Biofilm

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 25 februari 2017; kontroller kräver 30 redigeringar .

Biofilm  - en uppsättning (konglomerat) av mikroorganismer placerade på vilken yta som helst, vars celler är fästa vid varandra. Vanligtvis är celler nedsänkta i den extracellulära polymera substans de utsöndrar ( extracellulär matris ) - slem . Utvecklingen av en biofilm, och ibland själva biofilmen, kallas också för biofouling . Termen "biofilm" definieras på olika sätt, men generellt kan man säga att en biofilm är en gemenskap ( koloni ) av mikroorganismer som har en rumslig och metabolisk struktur, placerad på gränsytan mellan media.och inbäddad i en extracellulär polymermatris. [1] Vanligtvis bildas biofilmer i kontakt med vätskor i närvaro av ämnen som är nödvändiga för tillväxt. Ytan som biofilmen fästs på kan vara antingen livlös (stenar) eller ytan på en levande organism (tarmväggar, tänder). Man tror att 95-99% av alla mikroorganismer i den naturliga miljön existerar i form av en biofilm. [ett]

Mikroorganismer bildar en biofilm under påverkan av ett antal faktorer, inklusive cellulär igenkänning av fästplatser till ytan och närvaron av näringsämnen eller aggressiva ämnen, syre etc. I biofilmsbildningsläget ändrar cellen sitt beteende, vilket bestäms genom reglering av genuttryck . [2]

Enligt CDC (Centers for Diesease Control and Prevention), Atlanta, orsakas upp till 80 % av bakterieinfektioner som drabbar människor i västerländska länder av polymikrobiella biofilmer. Därför bör återkommande urogynekologiska infektioner inte längre betraktas som infektioner som upprätthålls av en enda patogen stam, utan som ett polymikrobiellt syndrom som kännetecknas av en signifikant ökning av aerob, anaerob och svampbakteriebelastning med en möjlig dominerande patogen stam. [3]

Under 2000-2010-talet blev det tydligt att biofilmer är extremt utbredda i naturen, och deras studier kan vara användbara i många tillämpningar.

Urogynekologi

Till exempel bildar Escherichia coli , ofta närvarande vid urogynekologiska infektioner, en biofilm i urinblåsan eller slidan. En sådan biofilm kan innehålla intracellulära vilande reservmikroorganismer: de utgör cirka 1% av bakteriella element, är helt resistenta mot antibiotika och kroppens immunsvar, vilket är en kritisk egenskap som är ansvarig för misslyckande av antibiotikabehandling vid återkommande infektioner. När antibiotika- eller svampdödande behandling är avslutad, återaktiveras persistenta celler snabbt genom att återställa den befintliga bakterie- eller svampbelastningen som orsakar återkommande infektion. [fyra]

Antibiotikabehandling kan ha effekt på bakterier i planktonfasen, som frigörs av biofilmen och orsakar infektiösa exacerbationer, men som inte kan eliminera det stabila bakteriesamhälle som finns i den. Biofilmen som innehåller Escherichia coli , som finns både i urinblåsan och i den vaginala miljön, innehåller ihållande celler som är helt resistenta mot antibiotika och immunsystemet, vilket leder till kroniska och återkommande infektioner. Progression och kronicitet är snabbare och episoder av cystit inträffar oftare om den vaginala biofilmen inte behandlas; [5]

Gynekologi

Bakteriell vaginos orsakas oftast av actinobacteria Gardnerella vaginalis , och närvaron av individuella G. vaginalis- celler i kulturen indikerar inte nödvändigtvis närvaron av vaginos, och upptäckten av en film av denna mikroorganism i ett utstryk bevisar tillförlitligt sjukdomen. [6]

Andra sjukdomar som stöds av biofilm: aerob vaginit, candidal vaginit, trichomonas vaginit.

