تكوين الأغشية الحيوية البكتيرية
الغشاء الحيوي هو مجتمع منظم من البكتيريا ملتصق بسطح ومغلف في مصفوفة ذاتية الإنتاج من المواد البوليمرية خارج الخلوية. تكوين الغشاء الحيوي هو عملية تطورية تلتصق فيها الخلايا السابحة الحرة (العوالق) بسطح، وتتكاثر، وتبني مصفوفة واقية، وتنضج لتشكل هياكل ثلاثية الأبعاد، وتتشتت في النهاية لاستعمار مواقع جديدة.
Definition
الغشاء الحيوي هو تجمع من الكائنات الدقيقة الملتصقة بسطح أو واجهة ومحاطة بمصفوفة خارج خلوية ذاتية الإنتاج؛ تكوين الغشاء الحيوي هو التسلسل التطوري المنظم للالتصاق، والنمو، وإنتاج المصفوفة، والنضج، والتشتت الذي تنشأ به هذه المجتمعات.
Scope
يغطي هذا الموضوع مراحل تطور الغشاء الحيوي، وتكوين ودور المصفوفة خارج الخلوية، والإشارات بين الخلايا (الاستشعار بالنصاب) التي تنسق سلوك المجتمع، والتسامح الذي تظهره الأغشية الحيوية تجاه مضادات الميكروبات ودفاعات المضيف. إنه موضوع مرجعي في فسيولوجيا الميكروبات ولا يقدم إرشادات سريرية.
Core questions
- ما هي مراحل تطور الغشاء الحيوي؟
- ما هي مصفوفة الغشاء الحيوي وما هي وظائفها؟
- كيف ينسق الاستشعار بالنصاب سلوك الغشاء الحيوي؟
- لماذا تكون الأغشية الحيوية أكثر تحملًا لمضادات الميكروبات من الخلايا الحرة؟
Key concepts
- نمط الحياة العوالقي مقابل نمط الحياة اللاصق (الغشاء الحيوي)
- مراحل الالتصاق، والنضج، والتشتت
- مصفوفة المواد البوليمرية خارج الخلوية (EPS)
- الاستشعار بالنصاب والإشارات بين الخلايا
- تحمل مضادات الميكروبات المرتبط بالغشاء الحيوي
- الالتهابات المزمنة والمرتبطة بالأجهزة بسبب الأغشية الحيوية
Mechanisms
يتقدم تكوين الغشاء الحيوي كبرنامج تطوري: تقوم الخلايا العوالق بإجراء اتصال أولي قابل للعكس بسطح، ثم تلتصق بشكل لا رجعة فيه، وتتكاثر لتشكل مستعمرات دقيقة تفرز مصفوفة خارج خلوية من السكريات المتعددة، والبروتينات، والحمض النووي خارج الخلوي (O'Toole et al., 2000; Flemming & Wingender, 2010). تعمل المصفوفة على تماسك المجتمع، وتحتفظ بالمغذيات والإنزيمات، وتشكل حاجزًا؛ وتطور الأغشية الحيوية الناضجة بنية مميزة قبل أن تتشتت بعض الخلايا لتستعمر أسطحًا جديدة. ينسق الاستشعار بالنصاب، الذي تطلق فيه الخلايا وتكتشف جزيئات إشارة قابلة للانتشار لقياس كثافة السكان، إنتاج المصفوفة وسلوكيات المجتمع الأخرى (Miller & Bassler, 2001). تظهر الخلايا داخل الأغشية الحيوية قابلية منخفضة لمضادات الميكروبات ودفاعات المضيف مقارنة بالخلايا العوالق (Costerton et al., 1999).
Clinical relevance
ترتبط الأغشية الحيوية بالالتهابات المستمرة وتلك المرتبطة بالأجهزة، بما في ذلك تلك الموجودة على القسطرات، والزرعات، وفي أمراض الرئة المزمنة، حيث تساهم المصفوفة الواقية والفسيولوجيا المتغيرة لخلايا الغشاء الحيوي في تحمل العوامل المضادة للميكروبات والتخلص المناعي للمضيف (Costerton et al., 1999; Singh et al., 2000). يصف هذا الموضوع بيولوجيا الأغشية الحيوية للفهم وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج.
History
على الرغم من أن الطبقات الميكروبية الملتصقة قد لوحظت قبل ذلك بوقت طويل، إلا أن المفهوم الحديث للغشاء الحيوي كمجتمع منظم ومغلف بمصفوفة يسبب عدوى مستمرة قد تم توضيحه بواسطة كوسترتون وزملاؤه في التسعينيات (Costerton et al., 1999). وقد أدى تأطير تكوين الغشاء الحيوي كعملية تطورية والتعرف على الاستشعار بالنصاب كمنسق له إلى ترسيخ الأغشية الحيوية كموضوع مركزي في فسيولوجيا البكتيريا (O'Toole et al., 2000; Miller & Bassler, 2001)، وربطت الأدلة المباشرة مجتمعات الأغشية الحيوية بالعدوى البشرية المزمنة (Singh et al., 2000).
Key figures
- J. William Costerton
- Roberto Kolter
- Bonnie Bassler
- Hans-Curt Flemming
Related topics
Seminal works
- costerton-1999
- otoole-2000
- flemming-wingender-2010
Frequently asked questions
- ما هي المراحل الرئيسية لتكوين الغشاء الحيوي؟
- تلتصق الخلايا الحرة بسطح، وتتكاثر لتشكل مستعمرات دقيقة، وتنتج مصفوفة خارج خلوية وتنضج لتشكل بنية ثلاثية الأبعاد، وأخيرًا تتشتت الخلايا التي يمكنها استعمار أسطح جديدة.
- لماذا يصعب القضاء على بكتيريا الغشاء الحيوي أكثر من البكتيريا العائمة الحرة؟
- تعمل المصفوفة خارج الخلوية كحاجز وقائي وتتغير الخلايا داخل الأغشية الحيوية فسيولوجيًا، لذا فإن المجتمع أكثر تحملًا للعوامل المضادة للميكروبات ودفاعات المضيف المناعية من الخلايا العوالق؛ ويرتبط هذا بالالتهابات المستمرة وتلك المرتبطة بالأجهزة.