Biofilme bacteriene

8
&^:A l, Micas Capacitatea de aderenta a bacteriilor si de formare de biofilme pe diferite substraturi semnificatie medicala, ecologica si industriara/biotehnologica Notiunea de aderenta in biologie constituie un concept de o importanta fundamentala, mecanismele de fixare fiind o etapa prealabila necesara majoritatii proceselor biologice, atdt fiziologice c6t si patologice. Dupa lucrarile de pionierat de la inceputul secolului al Xx-lea asupra aderentei microbiene, referitoare la mediul marin unde suprafetele constituie adesea singurele situsuri in care concentratiile de nutrienti sunt adecvate cresterii microbiene, s-a conturat apoi ideea ca adeziunea este si un important factor determinant al colonizarii unor situsuri specifice la plante si animale si in special, o etapa timpurie cruciala in procesul infectios, fiind o preconditie a colonizarii organismelor pirazitate. Jusiificat de importanta medicala a fenomenului in patogeneza bolilor infectioase, aderenta a fost mult studiata la bacteriile patogene, la care este considerata un factor de virulenta. Mai mult, infectiile in care agentii cauzali cresc in biofilme sunt profund diferite de infectiile cauzate de bacterii libere, datorita etolo"giei lor, timpului de generatie diferit, sensibilitatii diferite la agenti antimicrobieni, ceea ce le face dificil de tratat. Adeziunea bacteriana este implicata nu doar in interactiunile dintre microorganisme si macroorganisme, ci si in cele dintre microorganisme si dintre acestea si substraturi inerte din punct de vedere nutritional, cum sunt cele utilizate in medicina ca dispozitive protetice (diferite tipuri de ,ond", catetere, proteze s.a.). Mecanismul si etapele procesului de aderen{I bacteriani ZoBell gi Allen in 1935, apoi Marshall qi colab. (1971) au distins doudfazein atagarea bacteriilor marine la suprafeJele de sticld. Prima fazi - reversibill qi consia intr-o asociere slabd in care bacteriile erau menfinute in vecindtatea suprafefei prin forle slabe London - van der Waals. A doua fazd - ireversibili, era dependentd de timp 9i implica sinteza de cdtre bacterii a unor fibrile extracelulare polimerice pentru a lega cele doud suprafeJe gi astfel, a invinge forfa repulsiei electrostatice (fig. I ). - Adeziunea specificd a anumitor microorganisme la unu-it. suprafete implicd gi interacfiuni intre molecule complementare de pe suprafelele microorganismelor qi zuprafelele de ataqare. Adeziunea bacteriilor la celulele animale se realizeazi,prin acest mJcanism. Bacieriile por"Oa pe suprafala lor molecule de- legare (adezine), care sunt capabile sd interaclioneze stereospecific iu ,r"uptorii de pe membranele celulelor gazdd?ntr'o manierd similard interacliunilor antigen - anticorp sau lectini vegetale - glucide. C6nd aceasta interactiune este realizatd, ataSareaeste virtual ireversibild in condilii fiziologicJ(Beachiy, 19g0): Fig' l. Ataqar.u,.:11:lo.rbacteriene prin intermediul adezinelor specifice (,-) la receptori complementari (r) de pe membrana celulei-gazda. invingerea repulsiei electrostatice dintre zuprafe{ele celor aoJ cefufe incrrcate negativ este posibil[ prin atragerea moleculelor hidrofobe ( r ) de pe suprafala bacteriilor, de cdtre molecule hidrofbbe ale fosfolipidelor membranare (O). Dupd van Loosdrecht (1990, citat de Zarnea, lgg4), fenomenele de aderenld bacteriand gi de formare de biofilme decurg in patru etape:

description

Curs microbiologie

Transcript of Biofilme bacteriene

&^:A l,Micas

Capacitatea de aderenta a bacteriilor

si de formare de biofilme pe diferite substraturisemnificatie medicala, ecologica si industriara/biotehnologica

Notiunea de aderenta in biologie constituie un concept de o importanta fundamentala, mecanismelede fixare fiind o etapa prealabila necesara majoritatii proceselor biologice, atdt fiziologice c6t si patologice.

