Was sind Biofilme?

Biofilme können als Ansammlungen von mikrobiellen Zellen beschrieben werden, die in einer Matrix von Polysacchariden (stärkehaltige, zuckerähnliche Substanzen) enthalten sind.

Kredit: Kateryna Kon/. com

1684 erklärte der niederländische Wissenschaftler und Geschäftsmann Antonie van Leeuwenhoek in einem Bericht an die Royal Society of London, dass er Kolonien von Mikroorganismen in Zahnbelag beobachtet habe. Aufgrund dieser Beobachtung wurde ihm die Entdeckung von Biofilmen zugeschrieben.,

Da mikrobielle Zellen in einer Vielzahl von Umweltnischen vorhanden sind, sind Biofilme fast überall zu finden; von Drainagesystemen bis zur Lunge von Patienten mit Mukoviszidose. Mikroorganismen haben diesen Lebensstil so angepasst, dass sie sich vor Veränderungen in ihrer äußeren Umgebung schützen können, die ihre Existenz bedrohen.

Biofilmbildung

Bei Freischwimm-oder Planktonzellen bietet die Bildung von Biofilmen die Überlebenschance in feindlichen Umgebungen., Veränderungen der Genexpression aufgrund von Umweltstressoren führen dazu, dass planktonische Zellen durch Anhängsel wie Flagellen, Pili oder Lipopolysaccharide mit einer Oberfläche assoziiert werden.

Durch einen als Quorum Sensing bekannten Prozess können diese mikrobiellen Zellen miteinander kommunizieren und ihr Verhalten anpassen und koordinieren.

Die neu angebrachten mikrobiellen Zellen beschichten die Oberfläche mit einem Polysaccharid, das als extrazelluläre Polymersubstanz (EPS) bekannt ist., Die mikrobielle Gemeinschaft stützt sich kritisch auf EPS, da es sich wie ein molekularer Klebstoff verhält; So können sich die Bakterien sowohl irreversibel als auch an die Oberfläche binden.

Die Polysaccharidmatrix schützt Biofilme vor phagozytischen Zellen und versorgt die Organismen innerhalb des Biofilms mit Nährstoffen.

Sobald sich die Ausgangsschicht des Biofilms gebildet hat, durchlaufen die Mikroorganismen innerhalb des Biofilms eine Wachstumsperiode, in der mehr EPS-Schichten gebildet werden und die Gesamtzahl der mikrobiellen Zellen exponentiell zunimmt., Teile des Biofilms können durch einen Prozess, der als Biofilmdispersion bekannt ist, abrutschen, so dass sie neue Standorte besiedeln können.

Biofilme im klinischen Umfeld

Biofilme können in klinischen Umgebungen erhebliche Probleme verursachen, da sie resistente Plasmide übertragen und pathogene Mikroorganismen in ihrer dynamischen Gemeinschaft verbergen können.

Medizinische Geräte wie Herzschrittmacher und Katheter sind anfällig für die Bildung von Biofilmen auf den Oberflächen., Dies kann zu Infektionen im Zusammenhang mit dem Gesundheitswesen führen, die aufgrund der Natur von Biofilmen schwer mit antimikrobiellen Therapien zu behandeln sind.

Chronische Infektionen durch Biofilme sind Häufig. Bei Patienten mit Mukoviszidose (CF) sind bakterielle Infektionen die Hauptursache für Krankheit und Mortalität. Die gramnegativen Bakterien, Pseudomonas aeruginosa, ist der Hauptpathogen, der die Lunge von Patienten mit CF besiedelt.

Selbst mit Antibiotika können diese Bakterien in den Lungen dieser Patienten kontinuierlich Biofilmgemeinschaften bilden., Dies führt oft zu einer lebenslangen Behandlung.

Die Verwendung von silberbeschichteten Oberflächen in Medizinprodukten ist ein üblicher Ansatz, um die Bildung von Biofilmen auf Medizinprodukten zu verhindern. Das Silber in den Oberflächen der Geräte verzögert und reduziert die mikrobielle Besiedlung.

Quorum Sensing Inhibitoren können auch zur Verhinderung der Besiedlung von Biofilmen eingesetzt werden. Sie erhöhen die Anfälligkeit von Biofilmen für antimikrobielle Behandlungen und neuere Studien haben ihre Wirksamkeit bei der Störung von P. aeruginosa Biofilmen gezeigt.,

Die Kontrolle von Infektionen im Zusammenhang mit dem Gesundheitswesen ist eng mit der Reduzierung von Biofilmen im klinischen Umfeld verbunden. Obwohl es Methoden der Prävention gibt, bleibt die Störung von Biofilmen auf biotischen Oberflächen sowie der synthetischen Oberflächen von Medizinprodukten eine schwierige Aufgabe. Viele Fragen zum Überleben und zur Verbreitung von Biofilmen müssen noch beantwortet werden.,

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