Bakteriyel Biyofilm Oluşumu
Biyofilm, bir yüzeye tutunmuş ve kendi ürettiği hücre dışı polimerik maddelerden oluşan bir matris içine gömülmüş, bakterilerin yapılandırılmış bir topluluğudur. Biyofilm oluşumu, serbest yüzen (planktonik) hücrelerin bir yüzeye tutunması, çoğalması, koruyucu bir matris oluşturması, üç boyutlu yapılar halinde olgunlaşması ve nihayetinde yeni bölgeleri kolonize etmek üzere dağılmasıyla ilerleyen gelişimsel bir süreçtir.
Tanım
Biyofilm, bir yüzeye veya arayüze tutunmuş ve kendi ürettiği hücre dışı bir matris içinde çevrelenmiş mikroorganizma agregatıdır (kümesidir); biyofilm oluşumu ise bu tür toplulukların ortaya çıktığı, tutunma, büyüme, matris üretimi, olgunlaşma ve dağılma gibi düzenlenmiş gelişimsel bir dizidir.
Kapsam
Bu konu, biyofilm gelişiminin aşamalarını, hücre dışı matrisin bileşimini ve rolünü, topluluk davranışını koordine eden hücreden hücreye sinyalleşmeyi (quorum sensing) ve biyofilmlerin antimikrobiyallere ve konak savunmalarına karşı gösterdiği toleransı kapsamaktadır. Mikrobiyal fizyolojide bir referans konusu olup, klinik rehberlik sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Biyofilm gelişiminin aşamaları nelerdir?
- Biyofilm matrisi nedir ve hangi işlevleri görmektedir?
- Quorum sensing (çoğunluk algılama) biyofilm davranışını nasıl koordine etmektedir?
- Biyofilmler neden serbest yaşayan hücrelere göre antimikrobiyallere karşı daha toleranslıdır?
Anahtar kavramlar
- Planktonik ve sesil (biyofilm) yaşam tarzı
- Tutunma, olgunlaşma ve dağılma aşamaları
- Hücre dışı polimerik madde (EPS) matrisi
- Quorum sensing (çoğunluk algılama) ve hücreden hücreye sinyalleşme
- Biyofilmle ilişkili antimikrobiyal tolerans
- Cihaza bağlı ve kronik biyofilm enfeksiyonları
Mekanizmalar
Biyofilm oluşumu gelişimsel bir program olarak ilerlemektedir: planktonik hücreler bir yüzeyle başlangıçta geri dönüşümlü temas kurmakta, geri dönüşümsüz olarak tutunmakta ve polisakkaritler, proteinler ve hücre dışı DNA'dan oluşan bir hücre dışı matris salgılayan mikrokoloniler halinde çoğalmaktadır (O'Toole ve ark., 2000; Flemming ve Wingender, 2010). Matris, topluluğu bir arada tutmakta, besinleri ve enzimleri muhafaza etmekte ve bir bariyer oluşturmaktadır; olgun biyofilmler, bazı hücreler yeni yüzeyleri tohumlamak üzere dağılmadan önce karakteristik bir mimari geliştirmektedir. Hücrelerin popülasyon yoğunluğunu ölçmek için yayılabilir sinyal molekülleri salgıladığı ve algıladığı quorum sensing (çoğunluk algılama), matris üretimini ve diğer topluluk davranışlarını koordine etmektedir (Miller ve Bassler, 2001). Biyofilmler içindeki hücreler, planktonik hücrelere kıyasla antimikrobiyallere ve konak savunmalarına karşı daha düşük duyarlılık göstermektedir (Costerton ve ark., 1999).
Klinik önem
Biyofilmler, kateterler, implantlar ve kronik akciğer hastalığı gibi kalıcı ve cihaza bağlı enfeksiyonlarla ilişkilendirilmektedir; bu durumlarda koruyucu matris ve biyofilm hücrelerinin değişmiş fizyolojisi, antimikrobiyal ajanlara ve konak immün temizliğine karşı toleransa katkıda bulunmaktadır (Costerton ve ark., 1999; Singh ve ark., 2000). Bu konu, biyofilm biyolojisini anlama amacıyla açıklanmakta olup, tanı veya tedavi için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Tutunmuş mikrobiyal tabakalar çok daha önceleri gözlemlenmiş olsa da, biyofilmin kalıcı enfeksiyona neden olan yapılandırılmış, matrisle çevrili bir topluluk olduğu modern kavramı, 1990'larda Costerton ve arkadaşları tarafından ifade edilmiştir (Costerton ve ark., 1999). Biyofilm oluşumunun gelişimsel bir süreç olarak çerçevelenmesi ve quorum sensing'in (çoğunluk algılama) koordinatör olarak tanınması, biyofilmleri bakteriyel fizyolojinin merkezi bir teması haline getirmiştir (O'Toole ve ark., 2000; Miller ve Bassler, 2001); ayrıca doğrudan kanıtlar, biyofilm topluluklarını kronik insan enfeksiyonuyla ilişkilendirmiştir (Singh ve ark., 2000).
Öne çıkan isimler
- J. William Costerton
- Roberto Kolter
- Bonnie Bassler
- Hans-Curt Flemming
İlgili konular
Temel eserler
- costerton-1999
- otoole-2000
- flemming-wingender-2010
Sıkça sorulan sorular
- Biyofilm oluşumunun ana aşamaları nelerdir?
- Serbest yaşayan hücreler bir yüzeye tutunmakta, mikrokoloniler halinde çoğalmakta, hücre dışı bir matris üretip üç boyutlu bir yapıya dönüşerek olgunlaşmakta ve nihayetinde yeni yüzeyleri kolonize edebilecek hücreleri dağıtmaktadır.
- Biyofilm bakterileri neden serbest yüzen bakterilere göre ortadan kaldırılması daha zordur?
- Hücre dışı matris koruyucu bir bariyer görevi görmekte ve biyofilmler içindeki hücreler fizyolojik olarak değişime uğramaktadır; bu nedenle topluluk, planktonik hücrelere göre antimikrobiyal ajanlara ve konak immün savunmalarına karşı daha toleranslıdır; bu durum, kalıcı ve cihaza bağlı enfeksiyonlarla ilişkilendirilmektedir.