Biofilm
Skład zwany także błoną biologiczną,złożona wielokomórkowa struktura bakterii otoczona warstwą substancji organicznych i nieorganicznych, Biofilm 70-90 % woda Polisacharydy Białka, kwasy nukleinowe, lipidy.
Skladniki biofilmu
Charakterystyka biofilmu Adhezja- EPS(Extracellular polymeric substances) Wytworzone polimery nasilaja adhezje i doprowadzaja do tworzenia agregatów bakterii (adhezja moze byc zatrzymana np. mutanty genu sad Pseudomonas Fluorescens traca zdolnosc adhezji brak bialka Clp) Na wilgotnym srodowisku opornosci na temperature, srodki dezynfekcyjne i przeciwbakteryjne, surfaktanty Tworzy różne formy (płaski, model grzyba, kolumnowy) Quorum sensing Ulatwiony transfer genow Monogatunkowe ale czesciej poligatunkowe biofilmy
Funkcje EPS
Co warunkuje opornosc? Polisacharyd o ladunku negatywnym wiaze dodatnio naladowane czasteczki antybiotyku np aminoglikozydy Slabsza dyfuzja Slabsze dzialanie H2O2 Synergistyczne dzialnie w wydalaniu antybiotykow rozne rodzaje pomp Komorki w wewnetrznych warstwach biofilmu moga byc w stanie anabiozy- nie dzialaja na nie antybiotyki
Powstawanie biofilmu Powstaje po kilku godzinach od adhezji (faza wzrostu logarytmicznego) Skład biofilmu zalezy od gatunku bakterii i od warunkow srodowiska (Gram + wytwarzają adhezyne PIA, zwiazki wiazace jony Ca i Mg Gram wytwarzają kwas alginowy, kwas guluronowy, charakter kationowy wielocukru) Przyklad: U bakteri Gram zmniejszona ekspresja genu algc (kodujacego kwas alginowy) powoduje zwiekszone prawdopodobienstwo oddzielenia się od struktury biofilmu
Scheme illustrating the complex signalling network governing biofilm expression in S. aureus based on current evidences 59, 73, 83, 121, 122, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 194, 195, 196, 197 and 198. β-toxin has been introduced in the illustration as it has recently been found to be implicated in the formation of nucleoprotein matrix [197], although its role needs further investigations [71]. The part of the control over the expression of the locus ica has been based on the work of Cerca et al. [121] and further implemented with the observations on the role of Spx on the modulation of icar by Pamp et al. [198].
Powstawanie biofilmu wydzielanie AmpC beta laktamazy komorki aktywne metabolicznie zielone
Powstawanie biofilmu 1etap-sily hydrodynamiczne, grawitacyjne, termodynamiczne 2 etap- stabilizowany przez fimbrie i pile 3 etap- EPS tworzy glikokaliks warunkując adhezje do sliskich powierzchnii i innych komórek 4 etap- zmiana fenotypu bakterii np. Kom. Traca zdolnosc produkcji falgelliny, zahamowanie metabolizmu kom we wnetrzu biofilmu 5 etap- niekorzystne warunki srodowiska powoduja degradacje EPS i uwolnienie bakterii ( dispersyna B jako srodek indukujacy dyspersje biofilmu S. epidermidis)
Dojrzala postac biofilmu Siec kanalow zbudowana z ramnolipidowzapewnie natlenienia wiekszej ilosci komorek w mikrokoloniach
Rozprzestrzenianie sie biofilmu
Choroby w ktorych wystepuje biofilm Yersinia, Salmonella, Escherichia, Campylobacter, Staphylococcus, Bacillus, Listeria Produkty spożywcze
Quorum sensing Złożony system komunikacji mikroorganizmów
QUORUM Kworum (z łac. quorum [praesentia sufficit] - których [obecność jest wystarczająca]) minimalna liczba członków zgromadzenia (parlamentu, stowarzyszenia, związku zawodowego), niezbędna do prowadzenia obrad lub powzięcia wiążących decyzji np. w przedmiocie wyborów, podjęcia uchwały.
Sygnalizacja zagęszczenia Quorum sensing Bakterie mogą się porozumiewać poprzez wytwarzanie sygnałów chemicznych, tzw. AUTOINDUKTORÓW oraz białek zdolnych do odbioru tych informacji tzn. receptorów. Autoinduktory są sygnalizatorami zagęszczenia komórek, czyli rodzaj i ilość induktora daje informację bakteriom ile osobników danego gatunku znajduje się w środowisku. ZLICZAJĄ SIĘ CZY JEST QUORUM
Mamy quorum! Osiągnięcie kworum, a więc określonego stężenia autoinduktora jest sygnałem do uruchomienia i utrzymania procesów istotnych dla populacji bakteryjnej. Sygnał chemiczny jest wytwarzany, wysyłany i odbierany przez komórkę własną i sąsiednie. Następuje indukcja ekspresji genów i odpowiedź metaboliczna, jednocześnie we wszystkich komórkach.
Odpowiedź na quorum Przez sygnał chemiczny regulowane są takie procesy jak: sporulacja, tworzenia biofilmu, różnicowanie komórek, biosynteza metabolitów wtórnych, przekazywanie plazmidów, produkcja enzymów i toksyn, bioluminescencji i in. Jest to inteligentny system komunikacji regulujący byt społeczności bakteryjnej
UWAGA!!! Zjawisko quorum sensing, może wydawać się być kluczowym powstawania i rozwoju infekcji, patogenezie chorób przewlekłych czy tworzeniem niebezpiecznych, charakteryzujących się wysokim stopniem antybiotykooporności biofilmów w placówkach lecznictwa zamkniętego.
Gram +/- Bakterie Gram + i Gram, ze względu na różnice w budowie ściany komórkowej, wykształciły inne mechanizmy przekazywania cząstek sygnałowych Gram ujemne za autoinduktory posiadają acetylowane cząsteczki homosyderyny, a Gram dodatnie specyficzne oligosacharydy.
Gram ujemne Zjawisko to stwierdzono między innymi u Pseudomonas aeruginosa, gdzie kontroluje ok. 4% genów. Głównie odpowiada za wytwarzanie czynników zjadliwości. Vibrio fischeri - bioluminescencja
Gram dodatnie U Streptococcus pneumoniae i Bacillus subtilis quorum sensing jest odpowiedzialne za nabywanie stanu kompetencji, czyli zdolności pobierania obcego DNA U Staphylococcus aureus odnaleziono współzależność działania zjawiska qs i wytwarzania zewnątrzkomórkowych czynników zjadliwości. Mamy 4 szczepy specyficzne autoinduktorowo, co może mieć znaczenie kliniczne!
Biofilm Biofilmy chorobotwórcze tworzone są przez jeden gatunek bakterii, co powoduję symbiozę lub konkurencję, zmierzającą do sukcesji danej mikroniszy. Mikroorganizmy wykorzystując zjawisko quorum sensing tworzą biofilmy, przyczyniając się do rozkładu toksycznych związków występujących w środowisku naturalnym.
Znaczenie kliniczne! Odkrycie tego zjawiska pozwoli w przyszłości zsyntetyzować związki chemiczne, które przyczynią się do hamowania zjawiska quorum sensing i opracowania skuteczniejszych, alternatywnych sposobów zwalczania zakażeń bakteryjnych
Pytania??? Na którym etapie hamować mechanizm qs? Wykorzystanie zjawiska w antybiotykoterapii? Qs a nabywanie oporności na antybiotyki?