Dupa lucrarile de pionierat de la inceputul secolului al Xx-lea asupra aderentei microbiene,referitoare la mediul marin unde suprafetele constituie adesea singurele situsuri in care concentratiile denutrienti sunt adecvate cresterii microbiene, s-a conturat apoi ideea ca adeziunea este si un important factordeterminant al colonizarii unor situsuri specifice la plante si animale si in special, o etapa timpurie crucialain procesul infectios, fiind o preconditie a colonizarii organismelor pirazitate. Jusiificat de importantamedicala a fenomenului in patogeneza bolilor infectioase, aderenta a fost mult studiata la bacteriilepatogene, la care este considerata un factor de virulenta. Mai mult, infectiile in care agentii cauzali cresc inbiofilme sunt profund diferite de infectiile cauzate de bacterii libere, datorita etolo"giei lor, timpului degeneratie diferit, sensibilitatii diferite la agenti antimicrobieni, ceea ce le face dificil de tratat. Adeziuneabacteriana este implicata nu doar in interactiunile dintre microorganisme si macroorganisme, ci si in celedintre microorganisme si dintre acestea si substraturi inerte din punct de vedere nutritional, cum sunt celeutilizate in medicina ca dispozitive protetice (diferite tipuri de ,ond", catetere, proteze s.a.).

Mecanismul si etapele procesului de aderen{I bacterianiZoBell gi Allen in 1935, apoi Marshall qi colab. (1971) au distins doudfazein atagarea bacteriilor

marine la suprafeJele de sticld. Prima fazi - reversibill qi consia intr-o asociere slabd in care bacteriile eraumenfinute in vecindtatea suprafefei prin forle slabe London - van der Waals. A doua fazd - ireversibili, eradependentd de timp 9i implica sinteza de cdtre bacterii a unor fibrile extracelulare polimerice pentru a legacele doud suprafeJe gi astfel, a invinge forfa repulsiei electrostatice (fig. I ).

- Adeziunea specificd a anumitor microorganisme la unu-it. suprafete implicd gi interacfiuni intremolecule complementare de pe suprafelele microorganismelor qi zuprafelele de ataqare. Adeziuneabacteriilor la celulele animale se realizeazi,prin acest mJcanism. Bacieriile por"Oa pe suprafala lor moleculede- legare (adezine), care sunt capabile sd interaclioneze stereospecific iu ,r"uptorii de pe membranelecelulelor gazdd?ntr'o manierd similard interacliunilor antigen - anticorp sau lectini vegetale - glucide. C6ndaceasta interactiune este realizatd, ataSareaeste virtual ireversibild in condilii fiziologicJ(Beachiy, 19g0):

Fig' l. Ataqar.u,.:11:lo.rbacteriene prin intermediul adezinelor specifice (,-) la receptori complementari (r) de pemembrana celulei-gazda. invingerea repulsiei electrostatice dintre zuprafe{ele celor aoJ cefufe incrrcate negativ esteposibil[ prin atragerea moleculelor hidrofobe ( r ) de pe suprafala bacteriilor, de cdtre molecule hidrofbbe alefosfolipidelor membranare (O).

Dupd van Loosdrecht (1990, citat de Zarnea, lgg4), fenomenele de aderenld bacteriand gi de formarede biofilme decurg in patru etape:

1. Etapa de transport, respectiv de deplasare a microorganismelor din mediu la suprafalasubstratului care, la r6ndul sdu, se poate realiza prin trei mecanisme diferite: a) deplasarea prin dtfuziune -consecin!5 a migcdrii browniene a celulelor, fiind prezentd in condilii de mediu liniqtit, ca gi in cursulproceselor de sedimentare; b) deplasarea prin curenli de conveclie, asociatd cu circulalia lichidului in caresunt suspendate bacteriile; c) miscarea activd, cea mai rapidd, poate determina fie contacte intAmpldtoare, fieorientate chemotactic catre nutrientii sedimentati pe diverse suprafete (film conditionant).

