Pembentukan Biofilm Bakteri

Biofilm adalah komunitas bakteri terstruktur yang melekat pada suatu permukaan dan tertanam dalam matriks zat polimer ekstraseluler yang diproduksi sendiri. Pembentukan biofilm adalah proses perkembangan di mana sel-sel yang berenang bebas (planktonik) menempel pada suatu permukaan, berkembang biak, membangun matriks pelindung, tumbuh menjadi struktur tiga dimensi, dan akhirnya menyebar untuk mengkolonisasi lokasi baru.

Definition

Biofilm adalah agregat mikroorganisme yang melekat pada suatu permukaan atau antarmuka dan terbungkus dalam matriks ekstraseluler yang diproduksi sendiri; pembentukan biofilm adalah urutan perkembangan yang diatur dari pelekatan, pertumbuhan, produksi matriks, pematangan, dan penyebaran di mana komunitas tersebut muncul.

Scope

Topik ini mencakup tahapan perkembangan biofilm, komposisi dan peran matriks ekstraseluler, pensinyalan antar sel (quorum sensing) yang mengoordinasikan perilaku komunitas, dan toleransi yang ditunjukkan biofilm terhadap antimikroba dan pertahanan inang. Ini adalah topik referensi dalam fisiologi mikroba dan tidak memberikan panduan klinis.

Core questions

• Apa saja tahapan perkembangan biofilm?
• Apa itu matriks biofilm dan fungsi apa yang dilayaninya?
• Bagaimana quorum sensing mengoordinasikan perilaku biofilm?
• Mengapa biofilm lebih toleran terhadap antimikroba dibandingkan sel yang hidup bebas?

Key concepts

• Gaya hidup planktonik versus sesil (biofilm)
• Tahap pelekatan, pematangan, dan penyebaran
• Matriks zat polimer ekstraseluler (EPS)
• Quorum sensing dan pensinyalan antar sel
• Toleransi antimikroba terkait biofilm
• Infeksi biofilm terkait perangkat dan kronis

Mechanisms

Pembentukan biofilm berlangsung sebagai program perkembangan: sel-sel planktonik melakukan kontak awal yang reversibel dengan suatu permukaan, melekat secara ireversibel, dan berproliferasi menjadi mikrokoloni yang mensekresikan matriks ekstraseluler berupa polisakarida, protein, dan DNA ekstraseluler (O'Toole et al., 2000; Flemming & Wingender, 2010). Matriks ini menyatukan komunitas, mempertahankan nutrisi dan enzim, serta membentuk penghalang; biofilm dewasa mengembangkan arsitektur karakteristik sebelum beberapa sel menyebar untuk mengkolonisasi permukaan baru. Quorum sensing, di mana sel-sel melepaskan dan mendeteksi molekul sinyal yang dapat berdifusi untuk mengukur kepadatan populasi, mengoordinasikan produksi matriks dan perilaku komunitas lainnya (Miller & Bassler, 2001). Sel-sel dalam biofilm menunjukkan kerentanan yang berkurang terhadap antimikroba dan pertahanan inang dibandingkan dengan sel-sel planktonik (Costerton et al., 1999).

Clinical relevance

Biofilm dikaitkan dengan infeksi persisten dan terkait perangkat, termasuk yang ada pada kateter, implan, dan pada penyakit paru kronis, di mana matriks pelindung dan fisiologi sel biofilm yang berubah berkontribusi pada toleransi agen antimikroba dan pembersihan kekebalan inang (Costerton et al., 1999; Singh et al., 2000). Topik ini menjelaskan biologi biofilm untuk pemahaman dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan.

History

Meskipun lapisan mikroba yang melekat telah diamati jauh sebelumnya, konsep modern biofilm sebagai komunitas terstruktur yang terbungkus matriks dan menyebabkan infeksi persisten diartikulasikan oleh Costerton dan rekan-rekannya pada tahun 1990-an (Costerton et al., 1999). Pembingkaian pembentukan biofilm sebagai proses perkembangan dan pengakuan quorum sensing sebagai koordinatornya menjadikan biofilm sebagai tema sentral fisiologi bakteri (O'Toole et al., 2000; Miller & Bassler, 2001), dan bukti langsung mengaitkan komunitas biofilm dengan infeksi kronis pada manusia (Singh et al., 2000).

Key figures

• J. William Costerton
• Roberto Kolter
• Bonnie Bassler
• Hans-Curt Flemming

Seminal works

• costerton-1999
• otoole-2000
• flemming-wingender-2010

Frequently asked questions

Apa saja tahapan utama pembentukan biofilm?

Sel-sel yang hidup bebas menempel pada suatu permukaan, berproliferasi menjadi mikrokoloni, menghasilkan matriks ekstraseluler dan tumbuh menjadi struktur tiga dimensi, dan akhirnya menyebarkan sel-sel yang dapat mengkolonisasi permukaan baru.

Mengapa bakteri biofilm lebih sulit dihilangkan daripada bakteri yang mengambang bebas?

Matriks ekstraseluler bertindak sebagai penghalang pelindung dan sel-sel di dalam biofilm secara fisiologis berubah, sehingga komunitas lebih toleran terhadap agen antimikroba dan pertahanan kekebalan inang daripada sel-sel planktonik; ini dikaitkan dengan infeksi persisten dan terkait perangkat.