Biofilm bakteryjny – co to jest i jak powstaje?

Wyróżnia się wiele postaci biofilmu. Biofilmy bakteryjne występują w organizmie ludzkim, ale ich obecność stwierdza się także w zbiornikach wodnych czy instalacjach przeciwpożarowych. Jakie znaczenie dla ludzkiego zdrowia mają biofilmy i jak je rozpoznać w ich środowisku naturalnym? Kompendium wiedzy w tym zakresie przedstawiono poniżej.

Biofilm – co to jest i jak powstaje?

Biofilm, czyli inaczej biologiczna membrana (Biological membrane), to zbiór drobnoustrojów, które są odporne na działania zwalczające, na przykład dezynfekcję. Co istotne, biofilm bakteryjny nigdy nie składa się tylko z jednego rodzaju bakterii, ale jest całym zbiorem różnych, w tym także pierwotniaków czy grzybów. Właśnie dlatego jest tak niebezpieczny i trudny do zwalczenia.

Warto dodać, że biofilm bakteryjny powstaje na styku ciała stałego z powietrzem albo cieczy z powietrzem i występuje w postaci błony bakteryjnej, tzw. śluzu.

Biofilm – definicja

Chociaż biofilm odkryto już w XVII wieku, to jednak wzmożone badania w tym zakresie realizowano dopiero od 1975 roku i trwają one do dziś. Biofilm określany jest przez naukowców jako zbiorowisko, w którym bytują mikroorganizmy, przede wszystkim komórki bakteryjne. W skupisku zwiększają swoją odporność, przez co są trudne do zwalczenia. Wylicza się, że bakterie zaliczające się do biofilmu, wykazują oporność na leczenie nawet sto razy większą, aniżeli te, które funkcjonują pojedynczo. Walka z nimi jest trudna, uwzględniając zarówno antybiotyki, jaki i leki przeciwbakteryjne. Udowodniono, że za te najpoważniejsze infekcje bakteryjne odpowiadają w biofilmie bakterie planktonowe.

Biofilm bakteryjny – objawy

Występowanie biofilmu bakteryjnego jest powszechne w ranach, w drogach oddechowych czy na zębach. Ponieważ usuwanie biofilmów jest niezwykle trudne, pacjenci najczęściej borykają się z nawracającymi infekcjami. W ich przypadku można mówić o zaleczeniu, uśpieniu schorzenia, aniżeli całkowitym wyleczeniu. Co istotne, medycy potwierdzają, że nawet 80% infekcji bakteryjnych wiąże się właśnie z występowaniem biofilmu bakteryjnego.

Trzeba przyznać, że występowanie biofilmu w medycynie, chociaż jest już powszechnie diagnozowane, to wciąż nie zostało do końca odkryte. Wiadomo na pewno, że pojawianie się biofilmów jest największą bolączką chirurgów. Bakterie w skupiskach, zabezpieczone niczym twierdza błoną, występują na ranach skórnych, tworzą się na implantach i protezach. Stanowią duży problem w ramach realizacji sterylnych zabiegów endoskopowych czy przeszczepów naczyniowych. Bakterie, które występują w zbiorze, diagnozowane są w badaniach układu pokarmowego, dróg oddechowych, zatokach albo oskrzelach.

Skuteczna diagnostyka biofilmu nie jest łatwa i musi być przeprowadzona w warunkach laboratoryjnych. Jednymi z najczęściej występujących do tego przesłanek są nawracające objawy chorób, lekooporność oraz coraz bardziej zaawansowane stany zapalne. Należy przy tym wskazać, że bardzo często podstawowe posiewy i wymazy nie są w stanie wykryć biofilmu, ponieważ tworzące go bakterie są doskonale ukryte w matrycy. Ponadto, badanie laboratoryjne jest utrudnione, ponieważ bakterie biofilmu są niezwykle trudno do hodowania i sztucznego rozwoju.

Biofilm na ranie

Czy wiesz, że za nawet 80% infekcji szpitalnych odpowiedzialny jest właśnie biofilm? Co więcej, okazuje się, że 60% przewlekłych ran goi się trudno, ponieważ rozpoznano na nich występowanie biofilmu. Uszkodzony naskórek stwarza doskonałe warunki do bytowania bakteriom, a rozwój biofilmu bardzo często prowadzi do poważnych zakażeń, które poprzez krew mogą rozprzestrzenić się na cały organizm. Kolonizacja bakterii sprawia, że rana staje się lekooporna.