2. Etapa de adeziune ini{iali este reversibilS, in sensul unei depuneri pe suprafala-suport, cumenlinerea in continuare a miqcdrii browniene qi flagelare gi cu posibilitatea de indepdrtare, fie prin proprialor mobilitate, fie prin agitare uqoarS.

3. Etapa de legare ireversibill sau permanentd se caracterizeazd, prin incetarea migcdrii brownieneqi prin posibilitatea indepdrtdrii bacteriilor aderente numai sub acliunea unor forle putemice de agitare. Ea serealizeazA la distanle foarte mici de peretele celular qi numai cdnd interacliunile de la distanld sunt dominatede fo4ele atractive. Adeziunea este favorizatd de prezenla polizaharidelor extracelulare gi a glicoproteinelorpreformate sau sintetizate de novo pe suprafala celulelor care ader6. Adeziunea este favorizatd de prezenlaunor apendici filamentosi (fimbrii, pili, flageli) denumiti generic adezine care interaclioneazd cu receptoriicomplementari (Ofek qi colab., 1994).

4. Etapa de colonizare. Dupd legarea fermd, bacteriile incep sd creascd pi sd se inmulfeascd rapid.Celulele legate ireversibil de substrat, dar nu qi intre ele, formeazd un monostrat continuu care acoperd toatisuprafaJa substratului, iar cele legate qi de substrat gi intre ele formeazd microcolonii gi biofilme (fig.2).Ulterior, biofilmele devin pluristratificate gi pot fi colonizate qi de alte specii incapabile singure decolonizarea suprafelelor strdine, care contribuie la organizarea mai complexd a biofilmului. Se adaugduneori, cantitdli mari de polimeri specifici, cu structurd reticulatd sau fibrilard, care ancoreazd suplimentarbiofilmul. Cdnd biofilmul devine suficient de gros, straturile profunde devin anoxice gi conlin preponderentspecii anaerobe. Treptat, celulele bazale sunt infometate qi pot sd moard sau sd se lizeze. Aceste fenomene(anoxia, moartea celulelor) la care se adaugd gi producereade gaze, pot destabiliza biofilmul, determin6nddetagarea qi desprinderea lui de pe suprafefele solide. Creqterea poate fi reluatd, avAnd un caracter ciclic.

**i*Slxr8*iilxe*.i Micr(}t$l$xii

i xffit*.,,,".rm-J

*,*,r*i*&W*4

----,.-_------------..... l

Fig. 2. Reprezentarea schematic6 a etapelor succesive ale colonizdrii suprafe{elor de cdtremicroorganisme (dupd van Loosdrecht qi colab., 1990, citali de Zane4 1994).

Studiul microorganismelor aderente la suprafefe a relevat anumite particularitdli ale activitdliiacestora; astfel, s-a demonstrat cd bacteriile aderente prezintd o creqtere mai intensd gi o vitezd metabolicdmai mare, comparativ cu cea a celulelor aflate in suspensie.

T

d

x$..&Rtl

Gruparea microorganismelor in microcoloniiprezenla exopolizaharidelor se asigurd menlinereaprotozoare, bacteriofagi, ca gi fald de desicalie.

Adezinele bacteriene

8;lC]]iRlI

aderente stimuleazd schimburile respiratorii,unui pH apropiat de cel optim $i proteclia

rar prmfald de

In ultimii ani a devenit evident ca aderenta c6torva celule bacteriene si formarea consecutiva demicrocolonii reprezinta o etapa esentiala in evolutia anumitor infectii.Capacitatea de aderenta la suprafata celulei gazdafiind o preconditie a proceselor de colonizare siinvazie microbian4 ca si etapa initiala a unei infectii, microorganismele patogene, ca o consecinta acoevolutiei gazda - parazit, au dezvoltat o diversitate de structuri care mediaza aderenta la tesuturile gazda.Au fost descrise si caracterizate mai multe tipuri de adezine, diferite ca arhitectura moilculara,

specificitate de legare, proprietati serologice si determinism genetic. S-a demonstrat ca unele bacteriipatogene au chiar mai multe tipuri de adezine, care pot fi reglate de conditiile de mediq inclusiv de celeoferite de gazda.

