Биофилм

Земята е планета на бактериите. Те са навсякъде: във водата, в почвата и във въздуха. Хората, животните и растенията също са тяхно местообитание. За да оцелеят, микроорганизмите, както и всички останали живи същества, трябва да се борят и адаптират. И те го правят блестящо.

Преди се смяташе, че единствената форма на съществуване на микроорганизмите са единичните, свободно плаващи клетки. В края на ХХ век, благодарение на прилагането на нови изследователски методи (електронна микроскопия), беше установено, че по-голямата част от микроорганизмите (повече от 90 %) не съществуват изолирано, а под формата на организирани общности, които бяха наречени биофилми. Образуването на биофилми е наблюдавано при повечето бактерии в естествени, клинични и промишлени условия. Понастоящем учените смятат, че образуването на биофилми е основният начин за оцеляване на микроорганизмите в природата Ние многократно се сблъскваме с биофилми в ежедневието си

 
Биофилми могат да бъдат открити почти навсякъде От плаката, полепнала по зъбите ви, до тинята в езерото. Тези колонии от бактерии се развиват върху имплантирани медицински устройства, върху кожата ни, върху контактни лещи, в червата и белите дробове. Те могат да бъдат открити в канализационните и дренажните системи, по повърхността на растенията и дори в океана

Бактериите, гъбичките и други организми могат да се прикрепят към мокри повърхности и да се размножават, образувайки видима слуз или петна с различни цветове - това са биофилми (във вани, кухни и др.) При хората и животните се създават всички условия за образуване на биофилми.

Как се образува биофилм?

След като попаднат на дадена повърхност, микробните клетки я оценяват за наличието или отсъствието на хранителни вещества. Това явление е наречено „клетъчно разпознаване“. И ако тази повърхност им подхожда, те се фиксират върху нея и започват да синтезират специална полимерна субстанция, наречена „извънклетъчен матрикс“. С други думи, те си „строят къща“. Матрицата е пронизана от система от пори и каналчета, през които се доставят хранителни вещества и се отделят метаболитни продукти. Затова биофилмът се нарича „град на бактериите“.
Матрицата е основният фактор за устойчивост на бактериите, живеещи в биофилми. С нейна помощ бактериите се защитават от негативното влияние на околната среда и от имунната система на организма-гостоприемник.

 
Доказано е, че микроорганизмите в биофилми са в състояние да издържат на концентрации на антибиотици, 100 и дори 1000 пъти по-високи от терапевтичните дози, които потискат единичните бактериални клетки. Матрицата на биофилма може да свързва, задържа или инактивира антибиотици и антисептици.

2.Структура на биофилмите

Съществуват три основни компонента на биофилмите: микробните клетки, извънклетъчната матрица и повърхностната мембрана. Самите бактерии съставляват само 5-35 % от масата на биофилма. Те са представени от т.нар. сесилни (от англ. sessile - „седящ, уседнал“), т.е. неподвижни клетки.
Периодично някои от микроорганизмите в биофилма напускат своя дом и се отправят на пътешествие Микроорганизмите, които са напуснали биофилма, се наричат планктонни или свободно плаващи. Последните се привличат и полепват по влажни или замърсени повърхности и образуват нов биофилм.
Патогенните микроби първо образуват биофилми и едва след това настъпва заболяване; Първоначалните елементи на биофилма могат да се образуват в рамките на два часаһттр://..... 85 % от заболяванията, причинени от микроби, възникват при образуването на биофилми.
Ето защо лечението на инфекциозните заболявания, причинени от патогени, резистентни към антибиотици, свързани в биофилми, се превръща в един от основните проблеми на практическата медицина.

3. състав и видове биофилми

Биофилмите са сложни съобщества, съставени от много видове микроорганизми. В рамките на такова съобщество могат да бъдат открити бактериални клетки, дрожди и плесенни гъбички, протозои и вирусни частици.

 
Основните бактерии, образуващи биофилми при хронични заболявания, са S.aureus, Enterococcus, Streptococcus, Klebsiella, Pseudomonas, E.coli. Биофилмите могат да се състоят не само от един вид микроорганизъм (напр. патоген), но да включват и други микроорганизми, млечнокисели бактерии, протозои, вируси: B. cereus, L. monocytogenes, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli.