Jak rozpoznać występowanie biofilmu na ranie? Ponieważ nie wszystkie badania laboratoryjne są skuteczne, najczęściej diagnostyka polega na obserwacji. Rana zajęta biofilmem charakteryzuje się powłoką fibrynową, połyskuje, pojawia się znaczny wysięk oraz nieprzyjemny zapach. Skoro zwalczanie biofilmu jest utrudnione, to jak leczyć trudno gojące się, zainfekowane rany? Potrzebna jest terapia połączona, w której skład wchodzą nierzadko metody agresywne, jak chirurgiczne opracowanie rany poprzez usunięcie uszkodzonych tkanek. Konieczna jest również antybiotykoterapia, stosowanie środków antyseptycznych oraz przeciwbiofilmowych.

Biofilm na zębach

Warunki w jamie ustnej są wprost idealne do bytowania skupisk drobnoustrojów, w tym bakterii, które tworzą toksyczny biofilm. Nalot bakteryjny pokrywa język, dziąsła oraz zęby, przyczyniając się nierzadko do powstawania licznych stanów zapalnych i chorób jamy ustnej. Ponieważ biofilm występuje w jamie ustnej każdego z nas, jedyną formą obrony przed pojawieniem się groźnych schorzeń jest odpowiednia higiena i profilaktyka.

Brak regularnego szczotkowania zębów, brak nitkowania i systematycznego płukania jamy ustnej oraz bagatelizowanie pierwszych negatywnych objawów rozwoju biofilmu, może doprowadzić do naprawdę przykrych następstw. Na zębach pojawi się jasnożółta płytka nazębna, stany zapalne dziąseł mogą być przyczyną chorób kości, w tym paradontozy. Rozwój biofilmu na zębach jest również najczęściej diagnozowaną przyczyną powstawania próchnicy.

Jak powstaje biofilm?

Nawet 99% bakterii występuje w formie biofilmu, a nie pojedynczych komórek. Ich kolonizacja jest możliwa na organizmach żywych, jak również obiektach stałych oraz cieczach. Sam proces powstawania struktury biofilmu jest niezwykle złożony i zależy od powierzchni oraz właściwości, jakie przypisuje się konkretnych mikroorganizmom.

W pierwszym etapie wolno bytujące komórki przyczepiają się do danego podłoża, najczęściej na zasadzie siły grawitacji. Co ciekawe, większość drobnoustrojów ma zdolność nieodwracalnego połączenia się z podłożem, są też odporne na odpychanie. Przyczepione trwale komórki rozpoczynają proces wytwarzania macierzy zewnątrzkomórkowej, a następnie rozmnażają się.

Jak zniszczyć biofilm?

Ponieważ biofilm jest niezwykle odporny i lekooporny, jego zwalczenie jest niezwykle trudne. Należy też wskazać, że sama diagnostyka obecności biofilmu i jego struktury nie jest prosta, a podstawowe badania laboratoryjne nie dają oczekiwanych rezultatów.

Walka z biofilmem jest żmudna, a metody niszczenia kolonizacji bakterii są zależne od rodzaju zbiorowiska drobnoustrojów i ich właściwości. Biofilm znacznie łatwiej usuwać z powierzchni stałych, na przykład poprzez zastosowanie dedykowanych detergentów czy środków dezynfekujących, aniżeli z organizmów żywych. Jeśli biofilm ma być usunięty, proces ten najlepiej rozpocząć w fazie, w której pojedyncze komórki zaczynają dopiero przylegać do powierzchni. Ten etap trwa od kilku pierwszych sekund do kilku minut. Znacznie trudniej toczyć walkę z biofilmem, kiedy nastąpiła tzw. adhezja nieodwracalna. Dochodzi do niej, kiedy bakterie zaczynają już tworzyć powłokę wokół swoich skupisk. O tym etapie można mówić, kiedy drobnoustroje bytują na danym podłożu już od kilku godzin do kilku dni.

Uznaje się, że znacznie łatwiej jest zapobiegać występowaniu biofilmu, aniżeli go usuwać. Właśnie dlatego tak ważna jest profilaktyka i codzienna higiena. Warto również pamiętać, że biofilm w licznych aspektach zdrowia jest czynnikiem naturalnym, występującym zawsze, ale nie musi przyczyniać się do rozwoju niebezpiecznych chorób.