Biofilm

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 25 februarie 2017; verificările necesită 30 de modificări .

Biofilm  - un set (conglomerat) de microorganisme situate pe orice suprafață, ale căror celule sunt atașate unele de altele. De obicei, celulele sunt scufundate în substanța polimerică extracelulară pe care o secretă ( matricea extracelulară ) - mucus . Dezvoltarea unui biofilm, și uneori a biofilmului în sine, este denumită și biofouling . Termenul de „biofilm” este definit în moduri diferite, dar în general se poate spune că un biofilm este o comunitate ( colonie ) de microorganisme care are o structură spațială și metabolică, situată la interfața dintre medii.și încorporat într-o matrice polimerică extracelulară. [1] De obicei, biofilmele se formează în contact cu lichidele în prezența substanțelor necesare creșterii. Suprafața de care este atașat biofilmul poate fi fie neînsuflețită (pietre), fie suprafața unui organism viu (pereți intestinali, dinți). Se crede că 95-99% din toate microorganismele din mediul natural există sub formă de biofilm. [unu]

Microorganismele formează un biofilm sub influența unui număr de factori, inclusiv recunoașterea celulară a locurilor de atașare la suprafață și prezența nutrienților sau a substanțelor agresive, oxigenul etc. În modul de formare a biofilmului, celula își schimbă comportamentul, care este determinat. prin reglarea expresiei genelor . [2]

Potrivit CDC (Centre pentru Controlul și Prevenirea Bolilor), Atlanta, până la 80% din infecțiile bacteriene care afectează oamenii în țările occidentale sunt cauzate de biofilmele polimicrobiene. Prin urmare, infecțiile uroginecologice recurente nu mai trebuie considerate ca infecții menținute de o singură tulpină patogenă, ci ca un sindrom polimicrobian caracterizat printr-o creștere semnificativă a încărcăturii bacteriene aerobe, anaerobe și fungice cu o posibilă tulpină patogenă dominantă. [3]

În anii 2000-2010, a devenit clar că biofilmele sunt extrem de răspândite în natură, iar studiul lor poate fi util în multe aplicații.

Uroginecologie

De exemplu, Escherichia coli , prezentă adesea în infecțiile uroginecologice, formează un biofilm în vezică sau vagin. Un astfel de biofilm poate conține microorganisme de rezervă intracelulare latente: ele alcătuiesc aproximativ 1% din elementele bacteriene, sunt complet rezistente la antibiotice și răspunsul imun al organismului, care este o caracteristică critică responsabilă pentru eșecul terapiei cu antibiotice în infecțiile recurente. Odată ce terapia antibiotică sau antifungică este finalizată, celulele persistente sunt rapid reactivate prin restabilirea încărcăturii bacteriene sau fungice preexistente care provoacă reapariția infecției. [patru]

Tratamentul cu antibiotice poate avea efect asupra bacteriilor din faza planctonă, care sunt eliberate de biofilm și provoacă exacerbări infecțioase, dar sunt incapabile să elimine comunitatea bacteriană stabilă conținută în acesta. Biofilmul care contine Escherichia coli , prezent atat in vezica urinara cat si in mediul vaginal, contine celule persistente care sunt complet rezistente la antibiotice si la sistemul imunitar, ducand la infectii cronice si recurente. Progresia și cronicitatea sunt mai rapide și episoadele de cistită apar mai des dacă biofilmul vaginal nu este tratat; [5]

Ginecologie

Vaginoza bacteriană este cel mai adesea cauzată de actinobacteriile Gardnerella vaginalis , iar prezența celulelor individuale G. vaginalis în cultură nu indică neapărat prezența vaginozei, iar detectarea unui film al acestui microorganism într -un frotiu dovedește în mod fiabil boala. [6]

Alte boli sustinute de biofilm: vaginita aeroba, vaginita candidoza, vaginita trichomonas.