Biofilm kan bildas på inerta ytor som endouterina enheter, preventivmedelsringar, preventivmedelsimplantat, pessar. [7] [8] [9] [10]

Urologi

Om patogener skapar en biofilm i urinblåsan kan det orsaka kronisk cystit med akuta episoder varje gång biofilmen går sönder. [4] [11] Antibiotikabehandling i detta fall är ineffektiv. [12]

Patogena biofilmer som är typiska för urinblåsan kännetecknas av uropatogena Escherichia coli -stammar (Uropathogenic Escherichia coli , UPEC) som ansvarar för 75-85 % av återkommande cystit och intracellulär biofilm. [13]

Inuti urotelceller organiserar bakterier biofilmer inbäddade i en rik polysackaridmatris omgiven av ett skyddande hölje av uroplakin, mycket nära ytan; biofilmer skapar avlånga utbuktningar. [fjorton]

Tandvård

Biofilmer (främst actinomycetes , Tannerella forsythia , Fusobacterium nucleatum, spiroketer , Synergistetes) är ansvariga för bildandet av plack och utvecklingen av gingivit , karies , parodontit sjukdom . [femton]

Eliminering av biofilmer

Resultaten av de senaste experimenten har bekräftat, förutom antioxidantverkan, effektiviteten av N-acetylcystein ( NAC ) i förstörelsen av biofilmer och minskningen av antalet levande former av bakterier som finns i dem.

N-acetylcystein (NAC) förhindrar bildandet av en biofilm av patogener. N-acetylcystein (NAC) har en förödande effekt på patogena biofilmer genom att verka direkt på polysackaridmatrisen. [16]

Förebyggande och eliminering av patogena biofilmer.

Antibiotikafria aktiva ingredienser som är effektiva för att förebygga och kontrollera biofilmer: D-mannos , n -acetylcystein (NAC), probiotika , laktoferrin , morinda citrus . [5]

Det har visats att n -acetylcystein kan förstöra biofilmen, vilket gör bakterier tillgängliga för d-mannos eller antibiotika . [17]

Livsmedelsindustrin

Långt ifrån det enda exemplet på användning av biofilm för matlagning är kombucha .

Miljöskydd

Stadier av biofilmutveckling

Det finns fem stadier av biofilmutveckling:

  1. Först sker den primära vidhäftningen av mikroorganismer till ytan ( vidhäftning , sorption ) från miljön (vanligtvis flytande). Detta stadium är reversibelt.
  2. Slutlig (irreversibel) fastsättning , annars kallad fixering . I detta skede utsöndrar mikrober extracellulära polymerer som ger stark vidhäftning.
  3. Mognad (i engelsk litteratur - maturation-I). Celler fästa på ytan underlättar vidhäftningen av efterföljande celler, den extracellulära matrisen håller ihop hela kolonin. Näringsämnen ackumuleras, celler börjar dela sig.
  4. Tillväxt (i engelsk litteratur - mognad-II). En mogen biofilm har bildats och nu ändrar den storlek och form. Den extracellulära matrisen tjänar till att skydda celler från yttre hot.
  5. Dispersion (frisättning av bakterier): som ett resultat av delning lossnar enskilda celler periodvis från biofilmen, som efter ett tag kan fästa på ytan och bilda en ny koloni.

