biofilm

Bakterier danner biofilm i overlappende faser:

• Adhesjon, bakteriene fester seg reversibelt
• Adhesjon, bakteriene fester seg irreversibel
• Tidlig modning
• Modning
• 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 banebrytere 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 prosent matriks og 15-20 prosent 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 til stede 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.

• bakterier
• mikrobiologi