Biofilmul se poate forma pe suprafețe inerte precum dispozitivele endouterine, inelele contraceptive, implanturile contraceptive, pesarele. [7] [8] [9] [10]

Urologie

Dacă agenții patogeni creează un biofilm în vezică, acesta poate provoca cistita cronică cu episoade acute de fiecare dată când biofilmul se sparge. [4] [11] Terapia cu antibiotice în acest caz este ineficientă. [12]

Biofilmele patogene tipice vezicii urinare sunt caracterizate prin tulpini uropatogenice de Escherichia coli (Uropathogenic Escherichia coli , UPEC) responsabile de 75-85% din cistita recurentă și biofilmul intracelular. [13]

În interiorul celulelor uroteliale, bacteriile organizează biofilme încorporate într-o matrice bogată de polizaharidă, înconjurată de o teacă protectoare de uroplakin, foarte aproape de suprafață; biofilmele creează umflături alungite. [paisprezece]

Stomatologie

Biofilme (în principal actinomicete , Tannerella forsythia , Fusobacterium nucleatum, spirochete , Sinergistete) sunt responsabili de formarea plăcii şi dezvoltarea gingivitei , cariilor , bolilor parodontale . [cincisprezece]

Eliminarea biofilmelor

Rezultatele experimentelor recente au confirmat, pe lângă acțiunea antioxidantă, eficacitatea N-acetilcisteinei ( NAC ) în distrugerea biofilmelor și reducerea numărului de forme vii de bacterii prezente în acestea.

N-acetilcisteina (NAC) previne formarea unui biofilm de către agenții patogeni. N-acetilcisteina (NAC) are un efect devastator asupra biofilmelor patogene, acționând direct asupra matricei polizaharidice. [16]

Prevenirea și eliminarea biofilmelor patogene.

Ingrediente active fără antibiotice eficiente în prevenirea și controlul biofilmelor: D-manoză , n - acetilcisteină (NAC), probiotice , lactoferină , morinda citrus . [5]

S-a demonstrat că n - acetilcisteina este capabilă să distrugă biofilmul, făcând bacteriile disponibile pentru d-manoză sau antibiotice . [17]

Industria alimentară

Departe de singurul exemplu de utilizare a biofilmului pentru gătit este kombucha .

Protecția mediului

Etapele dezvoltării biofilmului

Există cinci etape de dezvoltare a biofilmului:

  1. În primul rând, are loc atașarea primară a microorganismelor la suprafață ( aderență , sorbție ) din mediu (de obicei lichid). Această etapă este reversibilă.
  2. Atașarea finală (ireversibilă) , altfel numită fixare . În această etapă, microbii secretă polimeri extracelulari care asigură o aderență puternică.
  3. Maturarea (în literatura engleză - maturation-I). Celulele atașate la suprafață facilitează atașarea celulelor ulterioare, matricea extracelulară ține întreaga colonie împreună. Nutrienții se acumulează, celulele încep să se dividă.
  4. Creștere (în literatura engleză – maturare-II). S-a format un biofilm matur, iar acum își schimbă dimensiunea și forma. Matricea extracelulară servește la protejarea celulelor de amenințările externe.
  5. Dispersia (eliberarea bacteriilor): ca urmare a diviziunii, celulele individuale se desprind periodic din biofilm, care după un timp se pot atașa la suprafață și formează o nouă colonie.

Substanță polimerică extracelulară

Substanța polimerică extracelulară, numită și polimer extracelular sau matrice polimerică extracelulară (vezi Matrice extracelulară ) este un mucus secretat de microorganismele din biofilm și format din molecule polimerice : polizaharide extracelulare ( exopolizaharide ), ADN , proteine , inclusiv glicoproteine .