Extracellulär polymer substans

Extracellulär polymer substans, även kallad extracellulär polymer eller extracellulär polymer matris (se Extracellulär matris ) är ett slem som utsöndras av biofilmsmikroorganismer och som består av polymera molekyler : extracellulära polysackarider ( exopolysackarider ), DNA , proteiner , inklusive glykoproteiner .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Yu. A. Nikolaev, V. K. Plakunov, Biofilm - en "mikroberstad" eller en analog till en flercellig organism? , Microbiology , 76 (2), 2007, s. 149-163 (Yu. A. Nikolaev, VK Plakunov, Biofilm — "stad av mikrober" eller en analog till flercelliga organismer? Arkiverad 13 juni 2010 på Wayback Machine , Microbiology , 76 (2), 2007, s. 125-138)
  2. ↑ D. An, MR Parsek, Löftet och faran med transkriptionell profilering i biofilmssamhällen , Curr. Opin. mikrobiol. , 10 (3), 2007, sid. 292-296
  3. ↑ Verstraelen H, Swidinski A. Biofilmen i bakteriell vaginos: implikationer för epidemiologi, diagnos och behandling. (engelska)  // Current Opinion in Infectious Diseases: a medical journal. - 2013. - Nr 26 . - S. 86-89 .
  4. ↑ 1 2 Lewis K. Persisterceller. // Årlig översyn av mikrobiologi. - 2010. - Nr 64 . - S. 357-372 .
  5. ↑ 1 2 Graziottin A, Zanello PP, D'Errico G. Cistiti e vaginiti recidivanti: ruolo dei biofilm e delle persister cells. Dalla Fisipatologia a nuove strategi terapeutiche. (italienska) // Minerva Ginecologica. - 2014. - Oktober ( vol. 66 , nr 5 ). - S. 497-512 .
  6. ↑ O. A. Gromova, I. Yu. Torshin, E. A. Garasko, Molekylära mekanismer för destruktion av bakteriefilmer med topisk applicering av askorbinsyra  (otillgänglig länk) , Gynecology , 12 (6), 2010, S. 12
  7. ↑ Donges GG, Vereecken A, Bosmans E, Dekeers-maeker A, Salembier G, Spitz B. Definition av en typ av onormal vaginal flora som är skild från bakteriell vaginos: aeroba vaginaler. (engelska)  // BJOG. – 2002.
  8. ↑ Fagalas ME, Velakoulis S, Iavazzo C, Athanasiou S. Mesh-relaterade infektioner efter reparation av bäckenorganens prolaps. (engelska)  // European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology. - 2007. - Nr 134 . - S. 147-156 .
  9. ↑ Tenke P Köves B, Nagy K, Hultgren SJ, Mendling W, WulltB et al. Uppdatering om biofilminfektioner i urinvägarna  //  World Journal of Urology. - 2012. - Nr 30 . - S. 51-57 .
  10. ↑ Atassi F, Servin AL. Individuella och samarbetande roller för mjölksyra och väteperoxid i dödande aktiviteten hos enterisk stam Lactobacillus Jonsonii NCC933 och vaginalstam Lactobacillus gasseri KS120.1 mot enteriska, uropatogena och vaginosassocierade patogener // FEMS Microbiology Letters. — 2010.
  11. ↑ Justice SS, Hung C, Theriot JA, Fletcher DA, Anderson GG, Footer MJ et al. Differentiering och utvecklingsvägar av uropatogena Escherichia coli i urinvägspatogenes // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2004. - Nr 101 . - S. 1333-1338 .
  12. ↑ Naves P, Del Prado G, Huelves L, Rodriguez-Cerrato V, Ruiz V, Ponte MC, et al. Effekter av humant sierum albumium, ibuprofen och N-acetil-L-cystein mot biofilmbildning av patogena Escherichia coli - stammar // Journal of Hospital Infection. - 2010. - Nr 76 . - S. 165-170 .
  13. ↑ Berry RE, Klumpp DJ, Schaeffer AJ. Urotelialkulturer stödjer bildning av intracellulär bakteriegemenskap genom uropatogen E.coli  // Infektion och immunitet. - 2009. - Nr 77 . - S. 2762-2772 .
  14. ↑ Anderson GG, Palermo JJ. Intracellulär bakteriell biofilm-liknande baljor i urinvägsinfektioner  (engelska)  // Science : scientific journal. - 2003. - Nr 301 . - S. 105 -107 .
  15. ↑ V. Zijnge, MBM van Leeuwen, JE Degener, F. Abbas, T. Thurnheer, R. Gmür, HJM Harmsen, Oral Biofilm Architecture on Natural Teeth Arkiverad 1 mars 2010 på Wayback Machine , PLoS ONE , 5 (2) , 2010, e9321
  16. ↑ Marchiori D, Zanello PP Effektiviteten av N-acetylcystein, D-mannos och Morinda citrifolia för att behandla återkommande cystit vid överlevnad av bröstcancer  //  In vivo. - 2017. - sep-okt ( nr 31 ). - S. 931-936 . Arkiverad från originalet den 23 juli 2018.
  17. ↑ Marchese A, Bozzolasco M, Gualco L, Debbia EA, Schito GC, Schito AM. Effekt av fosfomycin ensamt och i kombination med n-acetylcystein på E. coli biofilmer. (engelska)  // International Journal of Antimicrobial Agents: en medicinsk tidskrift. - 2003. - T. 22 . - S. 95-100 .

Litteratur

  • GCL Wong, GA O'Toole, All together now: Integrating biofilm research across disciplines , MRS Bulletin , 36 , 2011, sid. 339-342
  • JC Pommerville, Alcamo's Fundamentals of Microbiology , red. 9, Jones & Bartlett Learning, 2010. ISBN 0-7637-6258-X
  • M. Magot, Petroleum microbiology , ASM Press, 2005. ISBN 1-55581-327-5

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Strukturen hos en bakteriecell
Cellvägg
yttre skal
Formen