Bakterijski biofilm kao komplikacija u lečenju respiratornih oboljenja

Jedno od jedinstvenih svojstava nekih mikroorganizama je sposobnost da formiraju organizovane zajednice okružene ekstracelularnim polimernim matriksom i čvrsto pričvršćene za čvrstu površinu ili međufazni interfejs ili formiraju agregate, koji se zajednički nazivaju biofilm. Sa kliničke tačke gledišta, formiranje biofilma patogenih i uslovno patogenih organizama na tkivima (na primer, respiratorni trakt) ili na površinama različitih medicinskih uređaja (uključujući katetere i implantate) predstavlja fundamentalni problem, jer predstavlja opasna komplikacija koja dovodi do pojave dugotrajnih, rekurentnih i teško izlečivih stanja.

Povećana otpornost na patogene

Postojanje u obliku biofilma pruža mikroorganizmima niz prednosti i omogućava im da prežive čak i u teškim uslovima. Formiranje biofilma povećava otpornost na odbrambene mehanizme imunog sistema domaćina kao i na tretman koji se primenjuje, čemu doprinosi niz faktora. Biofilm formira heterogena zajednica mikrobnih ćelija u različitom fiziološkom i metaboličkom stanju, a ekspresija nekih gena u mikrobnim ćelijama u vidu biofilma se značajno menja u odnosu na planktonske ćelije.

Uloga ekstracelularnog matriksa

Bitan faktor je ekstracelularni polimerni matriks koji proizvode ćelije biofilma, koji može činiti do 90% biomase biofilma. Osobine ekstracelularnog matriksa se razlikuju za pojedine biofilme, ali se generalno može reći da se sastoji od polisaharida, proteina, lipida i, u nekim slučajevima, ekstracelularne DNK. Brojne vodene pore prolaze kroz ovu masu ekstracelularnog matriksa koja se koristi za transport hranljivih materija i kiseonika do ćelija.

Prisustvo ekstracelularnog matriksa jedan je od razloga za značajno povećanu otpornost ćelija biofilma na antimikrobne supstance, jer ograničava njihov prolazak u dublje strukture biofilma i istovremeno može biti razlog za njihovu inaktivaciju ( na primer, dejstvo prisutnih enzima). Prijavljeno je da koncentracija antibiotika koji ciljaju ćelije prisutne u biofilmu mora u nekim slučajevima biti i do 1000× veća od koncentracije koja je potrebna kada se cilja na patogene mikrobne ćelije koje se slobodno pojavljuju. Ekstracelularni matriks tako predstavlja i okruženje i suštinski zaštitni agens za ćelije biofilma.

Komplikacije povezane sa formiranjem biofilma u kliničkoj praksi

Najčešće, mikrobni biofilmi su povezani sa infekcijama pluća, na primer kod pacijenata sa cističnom fibrozom (tipično infekcija Pseudomonas aeruginosa, često multirezistentna na niz antibiotika), sa hroničnim infekcijama izazvanim gljivicom Aspergillus fumigatus (aspergillus bronhitis, traheobronhitis, alergijsku bronhopulmonalnu aspergilozu i druge) i hronično zapaljenje srednjeg uva (formiranje biofilma je povezano, na primer, sa Streptococcus pneumoniae).

Komplikacije koje proizilaze iz formiranja biofilma mogu se sresti iu brojnim drugim oblastima, uključujući kardiologiju, stomatologiju, oftalmologiju, gastroenterologiju, dermatologiju i urologiju. Posebno poglavlje zatim pokriva pitanje kolonizacije medicinskih uređaja (na primer, venskih katetera ili implantata) patogenima koji formiraju biofilm, praćeno sekundarnom infekcijom okolnog tkiva.

Strategije za prevenciju ili eliminaciju biofilma

Formiranje biofilma i njegove specifičnosti moraju se uzeti u obzir prilikom planiranja efikasne terapije za gore navedene bolesti. Zbog visoke otpornosti patogena koji se javljaju u obliku biofilma, u ovim slučajevima je neophodno razmotriti druge strategije (ili kombinaciju različitih strategija) za njihovo eliminisanje osim jednostavnog davanja antimikrobnih lekova. Pre svega, naravno, potrebno je fokusirati se na prevenciju stvaranja biofilma (na primer, efikasna preoperativna profilaksa i upotreba anti-adhezivnih biomaterijala). Razvijaju se i različite strategije koje intervenišu u strukturi već prisutnog biofilma, omogućavajući njegovu eliminaciju, međutim, čini se da je ovaj pristup do sada manje uspešan.

Uprkos značajnim naporima istraživačkih timova, mnoga pitanja u vezi sa terapijom infekcija praćenih formiranjem biofilma i dalje ostaju bez odgovora. S obzirom na to da ove infekcije predstavljaju značajan društveni rizik, posebno u vezi sa povećanjem rezistencije na antibiotike, neophodno je razviti efikasne strategije za prevenciju njihove pojave, odnosno njihovo iskorenjivanje, koje se mogu primeniti u praksi.

Literatura:

1. Boisvert AA, Cheng MP, Sheppard DC, Nguyen D. Microbial biofilms in pulmonary and critical care diseases. Ann Am Thorac Soc  2016; 13 (9): 1615−1623, doi: 10.1513/AnnalsATS.201603-194FR.
2. Vranová V. Biofilm and phytopharmaceuticals. Urology for Practice 2020; 21 (1): 25−30. 
3. Kvasničková E., Paldrychová M., Maťátková O., Masák J. Medicinal aspects of microbial biofilms. Chemical Letters  2016; 110: 485−490.