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 Yu. A. Nikolaev, V. K. Plakunov, Biofilm - un „oraș al microbilor” sau un analog al unui organism multicelular? , Microbiology , 76 (2), 2007, pp. 149-163 (Yu. A. Nikolaev, VK Plakunov, Biofilm — „orașul microbilor” sau un analog al organismelor multicelulare? Arhivat 13 iunie 2010 la Wayback Machine , Microbiology , 76 (2), 2007, p. 125-138)
  2. ↑ D. An, MR Parsek, The promise and peril of transcriptional profileing in biofilm community , Curr. Opinează. microbiol. , 10 (3), 2007, pp. 292-296
  3. ↑ Verstraelen H, Swidinski A. Biofilmul în vaginoza bacteriană: implicații pentru epidemiologie, diagnostic și tratament. (Engleză)  // Opinia curentă în bolile infecțioase: un jurnal medical. - 2013. - Nr 26 . - S. 86-89 .
  4. ↑ 1 2 Lewis K. Persister cells. // Revizuirea anuală a microbiologiei. - 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 strategie terapeutiche. (italiană) // Minerva Ginecologica. - 2014. - octombrie ( vol. 66 , nr. 5 ). - S. 497-512 .
  6. ↑ O. A. Gromova, I. Yu. Torshin, E. A. Garasko, Mecanismele moleculare de distrugere a filmelor bacteriene cu aplicarea topică a acidului ascorbic  (link inaccesibil) , Ginecologie , 12 (6), 2010, S. 12
  7. ↑ Donges GG, Vereecken A, Bosmans E, Dekeers-maeker A, Salembier G, Spitz B. Definiția unui tip de flore vaginală anormală care este distinctă de vaginoza bacteriană: vaginitele aerobe. (engleză)  // BJOG. — 2002.
  8. ↑ Fagalas ME, Velakoulis S, Iavazzo C, Athanasiou S. Mesh-related infecties after pelvic organ prolaps repair surgery. (Engleză)  // Jurnalul European de Obstetrică și Ginecologie și Biologie Reproductivă. - 2007. - Nr. 134 . - S. 147-156 .
  9. ↑ Tenke P Köves B, Nagy K, Hultgren SJ, Mendling W, WulltB și colab. Actualizare privind infecțiile cu biofilm în tractul urinar  //  Jurnalul Mondial de Urologie. - 2012. - Nr. 30 . - S. 51-57 .
  10. ↑ Atassi F, Servin AL. Rolurile individuale și de cooperare ale acidului lactic și peroxidului de hidrogen în activitatea de distrugere a tulpinii enterice Lactobacillus Jonsonii NCC933 și a tulpinii vaginale Lactobacillus gasseri KS120.1 împotriva agenților patogeni enterici, uropatogeni și asociați vaginozei // FEMS Microbiology Letters. — 2010.
  11. ↑ Justice SS, Hung C, Theriot JA, Fletcher DA, Anderson GG, Footer MJ și colab. Diferențierea și căile de dezvoltare ale Escherichia coli uropatogenă în patogeneza tractului urinar // 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. Efectele sierum albumiului uman, ibuprofenului și N-acetil-L-cisteinei împotriva formării biofilmului de către tulpinile patogene de Escherichia coli // Journal of Hospital Infection. - 2010. - Nr. 76 . - S. 165-170 .
  13. ↑ Berry RE, Klumpp DJ, Schaeffer AJ. Culturile uroteliale susțin formarea comunității bacteriene intracelulare prin E.coli uropatogenă  // Infecție și imunitate. - 2009. - Nr 77 . - S. 2762-2772 .
  14. ↑ Anderson GG, Palermo JJ. Biofilm bacterian intracelular – asemănător păstăilor în infecțiile tractului urinar  (engleză)  // Science : revista științifică. - 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 Arhivat la 1 martie 2010 la Wayback Machine , PLoS ONE , 5 (2) , 2010, e9321
  16. ↑ Marchiori D, Zanello PP Eficacitatea N-acetilcisteinei, D-manozei și Morinda citrifolia pentru a trata cistita recurentă în supraviețuirea cancerului de sân  //  In Vivo. - 2017. - Sept-Oct ( Nr. 31 ). - S. 931-936 . Arhivat din original pe 23 iulie 2018.
  17. ↑ Marchese A, Bozzolasco M, Gualco L, Debbia EA, Schito GC, Schito AM. Efectul fosfomicinei în monoterapie și în combinație cu n-acetilcisteină asupra biofilmelor de E. coli. (engleză)  // Jurnalul Internațional al agenților antimicrobieni: un jurnal medical. - 2003. - T. 22 . - S. 95-100 .

Literatură

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

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Structura unei celule bacteriene
Perete celular
înveliș exterior
Forma