 
Такива бактерии като Salmonella, E. coli, Y. entero-calitica, Listeria, Campylobacter се откриват като част от биофилми върху повърхността на хранителни продукти или контейнери за съхранение.

Инфекциите, причинени от биофилми, са изключително разнообразни, но могат да бъдат разделени на 2 групи:

Терапевтични 

Към днешна дата е доказана ролята на микробните биофилми в етиологията и патогенезата на много остри и хронични бактериални инфекции, Сред тях са инфекциите на пикочните пътища, инфекциите на стомашно-чревния тракт, инфекциите на средното ухо, кистозната фиброза и вентилаторно-зависимите пневмонии, инфекциозният ендокардит, инфекциите на протезните клапи, катетърните инфекции, стоматологичните заболявания (кариес, пародонтит, гингивит). Хронични инфекции (хроничен синузит, хроничен отит на средното ухо, хронични рани, белодробни инфекции при пациенти с муковисцидоза, пневмонии и др.) Повечето от бактериалните фарингити, стоматити, тонзилити, ларингити също се дължат на такива общности.

Хирургически

Биофилми се образуват върху катетри (сърдечни, интравенозни, уринарни), изкуствени сърдечни клапи (като основна причина за инфекциозен ендокардит), изкуствени стави, контактни лещи
Биофилмите обикновено се образуват при контакт с течности в присъствието на вещества, необходими за растежа. Повърхността, към която е прикрепен биофилмът, може да бъде както нежива (камъни), така и повърхност на жив организъм (чревни стени, зъби и др.).
До 80 % от бактериалните инфекции, засягащи човека, се причиняват от полимикробни биофилми. Поради това повтарящите се хронични инфекции не трябва да се разглеждат като инфекции, поддържани от един патогенен щам, а като полимикробен синдром, характеризиращ се със значително увеличаване на гъбичното и бактериалното натоварване с възможен доминантен патогенен щам

ПРИМЕРИ.

Например Escherichia coli, често присъстваща при чревни и урогинекологични инфекции, образува биофилм в пикочния мехур, вагината или дебелото черво Антибиотичното лечение може да има ефект върху бактериите в планктонната фаза, които се освобождават от биофилма и причиняват инфекциозни обостряния, но не успява да елиминира постоянната бактериална общност, съдържаща се в биофилма. Биофилмът съдържа клетки, които са напълно устойчиви на антибиотици и имунна система, което води до хронични и повтарящи се инфекции.
Ако биофилмът не се лекува, прогресията и хронифицирането настъпват по-бързо и епизодите на възпаление - цистит, колит, се появяват по-често.

След приключване на антибиотичната или противогъбичната терапия резистентните клетки бързо се реактивират, като възстановяват съществуващото преди това бактериално или гъбично натоварване, което води до рецидив на инфекцията.

 
Най-типичният пример за биофилм

 
Събудили сте се сутринта, прокарали сте език по зъбите си и веднага сте усетили, че е време да ги измиете. Тази странна плака, която редовно се образува в устата ви, е най-типичният пример за биофилм в нашето тяло. Устната кухина е гъсто населена с микроорганизми област от тялото ни - там могат да съществуват до 1000 различни вида бактерии и гъбички. Биофилмът се образува най-интензивно върху зъбите, тъй като за бактериите е много по-лесно да се прикрепят към твърди повърхности (зъбите), отколкото към меките венци. Също така в пространствата между зъбите редовно остава

т микрочастици храна, които са идеално пиршество за всички бактериални дреболии.
Зъболекарите настоятелно препоръчват да миете зъбите си поне два пъти дневно, а в някои страни е съвсем нормално да отидете да си измиете зъбите след обяд. Всичко това, защото образуването на орален биофилм започва почти веднага след миенето на зъбите. Точно когато изплюете последните остатъци от пастата за зъби, всички микробни обитатели на устата започват да изграждат своите бактериални домове.

 
Ако не предотвратите това строителство, след два дни зъбът ще бъде покрит с бактерии, а след четири дни биофилмът може да се види дори с невъоръжено око.

