Biofilmu

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 25. února 2017; kontroly vyžadují 30 úprav .

Biofilm  - soubor (slepenec) mikroorganismů umístěných na libovolném povrchu, jejichž buňky jsou k sobě připojeny. Obvykle jsou buňky ponořeny do extracelulární polymerní látky, kterou vylučují ( extracelulární matrice ) - hlenu . Vznik biofilmu a někdy i samotného biofilmu se také označuje jako biologické znečištění . Pojem "biofilm" je definován různými způsoby, ale obecně lze říci, že biofilm je společenství ( kolonie ) mikroorganismů, které má prostorovou a metabolickou strukturu a nachází se na rozhraní mezi médii.a uloženy v extracelulární polymerní matrici. [1] Obvykle se biofilmy tvoří při kontaktu s kapalinami za přítomnosti látek nezbytných pro růst. Povrch, na který je biofilm přichycen, může být buď neživý (kameny), nebo povrch živého organismu (střevní stěny, zuby). Předpokládá se, že 95-99 % všech mikroorganismů v přirozeném prostředí existuje ve formě biofilmu. [jeden]

Mikroorganismy tvoří biofilm pod vlivem řady faktorů, včetně buněčného rozpoznání míst přichycení k povrchu a přítomnosti živin nebo agresivních látek, kyslíku atd. V režimu tvorby biofilmu buňka mění své chování, které je určeno regulací genové exprese . [2]

Podle CDC (Centers for Diesease Control and Prevention), Atlanta, je až 80 % bakteriálních infekcí postihujících lidi v západních zemích způsobeno polymikrobiálními biofilmy. Recidivující urogynekologické infekce by proto již neměly být považovány za infekce udržované jedním patogenním kmenem, ale za polymikrobiální syndrom charakterizovaný výrazným zvýšením aerobní, anaerobní a mykotické bakteriální zátěže s možným dominantním patogenním kmenem. [3]

V letech 2000–2010 se ukázalo, že biofilmy jsou v přírodě extrémně rozšířené a jejich studium může být užitečné v mnoha aplikacích.

Urogynekologie

Například Escherichia coli , často přítomná u urogynekologických infekcí, tvoří biofilm v močovém měchýři nebo vagíně. Takový biofilm může obsahovat intracelulární dormantní rezervní mikroorganismy: tvoří asi 1 % bakteriálních prvků, jsou zcela rezistentní vůči antibiotikům a imunitní odpovědi organismu, což je kritická vlastnost zodpovědná za selhání antibiotické terapie u recidivujících infekcí. Jakmile je antibiotická nebo antimykotická terapie dokončena, perzistentní buňky jsou rychle reaktivovány obnovením již existující bakteriální nebo plísňové zátěže způsobující recidivu infekce. [čtyři]

Antibiotická léčba může mít vliv na bakterie v planktonické fázi, které se uvolňují biofilmem a způsobují infekční exacerbace, ale nejsou schopny eliminovat stabilní bakteriální komunitu v něm obsaženou. Biofilm obsahující Escherichia coli , přítomný jak v močovém měchýři, tak ve vaginálním prostředí, obsahuje perzistentní buňky, které jsou zcela odolné vůči antibiotikům a imunitnímu systému, což vede k chronickým a opakovaným infekcím. Progrese a chronicita je rychlejší a epizody cystitidy se vyskytují častěji, pokud není léčen vaginální biofilm; [5]

Gynekologie

Bakteriální vaginózu způsobují nejčastěji aktinobakterie Gardnerella vaginalis a přítomnost jednotlivých buněk G. vaginalis v kultuře nemusí nutně znamenat přítomnost vaginózy a průkaz filmu tohoto mikroorganismu v nátěru spolehlivě prokáže onemocnění. [6]

Další onemocnění podporovaná biofilmem: aerobní vaginitida, kandidální vaginitida, trichomonas vaginitida.

