Biofilma — definīcija, veidošanās, piemēri un nozīme veselībai
Atklāj biofilmu noslēpumus: definīcija, veidošanās mehānismi, reāli piemēri (zobu plēve u.c.) un tās ietekme uz veselību — profilakse un ārstēšana.
Biofilma ir jebkura mikroorganismu grupa, kas pielīp pie šūnu virsmām vai citām cietām virsmām un izveido stabilu, kopienas veida struktūru.
Kas ir biofilma un no kā tā sastāv?
Biofilmas šūnas ir ieslodzītas pašradītā ekstracelulārajā matriksā (EPS), kas galvenokārt sastāv no āršūnu polisaharīdiem, olbaltumvielām, lipīdiem un ārējās DNS. Šis matrikss ne tikai sasaista šūnas kopā, bet arī nodrošina aizsardzību un nodrošina iekšējo vidi vielmaiņai un komunikācijai.
Sakarā ar trīsdimensiju organizāciju biofilmas bieži tiek salīdzinātas ar “mikrobu pilsētām” — tajās ir specializētas zonas ar atšķirīgu skābekļa, barības vielu un atkritumvielu koncentrāciju, kā arī dažādas mikroorganismu sugas, kas sadarbojas vai konkurē.
Kā veidojas biofilma — posmi
- Iniciālā piesaistīšanās: brīvi peldošas šūnas piestiprinās pie virsmas ar reversīvu, viegli atgriezenisku saķeri.
- Nenovēršamā adhēzija: šūnas sāk ražot EPS komponentus, saķere kļūst stiprāka un piesaistīšanās kļūst neatgriezeniska.
- Augšana un matricas veidošanās: kopiena vairojas, veidojot plānāku vai biezāku gļotainu slāni; notiek iekšēja organizācija un kanālu veidošanās šķidrumu apmaiņai.
- Maturācija: izveidojas stabilāka, sarežģītāka trīsdimensiju struktūra ar mikrokolonijām un šķidruma plūsmu kanāliņiem.
- Dispersija: daļa šūnu atslāņojas un izplatās, lai kolonizētu jaunas virsmas.
Piemēri un izplatība
Biofilmas veidojas gan uz bioloģiskām, gan neorganiskām virsmām. Tipiski piemēri:
- Uz zobiem veidojošā baktēriju plēve — zobu plāksne, kas var izraisīt kariesu un smaganu iekaisumu.
- Biofilmas uz medicīnisko ierīču virsmām — katetri, protēzes, endoskopa gļotādas utt., kas var izraisīt hroniskas vai ierīču saistītas infekcijas.
- Virsmās ūdenī — uz akmeņiem, ūdensvadīšu iekšējām sienām, ūdens filtriem.
- Rūpnieciskos procesos — sildītājos, dzesēšanas torņos, pārtikas ražošanas iekārtās (var bojāt aprīkojumu un piesārņot produktus).
Biofilmas baktērijas var dalīties ar barības vielām un ir pasargātas no kaitīgiem vietējās vides faktoriem, piemēram, izžūšanas, antibiotikām un saimnieka imūnsistēmas. Kā piemēru var minēt uz zobiem esošo baktēriju plēvi. Biofilmas veidojas arī uz neorganiskiem objektiem, piemēram, akmeņiem ūdenī.
Nozīme veselībai
Biofilmas radītās problēmas medicīnā ir plaši zināmas:
- Palielināta izturība pret terapiju: EPS barjera un lēnāka šūnu vielmaiņa padara biofilmas šūnas mazāk jutīgas pret antibiotikām un dezinfektantiem.
- Hroniskas infekcijas: biofilmas var izraisīt ilgstošas, atkārtotas infekcijas, piemēram, hroniskas brūces, plaušu infekcijas pacientiem ar cistisko fibrozi, un ierīču saistītas infekcijas.
- Imūnreakcijas: imūnsistēmas šūnas var nespēt pilnībā iznīcināt biofilmas, izraisot pastāvīgu iekaisumu un audu bojājumus.
Diagnostika un ārstēšana
Biofilmas detektēšana var prasīt speciālas metodes: mikroskopiju (konfokālā skenējošā mikroskopija), bioloģiskos testus, molekulāras tehnoloģijas. Ārstēšana parasti ietver kombinētu pieeju:
- mekanisks noņemšanas vai rūpīga debridement (piem., zobu tīrīšana, brūču kopšana),
- lokāla vai sistēmiska antimikrobiāla terapija ar atbilstošiem medikamentiem,
- virsmas pārklājumi un materiāli, kas kavē adhēziju,
- jaunu stratēģiju izmantošana — enzīmiska EPS degradācija, quorum sensing inhibitoru lietošana, biofilmu disruptoru attīstīšana.
Labvēlīgās funkcijas un lietojumi
Ne visas biofilmas ir kaitīgas. Tās bieži darbojas vides procesos un industrijā:
- notekūdeņu attīrīšana (bioreaktori un biopelliculu process),
- bioremediācija — toksisku vielu noārdīšana vidi attīrotās biofilmu kopienās,
- pārtikas rūpniecībā — fermentācijas procesi, kuros biofilmas var būt vēlamas kontrolētā vidē,
- gremošanas trakta mikrobiota veido bioloģiski stabilas kopienas, kas palīdz barības vielu sagremošanā un imūnregulācijā.
Kā samazināt risku un novērst biofilmu veidošanos
- izmantot labu higiēnu un regulāru virsmu kopšanu,
- uzraudzīt un ātri noņemt mikroorganismus kolonizējošas ierīces (piem., urīna katetrus),
- pārdomāti izstrādāt materiālus un pārklājumus, kas novērš adhēziju,
- antibiotiku atbildīga lietošana un speciālu pretbiofilmu terapiju attīstība.
Kopumā biofilmas ir universāls mikrobu dzīves veids ar gan negatīvām, gan pozitīvām sekām — tās izraisa klīniskas un rūpnieciskas problēmas, bet arī nodrošina būtiskas vides un biotehnoloģiskas funkcijas. Sapratne par biofilmu veidošanās mehānismiem un to ietekmi uz cilvēku veselību palīdz attīstīt efektīvākas profilakses un ārstēšanas stratēģijas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir biofilma?
A: Biofilma ir mikroorganismu grupa, kas pielīp pie šūnu virsmām un veido gļotainu slāni ārpus ķermeņa šūnām.
J: Ko ražo biofilmā esošās šūnas?
A: Biofilmā esošās šūnas ražo āršūnu polisaharīdus, olbaltumvielas, lipīdus un DNS.
J: Kāpēc biofilmas tiek uzskatītas par mikroorganismu kopienas dzīvesveidu?
A: Biofilmas tiek uzskatītas par mikroorganismu kopienas dzīvesveidu, jo tām ir trīsdimensiju struktūra un tās ļauj baktērijām dalīties ar barības vielām.
J: Kā metaforiski ir aprakstītas biofilmas?
A.: Biofilmas metaforiski raksturo kā "mikrobu pilsētas".
J: No kādiem kaitīgiem faktoriem biofilmu baktērijas ir pasargātas?
A: Biofilmu baktērijas ir pasargātas no kaitīgiem vietējās vides faktoriem, piemēram, izžūšanas, antibiotikām un saimnieka imūnsistēmas.
J: Kāds ir biofilmas piemērs?
A: Baktēriju plēve, kas dzīvo uz zobiem, ir biofilmas piemērs.
J: Vai biofilmas var veidoties uz neorganiskiem objektiem?
A: Jā, biofilmas var veidoties uz neorganiskiem objektiem, piemēram, akmeņiem ūdenī.
Meklēt