Vad är en biofilm?
en vanlig missuppfattning av mikrobiellt levande är att bakterier existerar som enskilda organismer i ett ”planktoniskt tillstånd”. Snarare har mikroorganismer visat sig naturligt ackumuleras på en mängd olika ytor; där de bildar sessila, stillasittande samhällen. Dessa ytor omfattar hushålls-och Industrirör, biomaterial såsom kontaktlinser, medicintekniska produkter inklusive implantat och urinkatetrar samt växt-och djurvävnader., Dessa ackumuleringar av mikroorganismer av mono – eller Poly-mikrobiella aggregat kallas vanligen biofilm och kan bestå av olika samhällen av bakterier och svampar. Närheten till mikroorganismerna möjliggör substratutbyte, distribution av metaboliska produkter och avlägsnande av giftiga slutprodukter så att de olika arterna kan stödja varandra. Dessutom kan strukturen hos biofilmsamhällen skydda bakterierna inom dem från angrepp av antimikrobiella medel, skjuvkrafter och immunsystemet., Ett exempel biofilm av två bakteriearter Pseudomonas aeruginosa och Staphylococcus epidermidis visas i Figur 1.
hur bildas det?,
biofilmbildning kan delas upp i fem steg: Initial reversibel fastsättning (1), irreversibel fastsättning (2-3), mognad (4) och dispersion (5) som visas i Figur 2. Den initiala kontakten hos de rörliga planktoniska bakterierna med ytan är utgångspunkten, som fortfarande är reversibel i detta skede. Bakterierna börjar sedan bilda ett monoskikt och kommer att producera en extracellulär matris eller” slime ” för skydd. Matrisen består av extracellulära polysackarider, strukturella proteiner, cellrester och nukleinsyror; kallas extracellulära polymera ämnen (EPS)., De första stegen i matrisbildningen domineras av extracellulärt DNA (eDNA), medan polysackarider och strukturella proteiner tar över senare. I dessa steg sker bildandet av mikrokolonier, som uppvisar signifikant tillväxt och cellcellskommunikation, såsom kvorumavkänning. Biofilmen växer på ett tredimensionellt sätt och bilagan är nu irreversibel. I det sista steget börjar vissa celler i den mogna biofilmen att lossna och sprida sig i miljön som planktoniska celler igen för att potentiellt starta en ny cykel av biofilmbildning.,
biofilms roll i patogenesen
biofilmer finns nästan var som helst och kan påverka människors hälsa både positivt och negativt., Ett exempel på en positiv effekt innefattar biofilmerna av commensala bakterier som Staphylococcus epidermidis, vilket kan hindra koloniseringen av potentiellt patogena bakterier genom stimulering av värdcellsimmunförsvar och förebyggande av vidhäftning. Biofilmer är emellertid oftare förknippade med många patogena former av mänskliga sjukdomar och växtinfektioner. Ett vanligt exempel är cystisk fibros, den vanligaste genetiska sjukdomen i Västeuropa. Cystisk fibros (CF) patienter lider av kroniska P. aeruginosa infektioner. Vid infektion av CF-lungan, P., aeruginosa genomgår en karakteristisk övergång från en akut virulent patogen till en CF‑Anpassad patogen, så att den kan kvarstå i lungan i flera år eller till och med årtionden. Detta beror på överproduktionen av matrispolysackaridalginat, vilket leder till bildandet av en mucoid biofilm som tolererar antibiotika, komponenter av både det medfödda och adaptiva immunsvaret och motstår fagocytos. Persistensen av dessa mucoid biofilmer inom CF-lungan leder till utvecklingen av ett distinkt antikroppssvar., Detta leder till kronisk inflammation medierad av granulocyter, och resulterar i allvarlig skada på lungvävnaden hos CF-patienter (se Figur 3 a). Ett andra exempel för biofilmer i människors hälsa är dental plaque som potentiellt leder till tandkaries. Konsumtionen av fermenterbara kolhydrater som sockerhaltiga godis eller drycker orsakar en ökning av produktionen och utsöndringen av organiska syror av bakterierna som finns i dental plaque. Om den lämnas obehandlad leder den ökade försurningen av biofilmen till emaljens demineralisering och bildandet av tandkaries (se Figur 3 b).,
framtida riktningar
på grund av den utbredda fördelningen av biofilmer i sjukdomar och deras motståndskraft mot många antimikrobiella behandlingar får biofilmforskning mer uppmärksamhet. På grund av ökad antimikrobiell resistens skiftar fokus för aktuell forskning från inriktning mot bakteriell tillväxt/division som orsakar celldöd eller dormancy, mot nya tillvägagångssätt., Exempel är att utlösa spridningen av biofilmen eller undersöka sätt att förhindra den ursprungliga bildningen, till exempel genom att omkonstruera de ytor som de är benägna att utveckla på såsom urinkatetrar och implantat.