o concepție greșită comună a vieții microbiene este că bacteriile există ca organisme individuale într-o „stare planctonică”. Mai degrabă, microorganismele s-au dovedit a se acumula în mod natural pe o mare varietate de suprafețe; unde formează comunități sesile, sedentare. Aceste suprafețe includ țevi de uz casnic și industriale, biomateriale precum lentilele de contact, dispozitive medicale, inclusiv implanturi și catetere urinare, precum și țesuturi vegetale și animale., Aceste acumulări de microorganisme de agregate mono – sau poli-microbiene sunt denumite în mod obișnuit biofilm și pot consta din diverse comunități de bacterii și ciuperci. Imediata apropiere a microorganismelor permite schimbul de substrat, distribuția produselor metabolice și îndepărtarea produselor finale toxice, astfel încât diferitele specii să se poată sprijini reciproc. Mai mult, structura comunităților de biofilme poate proteja bacteriile din interiorul lor de atacul antimicrobian, al forțelor de forfecare și al sistemului imunitar., Un exemplu de biofilm a două specii bacteriene Pseudomonas aeruginosa și Staphylococcus epidermidis este prezentat în Figura 1.
Figura 1: Polymicrobial biofilm format de P. aeruginosa (roșu) și S. epidermidis (verde). Imagine realizată cu un microscop de scanare laser confocal Zeiss, vizualizare ortho. Pentru imagine, multumim Dr. Elena Jordan-Lluch, Universitatea din Nottingham.
Cum se formează?,formarea biofilmului poate fi împărțită în cinci etape: atașare inițială reversibilă (1), atașare ireversibilă (2-3), maturare (4) și dispersie (5) așa cum se arată în Figura 2. Contactul inițial al bacteriilor planctonice în mișcare cu suprafața este punctul de plecare, care este încă reversibil în acest stadiu. Bacteriile vor începe apoi să formeze un monostrat și vor produce o matrice extracelulară sau „slime” pentru protecție. Matricea constă din polizaharide extracelulare, proteine structurale, resturi celulare și acizi nucleici; denumite substanțe polimerice extracelulare (EPS)., Etapele inițiale ale formării matricei sunt dominate de ADN extracelular (eDNA), în timp ce polizaharidele și proteinele structurale preiau mai târziu. În aceste etape, are loc formarea microcoloniilor, care prezintă o creștere semnificativă și o comunicare celulară-celulă, cum ar fi detectarea cvorumului. Biofilmul crește într-o manieră tridimensională, iar atașamentul este acum ireversibil. În ultima etapă, unele celule ale biofilmului Matur încep să se detașeze și să se disperseze în mediu ca celule planctonice din nou pentru a începe un nou ciclu de formare a biofilmului.,
Figura 2: reprezentarea Schematică a unei formarea de biofilm. Formarea începe cu o atașare reversibilă a celulelor planctonice (ovale maro) urmată de aderența la suprafață (gri) (1). Bacteriile formează apoi un monostrat și se atașează ireversibil prin producerea unei matrice extracelulare (2). Apoi, se formează o microcolonie în care apar mai multe straturi (3). În etapele ulterioare, biofilmul este matur, formând structuri caracteristice” ciuperci ” datorită polizaharidelor (4)., În cele din urmă, unele celule încep să se desprindă și biofilmul (indicat în galben) se va dispersa (5). Adaptat de la Vasudevan, 2014, J Microbiol Exp 1(3): 00014. DOI: 10.15406 / jmen.2014.01.00014.
rolul de biofilme în patogeneza
Biofilme pot fi găsite aproape oriunde și poate avea impact asupra sănătății umane atât pozitiv cât și negativ., Un exemplu de efect pozitiv include biofilmele bacteriilor comensale, cum ar fi Staphylococcus epidermidis, care pot împiedica colonizarea bacteriilor potențial patogene prin stimularea apărării imune a celulelor gazdă și prevenirea aderenței. Cu toate acestea, biofilmele sunt mai des asociate cu multe forme patogene ale bolilor umane și infecțiilor plantelor. Un exemplu comun este fibroza chistică, cea mai frecventă tulburare genetică din Europa de Vest. Pacienții cu fibroză chistică (FC) suferă de infecții cronice cu P. aeruginosa. Când infectează plămânul CF, P., aeruginosa suferă o tranziție caracteristică de la un agent patogen virulent acut la un agent patogen adaptat CF, permițându‑i să persiste în plămâni ani sau chiar decenii. Acest lucru se datorează supraproducției alginatului polizaharidic matricial, ceea ce duce la formarea unui biofilm mucoid care tolerează antibioticele, componente ale răspunsului imun înnăscut și adaptiv și rezistă fagocitozei. Persistența acestor biofilme mucoide în plămânul CF conduce la dezvoltarea unui răspuns anticorp distinct., Aceasta determină inflamația cronică mediată de granulocite și determină leziuni severe ale țesutului pulmonar al pacienților cu FC (vezi Figura 3 A). Un al doilea exemplu pentru biofilme în sănătatea umană este placa dentară care poate duce la carii dentare. Consumul de carbohidrați fermentabili, cum ar fi dulciurile sau băuturile zaharoase determină o creștere a producției și secreției de acizi organici de către bacteriile găsite în placa dentară. Dacă este lăsată netratată, acidificarea crescută a biofilmului duce la demineralizarea smalțului și formarea cariilor dentare (vezi Figura 3 B).,
Figura 3: reprezentarea Schematică a unui chistica fibroza pulmonar (O) și placa dentară (B). (A) Într-un plămân sănătos, celulele epiteliale ale cailor respiratorii sunt acoperite cu un strat subțire de mucus întrucât căile respiratorii de un CF pulmonar contine un mucus gros, lipicios, inclusiv biofilmelor bacteriene care duce la deteriorarea celulelor și probleme de respirație. (B) placa dentară se formează deasupra dinților, unde acidul produs de bacterii dizolvă smalțul dinților, ducând la infecții și carii dentare.,
direcții Viitoare
Datorită distribuție pe scară largă de biofilme în boli și rezistența lor la numeroase tratamente antimicrobiene, biofilm de cercetare primește mai multă atenție. Datorită creșterii rezistenței antimicrobiene, accentul cercetării actuale se îndreaptă de la direcționarea creșterii/diviziunii bacteriene care provoacă moartea celulelor sau latența, către abordări noi., Exemplele includ declanșarea dispersiei biofilmului sau căutarea unor modalități de prevenire a formării inițiale, de exemplu prin reingineria suprafețelor pe care sunt predispuse să se dezvolte, cum ar fi cateterele urinare și implanturile.
