Zbiorowiska bakteryjne zwane biofilmami mogą szybko zatykać urządzenia medyczne, takie jak stenty, cewniki i filtry do wody, tworząc trójwymiarowe serpentyny, które blokują przepływ. Odkrycie wpłynie na przyszłe podejścia do zapobiegania potencjalnie śmiertelnym zatorom przez biofilmy.
Przepływające przez rurkę bakterie tworzą na ściankach zielony biofilm. Bakterie oznaczone na czerwono, które następnie przepływają przez komorę, zostają uwięzione w lepkiej matrycy, tworząc wstęgi, które zatykają kanał. Źródło obrazu: Knut Drescher.
Biofilmy to złożone, wielowarstwowe społeczności bakterii i innych drobnoustrojów. Mogą tworzyć się na powierzchniach biologicznych, takich jak zęby lub na urządzeniach medycznych, takich jak cewniki i stenty, w ciele. Bakterie w biofilmach są odporne na antybiotyki i mogą powodować poważne infekcje.
Zespół badawczy kierowany przez dr. Howard A. Stone i Bonnie L. Bassler z Uniwersytetu Princeton postanowili lepiej zrozumieć cechy biofilmów. P. tworzący biofilmy w glebie, rzekach i ściekach, a także na wyrobach medycznych. Zamiast używać do badań standardowych szalek lub kolb Petriego, grupa opracowała specjalny system przepływu, który naśladował rzeczywiste warunki. Oznaczyli bakterie zielonym znacznikiem i obserwowali je pod mikroskopem, gdy przepływały przez wąską rurkę z wieloma zakrętami. Prace zostały częściowo sfinansowane przez Narodowy Instytut Nauk Medycznych PZH (NIGMS).
że bakterie szybko rosły i gromadziły się, tworząc biofilm na ściankach probówki w ciągu około 40 godzin. Jednak nagromadzenie tego biofilmu nie wpłynęło znacząco na przepływ przez rurkę.
Bakterie w biofilmach są połączone ze sobą matrycą wytwarzanych przez nie związków, zwanych pozakomórkowymi substancjami polimerycznymi. Naukowcy odkryli, że bakterie na ściankach rurki zrzucają tę macierz molekularną, tworząc w rurce siatkę.
Naukowcy oznaczyli inną grupę bakterii czerwonym znacznikiem i monitorowali je, gdy przepływały przez tę samą rurkę. Bakterie te zostały uwięzione w siatce i utworzyły trójwymiarowe serpentyny. Serpentyny wypełniły przestrzenie między zagięciami w tubie, zatykając tubę w zaledwie 3 minut.
Naukowcy odkryli, że bakterie mogą tworzyć serpentyny w sztucznej glebie i siatce podobnej do tej znajdującej się w filtrach wodnych. Strumienie biofilmu utworzyły się również na gołych metalowych stentach w ciągu 12 godzin, obejmując szczeliny w drucianej siatce. Wyniki te sugerują, że strumienie biofilmu są powszechne w przyrodzie i mogą blokować przepływ w wielu różnych warunkach przemysłowych i medycznych.
Dla mnie zaskoczeniem było to, jak szybko serpentyny biofilmu spowodowały całkowite zatkanie” – mówi Stone. nie było ostrzeżenia, że wydarzy się coś złego.
Naukowcy przetestowali również kilka genów, które były powiązane z tworzeniem się biofilmu w poprzednich badaniach. Po usunięciu tylko podzbiór genów wpływał na tworzenie biofilmu w warunkach przepływu. Wyniki te podkreślają znaczenie wykorzystania rzeczywistych warunków do testowania metod zapobiegania i leczenia biofilmów.
