Hyvä tietää biofilmistä S a i r a a l a h y g i e n i a p ä i v ä t 2 5. 3. 1 4 K a i s u R a n t a k o k k o - J a l a v a K l i i n i s e n m i k r o b i o l o g i a n e l, T y k s l a b
Mitä biofilmit ovat? Järjestäytyneitä, elolliseen tai elottomaan pintaan kiinnittyneitä mikrobiyhteisöjä Mikrobien luonnollinen elämäntapa Usein monilajisia (useita bakteereja ja/tai sieniä)
Biofilmejä lääketieteellisissä yhteyksissä Normaalimikrobisto Terve normaalifloora Suuria vaihteluja pienelläkin anatomisella alueella paikallisten olosuhteiden mukaan Häiriintynyt normaalifloora Esim. karies, bakteerivaginoosi Perussairaus, jota biofilmin kehittyminen pahentaa Kystinen fibroosi, krooniset haavat Varsinaiset biofilmi-infektiot Vierasesineinfektiot (esim. kanyylit, tekonivelet) Hoitoympäristön biofilmit infektioiden lähteenä Vesijärjestelmät, endoskoopit
BIOFILMIN SYNTY 1. Kiinnittyminen pintaan 2. Mikropesäkkeet 3.Solunulkoinen matrix 4. Kypsä biofilmi 5. Irtautuminen www.pasteur.fr
BIOFILMI Biofilmimuodossa mikrobit tuottavat ympärilleen polymeerisistä aineista koostuvaa limaa (EPS, exopolymeric matrix) Helpottaa mikrobien kiinnittymistä ja koossapysymistä Varasto: ravinteet, metalli-ionit etc. Suojaa haitallisilta aineilta Säätelee diffuusiota ulos ja sisään biofilmistä Biofilmissä kasvava bakteeri tuottaa erilaisia proteiineja kuin ns. planktoninen eli irrallinen bakteeri Esim. kilpailu muiden mikrobien kanssa, suojautuminen elimistön puolustusmekanismeilta, virulenssitekijät Solutiheys säätelee, mitä geenejä ilmennetään Usein myös eräänlainen lepotila Huonosti viljeltävissä Antibiootit tehoavat huonosti
Järjestäytynyt yhteisö: hammasplakki Plakin bakteerit kiinnittyvät hampaan pinnalle muodostuvaan kelmuun Asettuvat aina samaan järjestykseen Plakin koostumus vaihtelee suun ja hampaankin eri osissa Pioneerilajien metabolia muuttaa olosuhteita suotuisiksi myöhemmälle kolonisaatiolle Mikrobifloora ylläpitää tasapainoa ja itseään
HAMMASPEIKKO: S. MUTANS Alhainen ph suosii Streptococcus mutansin asettumista hampaan pinnalle streptokokkipaikalle S. mutansin tuottama EPS vie biofilmiä entistä happamampaan suuntaan eksoentsyymit, jotka tekevät sakkaroosista glukaania Lisää kiinnittymispaikkoja Sokerivarasto Bakteriosiinit
KARIOGEENISEN PLAKIN SYNTY Bakteriosiini=mutasiini Biofilmissä kasvavan bakteerin tuottama, muita bakteereja tappava aine (kirjo vaihtelee) EPS suojaa syljen puskurivaikutukselta ph laskee edelleen Vain parhaiten happoa sietävät bakteerit selviävät Happamia pisteitä Kariesvaurioita
Koo ym. 2013
Figure 1 Bacteria and wound healing. Edwards, Ruth; Harding, Keith Current Opinion in Infectious Diseases. 17(2):91-96, April 2004. Bakteerit Figure ja 1 The krooniset clinical spectrum of wound haavat: colonization and infection Kliininen spektri Kontaminaatio: haavassa bakteereja jotka eivät jakaudu Kolonisaatio: haavassa kiinnittyneitä, jakautuvia bakteereja, ei kudostuhoa Kriittinen kolonisaatio hidastaa jo haavan paranemista (>10 5 cfu/g? 4 lajia?) 2004 Lippincott Williams & Wilkins, Inc. Published by Lippincott Williams & Wilkins, Inc. 2
HAAVOJEN BAKTEERIKOLONISAATIO Bakteerikolonisaatio on normaali ilmiö (80%) pieni määrä bakteereja edistää paranemista infektoituneiden ja ei-infektoituneiden haavojen bakteeristo ei juuri eroa toisistaan Ensin ihon normaaliflooraa Grampositiivisia S. aureus (ad 88%), enterokokit (ad 74%), beetahemolyyttiset streptokokit (20%) Gramnegatiivisia Pseudomonas (ad 60%) enterobakteerit (40%) Anaerobeja (4-60%) Peptostreptococcus Bowler ym. Int J Derm1999 Hansson ym. Acta Dermato Veneorol 1995
Martin ym. J Inv Derm 2010
MOLEKYYLITEKNIIKAT VS BAKTEERIVILJELY Molekyylitekniikoilla tutkittuna suurin osa viljelytekniikoilla negatiivisista haavoista sisältää bakteereja Bakteerilajeja löytyy enemmän kuin viljelytekniikoilla (10/haava vs. 3/haava) Enemmän anaerobeja kuin viljellen Pääasiassa anaerobisia grampositiivisia kokkeja
QUORUM SENSING Quorum = pienin päätösvaltainen joukko Bakteereilla on kyky aistia populaationsa tiheys Perustuu pieniin solunulkoisiin viestimolekyyleihin Näille myös reseptoreja Viestintää saman lajin sisällä, lajien välillä Kun kriittinen solutiheys on saavutettu, kytketään päälle esimerkiksi virulenssitekijöiden tuotto
AHL:asyylihomoseriinilaktoni Kuva Bjarnsholt ym. Wound Repair and Regeneration (2008) 16 2-10
Kuvat A-D kroonisesta haavasta, E-F in vitro kokeita A. P. aeruginosa mikrokolonia B. Kokkimaisen bakteerin mikrokolonia C. Pseudomonas-kolonioita ympäröivät leukosyytit (mustat nuolet) eivät pääse tunkeutumaan niihin. D. Kuten C. E. Sama in vitro F. Quorum sensing puutteinen biofilmi Bjarnsholt ym. 2008
Tärkeimmät tästä aiheesta Krooninen haava on aina kolonisoitunut bakteereilla, jotka elävät haavassa biofilminä. Viljely ei kerro onko haava infektoitunut Oikein otetulla viljelynäytteellä saadaan mukaan haavassa pysyvästi eläviä bakteereja. Viljelylöydös edustaa parhaimmillaankin vain osaa haavan bakteereista. Mikrobilääkkeet tehoavat huonosti biofilmissä eläviin bakteereihin. Revisio ja paikallishoito
AB VS BIOFILMI Biofilmissä kasvavat bakteerit kestävät moninkertaisia antibioottipitoisuuksia verrattuna irrallisiin lajitovereihinsa (Minimum Biofilm Inhibiting Concentration on jopa 1000xMIC) EPS:n vaikutus diffuusioon Lepotilassa olevat persistorit Yhteistyö ja geenien vaihto?
Hyvä tietää biofilmeistä Tapiainen ym. Duodecim 2010
MITEN BIOFILMEJÄ TUTKITAAN Viljely soveltuu huonosti Vain osa kasvaa Usein kasvu vain rikasteliemessä Biofilmimallit Kuvantaminen Mikroskopia EPS-värjäykset Molekylaariset tekniikat
Nyvad 2013