- Structuri extraparietale: capsula si glicocalixul - component parietale: acizii teichoici- pilii si fimbriile _ LpS- flagelii - stratul S

Aceleasi structuri extraparietale mediazaaderenta bacteriilor, a microorganismelor ingeneral si la suprafete inerte, inclusiv in mediul natural.

Receptori de adezine

S-a observat ca sensibilitatea omului si a animalelor la tulpini entero- si uropatogene de E coli estecorelata cu un numar mare de receptori specifici de pe -.rnbrunu epitetiitor'respective. Rezultatelecercetarilor au dovedit ca procesele de adeziune si invazie necesita interactiunea specihca dintre adezineleagentilor infectiosi si tinta lor, respectiv receptorii specifici de pe suprafata celulelor sensibile.

Reactia adezine / receptori estebazata pJcomplementarifate stereochimica. Este general acceptatfaptul ca celulele se recunosc una pe cealalta prin perechi de structuri complementare de pe suprafata lor: ostructura de pe o celula poarta informatie biologica codificat4 pe care structura de pe cealalta celula o pout"descifra (fig. 3).

${fsi:

Fig. 3. Receptorii membranari ai celulelor Ek (Gp, GL) servesc ca puncte deatasare pentru alte celule, bacterii, virusuri, toxine s.a.

Biofilmele microbiene

Biofilm : o comunitate microbiand sesild compusd din celule care sunt in mod ireversibil atagate laun substrat, la o interfald sau unele de altele, care sunt inglobate intr-o matrice de substanlepolimerice extracelulare produse de cdtre aceste celule gi care prezintd, un fenotip modificat, inprivinla ratei de cre$tere qi a transcrierii genelor (Donlan si Costerton ,2002).

Biofilme microbiene: comunitati mono- /multispecifice (consortii): expresia cea mai desucces si mai competitiva a genomului procariot (celule eficiente metabolic si bine protejate =rezistenta la stres);

REZISTENTA FENOTIPICA, COMPORTAMENTALA = TOLERANTA LA S. ANTIMICRArhitectura si proprietatile biofilmelor.De la primele observatii asupra procesului de aderenta bacteriana, urmate de recunoasterea

ubicuitatii bacteriilor aderate, s-au facut progrese in intelegerea fiziologiei microorganismelor sesilesi a devenit clar ca bacteriile crescute in biofilme rcpreziita o fazade irestere distincta, o forma dediferentiere primitiva a bacteriilor care sunt profund diferite de faza de crestere planctonica.Descoperirea cea mai importanta a ultimilor ani este aceea ca bacteriile aderente sunt fenotipicprofund diferite de bacteriile aflate in suspensie.

Relativ recent s-a descoperit ca aderenta determina modificarea exprimarii genelor(represie/derepresie), asa incdt celulele biofilmului sunt net diferite din punct de vedere fenotipic,de celulele libere in suspensie. Fiecare bacterie din biofilm traieste intr-o micronisa, inir-ocomunitate microbiana complexa similara unui tesut primitiv, format din celule inglobate intr-omatrice polizaharidica, cu o arhitectura complexa - sunt prezente structuri de tipul ioloanelor siciupercilor, scaldate de curenti (fig. 4), care beneficiaza de o <<homeostazie>>primitiva, <<unsistem circulator>> primitiv (prin ochiurile retelei matricei circula nutrienti si metaboliti; si ocooperare metabolica care fac ca fiecare din aceste celule sesile sa reactioneze la mediul sauspecial, asa incAt difera fundamental de o celula planctonica din aceeasi specie.

Fig. 4' Model conceptual al arhitecturii unui biofilm, bazat pe observatii de microscopie laser confocala cubaleiaj (CLSM).