 
В края на краищата това е нормално. Устата ни не може да бъде стерилна и местните бактерии играят важна роля за това. Нормалната микрофлора на устата поддържа сложен баланс в тази екосистема, защото не дава място за активно развитие на вредни микроорганизми. Ако обаче това несигурно равновесие се наруши (в устата е попаднала много агресивна бактерия или съотношението между различните видове бактерии се е променило) и видовият състав на зъбния биофилм се промени, могат да възникнат проблеми като кариес и пародонтит.

 
Респираторната патология е актуален медицински проблем. Сред редица причини за това положение е образуването на биофилми в дихателните пътища по време на респираторни инфекции.

Образуването на биофилми е потвърдено при деца със свръхрастеж на аденоидната вегетация, особено в случай на рецидивиращ отит на средното ухо и хроничен хиперпластичен тонзилит. Така сред децата с рецидивиращи обостряния на хроничен хиперпластичен тонзилит биофилми са открити в 50 % от случаите, а основният причинител е Staphylococcus aureus (81,8 %)
Известно е, че 67 до 78 % от клиничните изолати на Staphylococcus aureus могат да образуват биофилми. Сред метицилин-резистентните Staphylococcus aureus делът на щамовете, образуващи биофилми, достига 96 %.

 
Научни изследвания показват, че при хроничен синузит Staphylococcus aureus се изолира в 50 % от случаите, Haemophilus bacillus - в 28 % от случаите, Pseudomonas bacillus и гъбички - в 22 %.
Образуването на биофилми с участието на Staphylococcus aureus и епидермални стафилококи може да играе решаваща роля в патогенезата на остеомиелит, синузит и риносинузит, ендокардит, отит на средното ухо, кистозна фиброза, септичен артрит, инфекция на хронични рани.

МЕТОДИ ЗА КОНТРОЛ НА БИОФИЛМА

Основното лечение на бактериални инфекции, включително биофилми, е с антибиотици. Въпреки това, както беше споменато по-горе, повечето антибиотици имат малка или никаква активност срещу биофилмите в сравнение с планктонната форма на същия щам. [Следователно съществува необходимост от ефективен начин на лечение, състоящ се от унищожаване на бактериалния биофилм, след което патогенната флора се превръща в планктонна форма и става достъпна за експозиция; и бързо възстановяване на сапрофитната флора, като се предотвратяват рецидиви.

Например лечението на хроничен тонзилит чрез традиционни методи, насочени към планктонната форма на бактериите, може да се окаже неефективно и да допринесе за хронифицирането на процеса.

Известен метод за лечение на хроничен тонзилит .

1. ултразвукова иригация на небцовите тонзили с разтвор на хлорхексидин. Недостатък на този метод: не настъпва разграждане на биофилма, а малките дози от активното вещество, попадащи в патогенната флора, водят до появата на резистентни щамове.

2. един от прогресивните методи за лечение на тази група заболявания е лазерното облъчване Лазерното облъчване позволява да се получат дупки (перфорации) в биофилмите, тези дупки могат да улеснят достъпа вътре в биофилмите на лекарствени съединения, но този ефект не е толкова ефективен, колкото върху планктонната форма на патогенната флора. Освен това сапрофитната флора загива, което благоприятства растежа на останалите колонии от патогени, образуването на нови биофилми и съответно появата на рецидиви.

3.метод за лечение на хроничен тонзилит: 10% воден разтвор на Ν-ацетилцистеин се инжектира в лакуните в количество 2 ml на 1 небцова тонзила, времето на експозиция на разтвора е 30-40 минути, след което във всяка налична лакуна се инстилира пробиотична суспензия; след лечението орофаринксът се изплаква с посочената пробиотична суспензия веднъж дневно в продължение на 2-3 седмици.

4. Най-ефективният подход е комбинираната терапия: по-специално: антибиотици и антиматрични средства, инхибиращи бактериите в биофилма (куркумин, кверцетин, фуранозни халогенни производни, екстракти от женшен и чесън, антимикробни пептиди пирокорицин или микроцин В); метални наночастици (сребро, злато, титан, мед или цинк), наночастици; физични методи (почистване и изплакване), дезинфектанти (киселинни и алкални дезинфектанти, етанол, хлорен диоксид, водороден пероксид).

Но има и по-прост и ефективен начин за борба с резистентни инфекции, причинени от патогенна микрофлора в биофилми - биорезонансна терапия.