życia drobnoustrojów jest to, że bakterie istnieją jako pojedyncze organizmy w „stanie planktonicznym”. Wykazano raczej, że mikroorganizmy naturalnie gromadzą się na wielu różnych powierzchniach, gdzie tworzą siedzące, siedzące społeczności. Powierzchnie te obejmują Rury domowe i przemysłowe, biomateriały, takie jak soczewki kontaktowe, wyroby medyczne, w tym implanty i cewniki moczowe, a także tkanki roślinne i zwierzęce., Te nagromadzenia mikroorganizmów mono-lub poli-mikrobiologicznych agregatów są powszechnie określane jako biofilm i mogą składać się z różnych społeczności bakterii i grzybów. Bliskość mikroorganizmów umożliwia wymianę substratów, dystrybucję produktów przemiany materii i usuwanie toksycznych produktów końcowych, dzięki czemu różne gatunki mogą się wzajemnie wspierać. Ponadto struktura społeczności biofilmu może chronić znajdujące się w nich bakterie przed atakiem środków przeciwdrobnoustrojowych, sił ścinających i układu odpornościowego., Przykładowy biofilm dwóch gatunków bakterii Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus epidermidis przedstawiono na rysunku 1.
jak powstaje?,
tworzenie biofilmu można podzielić na pięć etapów: początkowe przyłączenie odwracalne (1), przyłączenie nieodwracalne (2-3), dojrzewanie (4) i dyspersja (5), Jak pokazano na rysunku 2. Początkowy kontakt poruszających się bakterii planktonowych z powierzchnią jest punktem wyjścia, który na tym etapie jest wciąż odwracalny. Następnie bakterie zaczną tworzyć jednowarstwową warstwę i będą produkować macierz zewnątrzkomórkową lub „szlam” dla ochrony. Matryca składa się z zewnątrzkomórkowych polisacharydów, białek strukturalnych, resztek komórek i kwasów nukleinowych; określanych jako zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe (EPS)., Początkowe etapy tworzenia matrycy są zdominowane przez pozakomórkowe DNA (eDNA), podczas gdy polisacharydy i białka strukturalne przejmują później. W tych stadiach dochodzi do powstawania mikrokolonii, które wykazują znaczny wzrost i komunikację między komórkami, np. quorum sensing. Biofilm rośnie w trójwymiarowy sposób, a przywiązanie jest nieodwracalne. W ostatnim etapie niektóre komórki dojrzałego biofilmu zaczynają się odrywać i rozpraszać w środowisku jako komórki planktonowe, aby potencjalnie rozpocząć nowy cykl tworzenia biofilmu.,
rola biofilmów w patogenezie
biofilmy można znaleźć niemal wszędzie i mogą mieć pozytywny i negatywny wpływ na zdrowie człowieka., Jednym z przykładów pozytywnego działania są biofilmy bakterii komensalnych, takich jak Staphylococcus epidermidis, które mogą utrudniać kolonizację potencjalnie chorobotwórczych bakterii poprzez stymulację obrony immunologicznej komórek gospodarza i zapobieganie adhezji. Jednak biofilmy są częściej związane z wieloma patogennymi formami chorób człowieka i infekcji roślin. Częstym przykładem jest mukowiscydoza, najczęściej przenoszona choroba genetyczna w Europie Zachodniej. Pacjenci z mukowiscydozą (CF) cierpią na przewlekłe zakażenia P. aeruginosa. Podczas infekcji płuc CF, P., aeruginosa ulega charakterystycznemu przejściu z ostrego zjadliwego patogenu do patogenu przystosowanego do CF, dzięki czemu utrzymuje się w płucach przez lata lub nawet dziesięciolecia. Wynika to z nadprodukcji matrycy alginianu polisacharydu, co prowadzi do powstania mukoidalnego biofilmu, który toleruje antybiotyki, składniki zarówno wrodzonej, jak i adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej i jest odporny na fagocytozę. Utrzymywanie się tych mukoidalnych biofilmów w płucach CF prowadzi do rozwoju wyraźnej odpowiedzi przeciwciała., Prowadzi to do przewlekłego stanu zapalnego wywołanego przez granulocyty i prowadzi do poważnego uszkodzenia tkanki płucnej u pacjentów z mukowiscydozą (patrz rysunek 3 A). Drugim przykładem biofilmów w zdrowiu człowieka jest płytka nazębna potencjalnie prowadząca do próchnicy. Spożywanie fermentowalnych węglowodanów, takich jak słodycze lub napoje, powoduje wzrost produkcji i wydzielania kwasów organicznych przez bakterie znajdujące się w płytce nazębnej. Nieleczone zwiększone zakwaszenie biofilmu prowadzi do demineralizacji szkliwa i powstawania próchnicy (patrz rysunek 3 B).,
przyszłe kierunki
ze względu na powszechną dystrybucję biofilmów w chorobach i ich odporność na liczne zabiegi przeciwdrobnoustrojowe, badania nad biofilmem otrzymują więcej uwagi. Ze względu na rosnącą oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe, nacisk na obecne badania przesuwa się z ukierunkowania wzrostu/podziału bakterii, które powoduje śmierć lub uśpienie komórek, w kierunku nowych podejść., Przykłady obejmują wyzwalanie rozproszenia biofilmu lub patrzenie na sposoby zapobiegania powstawaniu początkowego, na przykład przez ponowne zaprojektowanie powierzchni, na które są podatne na rozwój, takich jak cewniki moczowe i implanty.