Una din consecintele formarii biofilmelor cu implicatii medicale, este aceea camicroorganismele compenente sunt mult mai rezistente la substante antimicrobiene, ca si lamecanismele imunitare ale gazdei.

Ipotezele actuale privind cauzele acestei rezistente a celulelor din biofilme, numitarezistenta comportamentalao fenotipica sau, mai nou, toleranta, sunt urmatoarele:tr aderenla la substrat pi agregarea bacteriilor intre ele, prin exopolimerii secretali care prolejeazd celulele;

aceastd ipotezd, formulatd adesea in trecut, conform cdreia structura mucoidd ar constitui o barierd dedifuzie fald de moleculele antimicrobiene, este respinsd azi de cdtre unii autori;

D enzimele degradative, fie in concentralii mari, fie printr-o activitate concertatS, sinergicd a celorprovenind de la specii diferite ale biofilmului;

tr implantarea gi dezvoltarea unui biofilm incepdnd cu adeziunea celulelor sunt procese programate decdtre genomul bacteriilor care se ftxeazd la substrat, o mare parte din gene (40 - 60%) fiind implicate inaceastd noud programue (bazata pe comunicarea intercelulara mediata de molecule de semnalizare):activnelrepresie (ceea ce ar putea permite crearea de noi instrumente moleculare pentru a luptaimpotriva bi ofi lmelor nedorite) ;

- de ex., s-a demonstrat pe E. coli la celulele imobilizate intr-un gel de agar (simulare a unui biofilm)o subexprimare a genelor pentru sinteza a porinei Omp F, ceea ce ar explica rezistenla laantibiotice, pentru cd majoritatea antibioticelor hidrofile trebuie si treacd prin aceastd porind pentru apenetra in spaliul periplasmic;

- activarea genelor ce codifica factorii de virulenta, la bacteriile patogene sau a structurilor adaptativein general, la bacteriile din mediul natural;

tr in structura biofilmului - celule cu rate de crestere diferite, inclusiv celule dormante sau persistente,latente metabolic, ce nu pot fi distruse de un antibiotic, eficient pe celule in suspensie (testate prinmetoda standard); aceste celule supravietuitoare vor reface biofilmul dupa un timp si vor determina orecidiva a infectiei si cronicizarea acesteia;

tr mutatiile - frecventa acestora este crescuta in prezenta factorilor de stres si au rol adaptativ (Costerton,2007);

Moleculele de semnalizare intercelulara sunt molecule cu g.m. mica, denumite genericautoinductori (AI): peptide la bacteriile Gram pozitive si homoserin - lactone (HSL) la bacteriileGram negative; molecule de AI-2, prezente la ambele tipuri de bacterii. La densitdli populalionalesuficiente, aceste molecule semnal ating concentraliile necesare pentru activarea genelor. Acest tipde reglare a genelor a fost denumit mecanism de quorum sensing and response (: rispuns laatingerea unei anumite densitSli celulare), pe scurt mecanism de quorum sensing (gS).Semnalizarea intercelulara este implicata in reglarea exprimarii genelor si dezvoltarea de biofilme.Inhibarea acestor semnale intercelulare ar putea fi util6 in tratarea eficientd a infecfiilor determinatede biofilme (Davies gi colab., 1998), de aceea se cercetarile in acest domeniu au ca scop in prezentdepistarea si testarea unor produsi naturali sau sintetici denumiti "inhibitori de QS".

Semnificatia medicala a biofilmelor microbiene.Capacitatea bacteriilor de a adera impiedica indepartarea lor prin mecanisme fizice si

fiziologice care constituie prima linie de aparare a organismului, cum ar fi: fluxul diferitelorsecretii, tuse, mobilitatea foarte activa a cililor, peristaltism etc., asigur0nd colonizarea anumitorsitusuri din organism, multiplicarea, sinteza toxinelor si evolutia procesului infectios (fig. 5).