Biofilm se může tvořit na inertních površích, jako jsou endouterní zařízení, antikoncepční kroužky, antikoncepční implantáty, pesary. [7] [8] [9] [10]

Urologie

Pokud patogeny vytvoří biofilm v močovém měchýři, může to způsobit chronickou cystitidu s akutními epizodami pokaždé, když biofilm praskne. [4] [11] Antibiotická terapie je v tomto případě neúčinná. [12]

Patogenní biofilmy typické pro močový měchýř jsou charakterizovány uropatogenními kmeny Escherichia coli (Uropatogenní Escherichia coli , UPEC) odpovědnými za 75–85 % recidivujících cystitid a intracelulárního biofilmu. [13]

Uvnitř uroteliálních buněk bakterie organizují biofilmy uložené v bohaté polysacharidové matrici obklopené ochranným pláštěm uroplakinu, velmi blízko povrchu, biofilmy vytvářejí podlouhlé vybouleniny. [čtrnáct]

Stomatologie

Biofilmy (hlavně aktinomycety , Tannerella forsythia , Fusobacterium nucleatum, spirochety , Synergisté) jsou zodpovědné za tvorbu plaku a rozvoj zánětu dásní , kazu , onemocnění parodontu . [patnáct]

Eliminace biofilmů

Výsledky nedávných experimentů potvrdily kromě antioxidačního působení i účinnost N-acetylcysteinu ( NAC ) při ničení biofilmů a snižování počtu v nich přítomných živých forem bakterií.

N-acetylcystein (NAC) zabraňuje tvorbě biofilmu patogeny. N-acetylcystein (NAC) má devastující účinek na patogenní biofilmy tím, že působí přímo na polysacharidovou matrici. [16]

Prevence a eliminace patogenních biofilmů.

Účinné látky bez antibiotik účinné v prevenci a kontrole biofilmů: D-manóza , n - acetylcystein (NAC), probiotika , laktoferin , citrusy morinda . [5]

Bylo prokázáno, že n -acetylcystein je schopen zničit biofilm a učinit bakterie dostupnými pro d-manózu nebo antibiotika . [17]

Potravinářský průmysl

Zdaleka ne jediným příkladem využití biofilmu k vaření je kombucha .

Ochrana životního prostředí

Etapy vývoje biofilmu

Existuje pět fází vývoje biofilmu:

  1. Nejprve dochází k primárnímu uchycení mikroorganismů na povrch ( adheze , sorpce ) z prostředí (obvykle tekutého). Tato fáze je reverzibilní.
  2. Konečné (nevratné) připevnění , jinak nazývané fixace . V této fázi mikroby vylučují extracelulární polymery, které poskytují silnou adhezi.
  3. Zrání (v anglické literatuře - maturation-I). Buňky přichycené na povrchu usnadňují uchycení následných buněk, extracelulární matrix drží celou kolonii pohromadě. Živiny se hromadí, buňky se začínají dělit.
  4. Růst (v anglické literatuře - zrání-II). Vytvořil se zralý biofilm, který nyní mění svou velikost a tvar. Extracelulární matrix slouží k ochraně buněk před vnějšími hrozbami.
  5. Disperze (uvolnění bakterií): v důsledku dělení se jednotlivé buňky periodicky oddělují od biofilmu, který se po chvíli může přichytit na povrch a vytvořit novou kolonii.

