Biofilm er et strukturert samfunn av bakterier som er festet til en overflate og til hverandre. Bakteriene er innkapslet i en egenprodusert slimaktig matriks. Bakterier foretrekker å vokse i en biofilm, da biofilmen gir bakteriene økt overlevelsesmulighet og mulighet til å bli værende i et spesielt miljø.

Man finner biofilmer overalt og bakteriene i biofilmen kan feste seg på biotiske (levende) eller abiotiske (ikke-levende) overflater. En biofilm kan være til skade eller til nytte, avhengig av hvor man finner den og hvilke bakterier den inneholder.

Biofilm er en utfordring i mange miljøer der man ikke ønsker mikrobiell vekst, som i helsevesenet, i mat- og forindustrien og i vannsystemer. Biofilm på tennene kalles ofte for plakk. Plakk kan forårsake karies og er et eksempel på hvordan biofilm på vev kan være skadelig. Infeksjoner på for eksempel katetre, stammer ofte fra biofilm. Biofilmers motstandsdyktighet mot antibiotika og mot immunsystemet er en utfordring i forhold til å bli kvitt infeksjoner.

Ved andre tilfeller kan dannelse av biofilm være fordelaktig. Bakterier i biofilm kan brukes for å rense kloakkvann og biofilm spiller en viktig funksjon i de øverste jordlagene der bakteriene bidrar til danning av mineralforekomster, som gullkorn.

Bakterier i biofilm produserer selv ekstracellulære materialer, polysakkarider, lipider, proteiner og DNA, som danner matriksen. Matriksen bidrar til å binde bakteriene til hverandre og til overflaten. Sammensetningen, tykkelsen og strukturen til biofilmen er avhengig av hvilke mikroorganismer den består av og omgivelsen. En biofilm har ulike strukturer og kanaler som sikrer transport av næringsstoffer til celler i de dypeste lagene av biofilmen. Ved å vokse som biofilm beskytter bakteriene seg mot en rekke ytre trusler som antibiotika, kroppens immunsystem og mekanisk stress.

Når bakteriene fester seg starter en prosess der gener som er nødvendige for adhesjon og biofilmdannelse blir skrudd på. Dette gjør at fritt levende bakterier skiller seg fenotypisk fra bakterier som lever i en biofilm. 

Bakterier danner biofilm i overlappende faser:

  1. Adhesjon, bakteriene fester seg reversibelt
  2. Adhesjon, bakteriene fester seg irreversibel
  3. Tidlig modning
  4. Modning
  5. Dispersjon (spredning)

I den innledende fasen fester seg planktoniske (fritt flytende) bakterier til en overflate, for eksempel et implantat, en tann eller et vannrør. I begynnelsen er bakteriene kun festet til overflaten med svake van der Waalske krefter, noe som gjør at de enkelt kan løsne og flyte videre for å finne andre overflater å feste seg til. Etter hvert vil de bakterier som ikke løsner igjen feste seg permanent til overflaten og til andre bakterier i nærheten.

Noen bakterietyper fungerer som veibrytere for andre bakterier i biofilmdanningen. De kan feste seg direkte på overflaten ved hjelp av næringsstoffer, protein fra saliva eller andre molekyler og hjelper til når andre bakterier kommer senere og fester seg. Biofilmen er nå i modningsfasen og de eneste endringene som skjer er størrelse og form. Biofilmen vokser i størrelse ved at bakteriene som finnes i biofilmen deler seg eller ved at nye bakterier kommer utenfra. En moden biofilm har en sopp- eller tårnlignende form omgitt av vannkanaler. Vannkanalene bruker bakteriene for å distribuere næring og signalmolekyler så at de kan snakke med hverandre. I siste fase, spredningsfasen, vil klumper av bakterier, men også enkelte bakterier, kunne løsne fra biofilmen og spre seg til en ny overflate hvor den vil feste seg og danne en ny biofilm. Spredningen er oftest et resultat av endringer i omgivelsene, for eksempel mangel på næringsstoffer eller andre forhold som påvirker vekst. Biofilmdannelse skjer kontinuerlig og de forskjellige fasene vil overlappe hverandre.

Når bakteriene er i adhesjonsfasen og har festet seg permanent til overflaten, danner de en matriks. Matriksen er egenprodusert og består hovedsakelig av polysakkarider, proteiner og ekstracellulært DNA. Den fungerer som et slags slimete lim som beskytter og holder sammen biofilmen. En biofilm består vanligvis av 80-85 % matriks og 15-20 % bakterier og sammensettingen av matriksen varierer i både fysisk og kjemisk sammensetting. Matriksen kalles ofte for ekstracellulær polymerisk substans (EPS) og kan lignes ved en finkornet masse som vi opplever som et klissete slim. Matriksen holder biofilmen sammen men gir også andre fordeler, som å forhindre uttørring.