Bacteriile adera in general de epiteliile mucoaselor, dar si de celule epiteliale cheratinizate,endotelii, oase, dinti etc. In unele cazuri, acest fenomen se manifesta cu un grad important de

selectivitate, in altele este total nespecific. Pe l6nga rolul esential in declansarea procesuluiinfectios, aderenta reprezinta si un avantaj ecologic important pentru bacteriile patogene(posibilitatea de acces la nutrienti, temperatura favorabila, protectie fata de lizozim, fagocite,anticorpi etc.).

ffi.#S",-*l +a,aeticot{'tin€NT{JL Sdl{$Ut}tcon(ruM$.Yn$c$AlrlA(gfxeerTl[t{crt'0rLRlt{AtuQilMM&{S?ALTI$MStslsTltsr.n*.inTUSr

ilttltY?V

** t$9An[

*rtf{tiR:t

iltlttftiAf&a'tillF}itl*: niSDs

+il*tilic{,!.*i..{ lll:t:$,r.,*.i

'\{,{:$U}&'!X{!,\ l*i.*StY-{Yi

Fig. 5. Schema reprezentdnd efectele mecanismelor rezistentei naturale a organismului asupra aderentei bacteriilor lasuprafetele mucoase, care constituie principala poarta de intrare a agentilor patogeni in organism. pentru a adera,a prolifera si a coloniza un anumit situs, agentul patogen trebuie sa invinga numEroasele riecanisme de aparareactive la nivelul suprafetelor (tegumente si mucoase).

_ Un factor agravant al infectiei, dar cu valoare adaptativa pentru bacterii este capacitatea fimbriilorde a suferi variatii de faza. Acesta explica pe de o parte, heterogenitatea tulpinilor de E. coli din caileurinare si capacitatea lor de a adera la diferite niveluri ale cailor u.ina.", iar pe de altapartecapacitatea de aevita actiunea anticorpilor, cu specificitate fata de adezinele exprimate intr-i fazaanterioara. Acest fenomenal variatiei antigenice reprezinta un mecanism prin care anumite specii de bacterii patogene sintetizpazasuccesiv un numar mare de variante diferite ale moleculelor sau struiturilor de suprafata, pentru a scapa deapararea imunitara a organismului gazda.

Succesul oricirui patogen depinde de capacitatea sa de a "simti" mediul sdu qi ca r6spuns, sd-gi moduleze expresia acelor gene necesare pentru stabilirea in noua nigd. Capacitatea bacteriilorpatogene de a supravielui in diferite medii improprii reliefeazd importanfa infeligerii de cdtre om areglSrii genelor care codificd factorii de virulenld, ca qi a identificdrii semnalelor din mediuimplicate. Astfel, la bacteria Pseudomonas aeruginosa (prezentii in diferite medii: sol, ape, dar gi pefesuturi arse, in plamdnii pacien{ilor cu infeclii pulmonare acute, ca qi in infecliile cronice'lapacienlii cu fibrozd chisticd) a fost descris un mecanism reglator al exprimdrii genelor, cunoscut caautoinduclie sau mecanism de <<quorum sensing>. S-a dovedit cA acesi mecanism este utilizat gi dealfi agenli patogeni ai plantelor qi animalelor, fiind aproape ubicuitar la bacterii. Acest sistempermite unei populalii bacteriene sd-gi monitorizeze densitatea, cu scopul de a permite inilierea unorprocese dependente de densitate. in al doilea r6nd, capacitatea bacteriilor de u np".."p.o densitateapopula{iei bacteriene gi de a rdspunde in funcfie de aceasta, denumitl mecanisrnd

" q)oru* sensing

(QS) and response, poate acfiona pentru a asigura la un moment dat producerea unoi factori menifsd contracareze efectorii imunitari ai gazdei. Probabil cd, dacd, celule de P. aeruginosa ar fr i'norganismul gazdd in numdr mic qi ar inilia sinteza factorilor de virulenfd de la inceput, acegtia ardeclanga rdspunsul imun al gazdei, qi date fiind densitatea celulard micd qi,'propo4ional,concentrafia micd a produgilor de virulenfd, infeclia ar fi ugor eliminat[. D1n lonird,' dacdproducerea factorilor care declanqeazd rdspunsul imun este ini{iatd cdnd densitatea celulard estemare, procesul infeclios poate avea mai multe ganse de a evolua.