Extracelulární polymerní látka

Extracelulární polymerní látka, také nazývaná extracelulární polymer nebo extracelulární polymerní matrice (viz Extracelulární matrice ) je hlen vylučovaný mikroorganismy biofilmu a sestávající z polymerních molekul : extracelulárních polysacharidů ( exopolysacharidů ), DNA , proteinů , včetně glykoproteinů .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Yu. A. Nikolaev, V. K. Plakunov, Biofilm – „město mikrobů“ nebo obdoba mnohobuněčného organismu? , Microbiology , 76 (2), 2007, s. 149-163 (Yu. A. Nikolaev, VK Plakunov, Biofilm — „město mikrobů“ nebo analog mnohobuněčných organismů? Archivováno 13. června 2010 na Wayback Machine , Microbiology , 76 (2), 2007, s. 125-138)
  2. ↑ D. An, MR Parsek, Příslib a nebezpečí transkripčního profilování v biofilmových komunitách , Curr. Opin. microbiol. , 10 (3), 2007, str. 292-296
  3. ↑ Verstraelen H, Swidinski A. Biofilm v bakteriální vaginóze: důsledky pro epidemiologii, diagnostiku a léčbu. (anglicky)  // Current Opinion in Infectious Diseases: lékařský časopis. - 2013. - č. 26 . - S. 86-89 .
  4. ↑ 1 2 Lewis K. Persisterové buňky. // Annual Review of Microbiology. - 2010. - č. 64 . - S. 357-372 .
  5. ↑ 1 2 Graziottin A, Zanello PP, D'Errico G. Cistiti a vaginiti recidivanti: ruolo dei biofilm e delle persister cells. Dalla Fisipatologia a nová strategická terapeutika. (italsky) // Minerva Ginecologica. - 2014. - říjen ( roč. 66 , č. 5 ). - S. 497-512 .
  6. ↑ O. A. Gromova, I. Yu. Torshin, E. A. Garasko, Molekulární mechanismy destrukce bakteriálních filmů s topickou aplikací kyseliny askorbové  (nepřístupný odkaz) , Gynekologie , 12 (6), 2010, S. 12
  7. ↑ Donges GG, Vereecken A, Bosmans E, Dekeers-maeker A, Salembier G, Spitz B. Definice typu abnormální vaginální flóry, která se liší od bakteriální vaginózy: aerobní vaginity. (anglicky)  // BJOG. — 2002.
  8. ↑ Fagalas ME, Velakoulis S, Iavazzo C, Athanasiou S. Infekce související se sítí po operaci prolapsu pánevních orgánů. (anglicky)  // European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology. - 2007. - č. 134 . - S. 147-156 .
  9. ↑ Tenke P Köves B, Nagy K, Hultgren SJ, Mendling W, WulltB et al. Aktualizace biofilmových infekcí v močovém traktu  //  World Journal of Urology. - 2012. - č. 30 . - S. 51-57 .
  10. ↑ Atassi F, Servin AL. Individuální a kooperativní role kyseliny mléčné a peroxidu vodíku při zabíjení střevního kmene Lactobacillus Jonsonii NCC933 a vaginálního kmene Lactobacillus gasseri KS120.1 proti střevním, uropatogenním a patogenům spojeným s vaginózou // FEMS Microbiology Letters. — 2010.
  11. ↑ Justice SS, Hung C, Theriot JA, Fletcher DA, Anderson GG, Footer MJ et al. Diferenciace a vývojové dráhy uropatogenní Escherichia coli v patogenezi močových cest // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2004. - č. 101 . - S. 1333-1338 .
  12. ↑ Naves P, Del Prado G, Huelves L, Rodriguez-Cerrato V, Ruiz V, Ponte MC a kol. Účinky lidského siérového albumia, ibuprofenu a N-acetil-L-cysteinu proti tvorbě biofilmu patogenními kmeny Escherichia coli // Journal of Hospital Infection. - 2010. - č. 76 . - S. 165-170 .
  13. ↑ Berry RE, Klumpp DJ, Schaeffer AJ. Uroteliální kultury podporují tvorbu intracelulárního bakteriálního společenství uropatogenní E.coli  // Infekce a imunita. - 2009. - č. 77 . - S. 2762-2772 .
  14. ↑ Anderson GG, Palermo JJ. Intracelulární bakteriální biofilmové lusky při infekcích močových cest  (anglicky)  // Science : vědecký časopis. - 2003. - č. 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 Archived 1. března 2010 ve Wayback Machine , PLoS ONE , 5 (2) , 2010, e9321
  16. ↑ Marchiori D, Zanello PP Účinnost N-acetylcysteinu, D-manózy a Morinda citrifolia k léčbě recidivující cystitidy při přežití rakoviny prsu  //  In vivo. - 2017. - Září-říjen ( č. 31 ). - S. 931-936 . Archivováno z originálu 23. července 2018.
  17. ↑ Marchese A, Bozzolasco M, Gualco L, Debbia EA, Schito GC, Schito AM. Účinek fosfomycinu samotného a v kombinaci s n-acetylcysteinem na biofilmy E. coli. (anglicky)  // International Journal of Antimicrobial Agents: lékařský časopis. - 2003. - T. 22 . - S. 95-100 .

Literatura

  • GCL Wong, GA O'Toole, Všichni společně nyní: Integrace výzkumu biofilmu napříč obory , Bulletin MRS , 36 , 2011, str. 339-342
  • JC Pommerville, Alcamo's Fundamentals of Microbiology , ed. 9, Jones & Bartlett Learning, 2010. ISBN 0-7637-6258-X
  • M. Magot, Petroleum microbiology , ASM Press, 2005. ISBN 1-55581-327-5

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Struktura bakteriální buňky
Buněčná stěna
vnější schránka
Formulář