تشکیل بیوفیلم باکتریایی
بیوفیلم یک جامعه ساختاریافته از باکتریها است که به سطحی متصل شده و در ماتریکس خودساختهای از مواد پلیمری خارج سلولی جاسازی شدهاند. تشکیل بیوفیلم یک فرآیند تکوینی است که در آن سلولهای آزاد (پلانکتونیک) به سطحی متصل میشوند، تکثیر مییابند، یک ماتریکس محافظ تشکیل میدهند، به ساختارهای سهبعدی بالغ میشوند و در نهایت برای کلونیزه کردن مکانهای جدید پراکنده میشوند.
Definition
بیوفیلم تودهای از میکروارگانیسمها است که به یک سطح یا رابط متصل شده و در یک ماتریکس خارج سلولی خودساخته محصور شدهاند؛ تشکیل بیوفیلم توالی تکوینی تنظیمشدهای از اتصال، رشد، تولید ماتریکس، بلوغ و پراکندگی است که از طریق آن چنین جوامعی پدید میآیند.
Scope
این موضوع مراحل توسعه بیوفیلم، ترکیب و نقش ماتریکس خارج سلولی، سیگنالدهی سلول به سلول (quorum sensing) که رفتار جامعه را هماهنگ میکند، و تحمل بیوفیلمها نسبت به عوامل ضدمیکروبی و دفاع میزبان را پوشش میدهد. این یک موضوع مرجع در فیزیولوژی میکروبی است و هیچ راهنمایی بالینی ارائه نمیدهد.
Core questions
- مراحل توسعه بیوفیلم چیست؟
- ماتریکس بیوفیلم چیست و چه وظایفی دارد؟
- حسگر حد نصاب (quorum sensing) چگونه رفتار بیوفیلم را هماهنگ میکند؟
- چرا بیوفیلمها نسبت به سلولهای آزاد، تحمل بیشتری در برابر عوامل ضدمیکروبی دارند؟
Key concepts
- سبک زندگی پلانکتونیک در مقابل سبک زندگی چسبیده (بیوفیلم)
- مراحل اتصال، بلوغ و پراکندگی
- ماتریکس ماده پلیمری خارج سلولی (EPS)
- حسگر حد نصاب (Quorum sensing) و سیگنالدهی سلول به سلول
- تحمل ضدمیکروبی مرتبط با بیوفیلم
- عفونتهای بیوفیلمی مرتبط با دستگاه و مزمن
Mechanisms
تشکیل بیوفیلم به عنوان یک برنامه تکوینی پیش میرود: سلولهای پلانکتونیک تماس اولیه برگشتپذیری با یک سطح برقرار میکنند، به طور برگشتناپذیری متصل میشوند و به میکروکلونیهایی تکثیر مییابند که یک ماتریکس خارج سلولی از پلیساکاریدها، پروتئینها و DNA خارج سلولی ترشح میکنند (O'Toole et al., 2000; Flemming & Wingender, 2010). ماتریکس جامعه را در کنار هم نگه میدارد، مواد مغذی و آنزیمها را حفظ میکند و یک سد تشکیل میدهد؛ بیوفیلمهای بالغ قبل از اینکه برخی سلولها برای کاشت سطوح جدید پراکنده شوند، معماری مشخصی پیدا میکنند. حسگر حد نصاب (Quorum sensing)، که در آن سلولها مولکولهای سیگنال منتشرشونده را برای سنجش تراکم جمعیت آزاد کرده و تشخیص میدهند، تولید ماتریکس و سایر رفتارهای جامعه را هماهنگ میکند (Miller & Bassler, 2001). سلولهای درون بیوفیلمها در مقایسه با سلولهای پلانکتونیک، حساسیت کمتری به عوامل ضدمیکروبی و دفاع میزبان نشان میدهند (Costerton et al., 1999).
Clinical relevance
بیوفیلمها با عفونتهای پایدار و مرتبط با دستگاهها، از جمله عفونتهای روی کاتترها، ایمپلنتها و در بیماری مزمن ریوی مرتبط هستند، جایی که ماتریکس محافظ و فیزیولوژی تغییر یافته سلولهای بیوفیلم به تحمل عوامل ضدمیکروبی و پاکسازی ایمنی میزبان کمک میکند (Costerton et al., 1999; Singh et al., 2000). این موضوع زیستشناسی بیوفیلم را برای درک توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.
History
اگرچه لایههای میکروبی متصل مدتها قبل مشاهده شده بودند، مفهوم مدرن بیوفیلم به عنوان یک جامعه ساختاریافته و محصور در ماتریکس که باعث عفونت پایدار میشود، توسط کاسترتون و همکارانش در دهه 1990 بیان شد (Costerton et al., 1999). چارچوببندی تشکیل بیوفیلم به عنوان یک فرآیند تکوینی و شناسایی حسگر حد نصاب (quorum sensing) به عنوان هماهنگکننده آن، بیوفیلمها را به یک موضوع اصلی فیزیولوژی باکتریایی تبدیل کرد (O'Toole et al., 2000; Miller & Bassler, 2001)، و شواهد مستقیم جوامع بیوفیلم را به عفونت مزمن انسانی مرتبط ساخت (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
- مراحل اصلی تشکیل بیوفیلم چیست؟
- سلولهای آزاد به سطحی متصل میشوند، به میکروکلونیها تکثیر مییابند، یک ماتریکس خارج سلولی تولید میکنند و به یک ساختار سهبعدی بالغ میشوند، و در نهایت سلولهایی را پراکنده میکنند که میتوانند سطوح جدید را کلونیزه کنند.
- چرا از بین بردن باکتریهای بیوفیلم دشوارتر از باکتریهای آزاد است؟
- ماتریکس خارج سلولی به عنوان یک سد محافظ عمل میکند و سلولهای درون بیوفیلمها از نظر فیزیولوژیکی تغییر یافتهاند، بنابراین جامعه نسبت به عوامل ضدمیکروبی و دفاع ایمنی میزبان تحمل بیشتری دارد تا سلولهای پلانکتونیک؛ این موضوع با عفونتهای پایدار و مرتبط با دستگاهها همراه است.