Aderenta si formarea de biofilme pe diferite substraturi confera celulelor rezistenta la:- mecanisme de aparare ale gazdei

- nespecifice: mecanisme de clearance,lizozim, fagociteex. corpul uman are mecanisme de apdrare gi deseori se rezolvd problema introducerii unui numlr

mare de bacterii libere (106celule) ?n organele sterile (inim5, pldm6n, periloneu), mult mai dti* (10)--celule sesile potcavzainfeclii persistente in aceleaqi organe.

- specifice: anticorpi (cu titru de 1000x >)- substante antimicrobiene: antibiotice, antiseptice, dezinfectante.

Fenomenul de adeziune prin intermediul glicocalixului a trezit mult interes pentru cercetarile demicrobiologie orala. De exemplu, dupa ce diferite specii de streptococi colonizeaza iif".it" suprafete alecavitatii bucale (limba, dintii), polizaharidele excretate intaresc adeziunea, conducdnd la aparitia placiidentare (factor etiologic al cariogenezei si periodontitei : infectie polimicrobiana).

l'im?ire rirrmoil._J 1 il\\=r,:,*--*J

Sp.clirolonizator*

t|rdiye

It

IlI

wetr$losixloare

pracoe

I

1

t

I "'PRAFATA

DpNTARA it. .-.-."

Fig. 5. Reprezentarea schematica a bacteriilor care interactio\eazacupelicula care acopera smaltul dentar,compusa din mucine si alte mcromolecule salivare adsorbite la smaltul mineral. Bacteriile posedaliganzi lectinJike care se pot lega de anumite tipuri de molecule de mucine din pelicula salivara ldupaKolebrander gi colab., 1993, citali de Mouton qi colab., 1999).

O specie colonizatoare timpurie a suprafetei dintelui este Streptococcus gordonii (speciile genuluiStreptococcas constituie in jur de 85%o dintre speciile-pionier dintri bacteriilJ cultivabile, preze'nte pesuprafetele dentare la patru ore dupa profilaxia cu antibiotice), un component comun al placii supiagingivaie:atasarea initiala, ca si in cazul altor specii, presupune interactiuni ipecifice intre adezinele

-bacteriene si

componente salivare adsorbite. Cresterea numarului bacteriilor si colonizarea consecutiva este dependenta deacumularea glucanului, sintetizat din fructoza, in prezenta enzimelor produse de specia Sieptococcusmutans. Aceasta specie bacteriana este capabila de a sintetiza glucani insolubili, care favoizeaza colonizareasuprafetei dintelui si aderararea altor celule din specii diferite, prin fenomenul de coagregare.

In timp ce bacteriile libere care cauzeMa infectii bacteriene acute diseminate sunt uzual controlate dedozele conventionale de antibiotice, bacteriile din biofilme determina infectii cronice rezistente la

tsp&iipionicr

t

filn-la-'1.,6&-4,

PELICULA S,XOCONA

antibioterapie. Semnificatia medicala a acestui proces este legata in special de utilizarea in medicina, indiferite scopuri, a biopolimerilor, a caror suprafata poate fi colonizata de bacterii, generatoare a unor infectiiasociate utllizarii materialelor protetice. Daca bacteriile din biofilmele formate au capacitatea de a persista,

agregate mari de celule prinse intr-o matrice de glicocalix se pot detasa, realizand diseminarea infectiei.Procesul de aderenta are efecte care pot fi traduse prin persistenta bacteriilor pe dispozitivele

medicale, ca si pe tevile de apa contaminate cu bacterii, chiar atunci cAnd sangele si apa contin suficiente

antibiotice, respectiv clor pentru a omori micropopulatia de celule aflate in stare libera. Apar probleme

