il termine biofilm è usato per descrivere una comunità microbica protetta da matrici polimeriche...
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Il termine biofilm è usato per descrivere una comunità microbica protetta da matrici
polimeriche autoprodotte e aderenti ad una
superficie
Dispositivi medici impiantabili
Tessuti dell’ospite
Lenti a contatto Valvole cardiache Protesi ortopediche Cateteri vascolari Impianti dentali
Protesi ortopediche
Cateteri vascolari Protesi dentarie
Biofilm di Staphylococcus epidermidis
catetere
pacemaker
FORMAZIONE DEI BIOFILM
L’ adesione dei batteri alla superficie dipende:
Proteine di superficie del batterio
Tipo e natura del dispositivo
Trattato o non con rivestimento idrofilo o idrofobo Presenza di microfratture e microcavità
Proteine dell’ospite
Fibrinogeno
Fibronectina
Vitronectina
Fattore Von Willebrand
Albumina
ATTACCO DEI BATTERI ALLE PROTEINE DELL’OSPITE
PROTEINE DI SUPERFICIE DEL BATTERIO
Acidi teicoici
PIA(polisaccaride intercellulare adhesin)
SSP1 – SSP2 CflA – CflB AAP BAP Bhp
1: Mol Microbiol. 2002 Mar;43(6):1367-78. Links
Staphylococcus and biofilms.Götz F.Department of Microbial Genetics, Universität Tübingen, Waldhäuser Str. 70/8, D-72076 Tübingen, Germany. [email protected] genetic and molecular basis of biofilm formation in staphylococci is multifaceted. The ability to form a biofilm affords at least two properties: the adherence of cells to a surface and accumulation to form multilayered cell clusters. A trademark is the production of the slime substance PIA, a polysaccharide composed of beta-1,6-linked N-acetylglucosamines with partly deacetylated residues, in which the cells are embedded and protected against the host's immune defence and antibiotic treatment. Mutations in the corresponding biosynthesis genes (ica operon) lead to a pleiotropic phenotype; the cells are biofilm and haemagglutination negative, less virulent and less adhesive on hydrophilic surfaces. ica expression is modulated by various environmental conditions, appears to be controlled by SigB and can be turned on and off by insertion sequence (IS) elements. A number of biofilm-negative mutants have been isolated in which polysaccharide intercellular adhesin (PIA) production appears to be unaffected. Two of the characterized mutants are affected in the major autolysin (atlE) and in D-alanine esterification of teichoic acids (dltA). Proteins have been identified that are also involved in biofilm formation, such as the accumulation-associated protein (AAP), the clumping factor A (ClfA), the staphylococcal surface protein (SSP1) and the biofilm-associated protein (Bap). Concepts for the prevention of obstinate polymer-associated infections include the search for new anti-infectives active in biofilms and new biocompatible materials that complicate biofilm formation and the development of vaccines.
J Infect Dis. 2003 Sep 1;188(5):706-18. 2003
AtlE
Adesine proteiche della famiglia MSCRAMM (Microbial Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecules)
Proteine di superficie di S.aureus
Proteina legante il FibrinogenoProteina legante la Fibronectina (FnBPA – FnBPB)
Proteina legante il Collagene (Cna)
Fattori agglutinanti (CflA – CflB)
Polisaccaride I
80%
Polisaccaride II
20%
Omoglicano lineare di 130 residui di N-acetilglucosammina con legami ß 1,6Il 20% sono deacetilati e caricati positivamente
Residui di N-acetilglucosammina deacetilati esteri fosforici e succinici
PIA
Protegge il biofilm dal sistema di difesa dell’ospite
Adesina intercellulare
Ceppi PIA negativi Sensibili all’azionedel sistema di difesa dell’ospite
Ceppi PIA positiviResistenti all’azione del sistema di difesa dell’ospite
Slime
PROCESSO DI FORMAZIONE DEL BIOFILM NEI BATTERI GRAM NEGATIVI
Comunità planctonica
Comunità sessile
QUORUM
• Quando la popolazione batterica raggiunge una concentrazione critica, una molecola dà il segnale per lo sviluppo del biofilm
• Nel biofilm i batteri continuano a comunicare tra loro per controllare l’equilibrio del biofilm e la produzione di fattori di virulenza
Il processo è regolato dal Quorum Sensing
Quorum sensing nei Gram positivi
AUTOIDUTTORIGram Negativi Gram Positivi
Biofilm e infezioni nell’uomo
Infezioni o malattia Biofilm (specie batterica principale)
Carie dentaliCocchi Gram-positivi acidofili
(es., Streptococcus)
PeriodontiteFlora batterica anaerobica orale
Gram-negativa
Otite media Ceppi di Haemophilus influenzae
Infezioni muscoloscheletriche Cocchi Gram-positivi (es., stafilococchi)
Fascite necrotica Streptococchi Gruppo A
Infezioni del tratto biliare Batteri enterici (es., Escherichia coli)
Osteomielite Varie specie batteriche e fungine
Endocardite Streptococchi gruppo viridans
Polmonite associata a fibrosi cistica P. aeruginosa e Burkholderia cepacia
Biofilm come contaminanti di strumenti e presidii medici
Dispositivi contaminati Biofilm (specie batterica principale)
Lenti a contatto Cocchi Gram-positivi e P. aeruginosa
Dispositivi per dialisi peritoneale
Flora batterica e fungina mista
Cateteri urinari E. coli e altri bacilli Gram-negativi
IUD Actinomyces israelii
Dispositivi endotracheali Flora batterica e fungina mista
Cateteri venosi S. epidermidis
Valvole cardiache meccaniche
S. aureus e S. epidermidis
Inneschi vascolari Cocchi Gram-positivi
Dispositivi ortopedici S. aureus e S. epidermidis
Protesi di vari organi S. aureus e S. epidermidis
BIOFILM E ANTIBIOTICI
I batteri, sotto forma di biofilm, sono 10-1000 volte più resistenti al trattamento antibiotico rispetto al fenotipo planctonico.
Gli antibiotici attualmente disponibili agiscono contro il fenotipo planctonico della cellula batterica e non contro il biofilm.
NUOVI AGENTI ANTIBATTERICI ATTIVI ANCHE SUI BIOFILM
OBIETTIVO DA PERSEGUIRE
Barriera meccanica
Crescita lenta per riduzione di nutrienti
Crescita lenta per cambiamenti chimico-fisici nel biofilm
Sviluppo di un fenotipo biofilm specifico
Nel biofilm possono esprimersi meccanismi di resistenza diversa
Cellule superificiali
Cellule intermedie
Cellule più profonde
Protette dallo SLIME
Crescita rallentata
Esprimono un fenotipo biofilm specifico
MECCANISMI DI RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI
Osservazione della formazione del biofilm del ceppo di S. epidermidis DSM 3269 tramite test qualitativo di adesione al tubo di vetro
SVILUPPO DI BIOFILM IN CAMERA A FLUSSO