Biofilm finnes overalt og kan dannes på hvilken som helst overflate eller i skiftet mellom væske og luft. I naturen finner vi biofilm i de mest ekstreme omgivelser som termale kilder mer enn 50 meter under havflaten, i isbreer og i ekstremt sure miljøer som kjennetegnes av høyt innhold av metaller og mangel på næringsstoffer. Vi finner også biofilmer i omgivelser med veldig varierende fuktighet, som i ørken og i regnskog.

Vi finner også biofilm i industrien der den kan forårsake korrosjon på metalloverflater, tette rør og problemer i vannforsyningssystemer til drikkevann og matproduksjon. Biofilmrelaterte problemer i industrien kan bli kostbare da det kan lede til minket effektivitet i utstyr som trengs innenfor oljeindustrien, skape korrosjon på skipskrog eller råte på fiskenett. En biofilm kan også være til nytte i industrien og brukes i renseanlegg for avløpsvann.

Jorden inneholder mange bakterier. Rhizobium er en jordbakterie som lever i en biofilm i rotknollene på belgplanter. I symbiose med belgplanten kan bakterien fiksere nitrogen.

Vi finner også bakterielle biofilmer i menneskekroppen der de spiller en viktig rolle i produksjonen av vitaminer og essensielle aminosyrer. Bakterielle biofilmer kan også forhindre at patogene bakterier som ikke tilhører mikrofloraen kan feste seg og gjøre verten syk.

I helsevesenet skaper bakterielle biofilmer store problemer. Mange infeksjoner er forårsaket av biofilm som er blitt dannet på medisinsk utstyr som implantat, respiratorer, katetre eller kunstige hjerteklaffer.

Bakterielle biofilmer forårsaker oftest kroniske infeksjoner som periodontitt, lungebetennelse hos pasienter med cystisk fibrose, kronisk urinveisinfeksjon og kronisk infeksjon i sår.

Stafylokokker og enterokokker er kommensale bakterier som finnes naturlig i kroppens mikroflora på huden, i de øvre luftveiene, i fordøyelsessystemet og i urinveiene. Disse to bakterieartene er de hyppigste årsakene til sykehuservervede sykdommer. Siden de tilhører normalfloraen vil de også være sannsynlige biofilmdannere på katetre, implantat og lignende.

Stafylokokkene vokser godt på medisinsk utstyr som katetre og implantater og danner hovedsakelig biofilm der. Biofilm dannet av Staphylococcus epidermidis forårsaker oftest kronisk og ikke-akutt infeksjon, mens Staphylococcus aureus som har mange kjente virulensfaktorer forårsaker akutte infeksjoner.

Enterokokker regnes som lite virulente bakterier, men har blitt en hyppig grunn til infeksjoner. Enterokokk-infeksjoner rammer hovedsakelig pasienter som har svekket eller alvorlig svekket immunforsvar og de blir oftest smittet på sykehus der bakteriene lett kan spres fra en pasient til en annen.

E. coli (Escherichia coli) er en av våre vanligste tarmbakterier og omfatter en stor gruppe bakterier hvor over 250 ulike serotyper er blitt påvist. E. coli er naturlig forekommende i tarmfloraen hos menneske der den er viktig for fordøyelsen i tillegg til at den produserer noe vitamin K som vi trenger. Man finner den også i tarmfloraen hos de fleste varmblodige dyr. Vanligvis gir ikke E. coli sykdom hos menneske, men bakterien kan i enkelte tilfeller utvikle sykdomsfremkallende (patogene) egenskaper som urinveisinfeksjoner, mild diaré, blodig diaré, kronisk diaré, nyresvikt og også gi infeksjoner knyttet til forurensede implantater.

Biofilm på tennene kalles ofte for dentalt plakk. Munnhulen inneholder en mengde forskjellige bakterier og biofilmen vil inneholde de bakteriene som naturlig er tilstede i munnhulen. Vanligvis er disse helt harmløse, men når man ikke pusser tennene ordentlig vil bakteriene klare å danne en tykk biofilm og da kan de gjøre skade. Når bakteriene i biofilmen forbrenner de karbohydrater de får tilgang til gjennom maten vi spiser vil de danne syrer som gjør at pH i munnen faller. Da vil emaljen begynne å løse seg opp og resultere i karies.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.