majore in contextul sanatatii publice, care privesc distributia apei potabile prin conducte pe care se formeaza

biofilme de enterobacterii care ellbereaza periodic celule, recontamin6nd apa si sistemele de distributie. Insistemele de distributie a apei, in special in statiile hidrotermice unde apa nu este clorinata si unde se

formeazaaerosoli inhalabili (sisteme de aer conditionat, dusuri cu apa fierbinte) poate fi prezenta in biofilmesi bacteria Legionella pneumophila, agentul patogen al "bolii legionarilor", dotat cu o mare capacitate de

aderenta la metale si considerat factor de biohazard infections. De asemenea, suprafetele liniilor de

producere si ambalare a alimentelor sunt contaminate de biofilme dificil de eliminat, ce pot constitui

rezervoare de bacterii potential patogene (enterobactetii, Listeria sp).

Infec{ii umane care implicl formarea de biofilme:a) pe {esuturi - endocardita valvularS, otita medie, infectii

prostatita bacteriand cronicd, periodontit4 osteomielita;pulmonare la bolnavii cu fibroza chisticd,

b) pe dispozitive medicale, cum ar fi valvele cardiace artificialevenoase, cateterele urinare, lentilele de contact, dispozitive intrauterine,

(protetice), cateterele centralepace-maker cardiac, dantura

arlificiala, diferite implanturi etc.

Cdnd biofilmele din infectiile cronice s-au dezvoltat, terapia trebuie sa se bazeze pe doze de

antibiotice necesare omorArii bacteriilor din biofilme si nu pe cele care pot ucide celulele libere, determinateprin testele standard de testare a sensibilitatii bacteriene la antibiotice. Toate antibioticele de pe piata au fost

testate si selectate pentru abilitatea lor de a ucide bacteriile planctonice. Industria farmaceutica este

preocupata in prezent de programele de dezvoltare a agentilor de penetrare a biofilmelor prin studiul acestora

in relatie cu substratul lor natural, sub forma de celule aderate sau biofilme (modele experimentale adecvate)

si intr-un mediu asemanator celui natural.

Metode de combatere a biofilmelor:- noi agenti de penetrare a biofilmelor - retestarea antib.pe modele adecvate, cu celule aderate si in mediu -cu cel natural (in functie de noul parametru - conc. minima de eradicare a biofilmelor: C.M.E.B.);- combinatii noi, sinergice de antibiotice;- vaccinuri noi: antiadezine sau cu corpi bacterieni cu fenotip adeziv;- inhibitori de QS, naturali (produsi algali- furanone halogenate sau vegetali - expresie a relatiilorinterspecifice din ecosisteme) sau sintetici, care nu constituie un factor de presiune selectiva si de inducere a

rezistentei (asa cum sunt antibioticele);- alte altemative ecologice (probiotice, prebiotice, bacteriofagi etc.);f. importanta: prevenirea!Din punct de vedere metabolic, celulele aderate si incluse in biofilme sunt cele mai eficiente,acest fapt fiind important din doua puncte de vedere:

- Ecologic - biodegradarea substantelor organice greu biodegradabile si chiar xenobioticede catre biofilme multispecifice, ce elimina in mediu enzime diferite, cu efect sinergic;Bacteriile aderate de substraturi sunt avantapte qi de func{ia glicocalixului care, ac{ionAnd ca o

raqind schimbdtoare de ioni, captureazd, gi elibereazi la nevoie moleculele care pot fi utilizate inmetabolism. De asemenea, microfibrilele adsorb nutrienfi, in special in mediile sdrace, crescdnd

randamentul de utilizare. Degi sinteza lor implicd consum de energie, acesta este compensat prin' capacitatea 1or de a mdri ritmul de cregtere qi multiplicare, care constituie insdgi strategia de

supravieluire a bacteriilor in mediile naturale, care cel mai adesea nu oferd condilii optime.

- Biotehnologic - celulele imobilizate au randamentul cel mai mare de producere a

reactiilor de biosinteza sau de catabolism, pentru producerea unor substante de interes.