S a i r a a l a h y g i e n i a p ä i v ä t 2 5 . 3 . 1 4K a i s u R a n t a k o k k o - J a l a v a

K l i i n i s e n m i k r o b i o l o g i a n e l , T y k s l a b

Hyvä tietää biofilmistä

Mitä biofilmit ovat?

• Järjestäytyneitä, elolliseen tai elottomaan

pintaan kiinnittyneitä mikrobiyhteisöjä

• Mikrobien ”luonnollinen elämäntapa”

• Usein monilajisia (useita bakteereja ja/tai sieniä)

Biofilmejä lääketieteellisissä yhteyksissä

• Normaalimikrobisto• ”Terve normaalifloora”

• Suuria vaihteluja pienelläkin anatomisella alueella paikallisten olosuhteiden mukaan

• Häiriintynyt normaalifloora• Esim. karies, bakteerivaginoosi…

• Perussairaus, jota biofilmin kehittyminen pahentaa• Kystinen fibroosi, krooniset haavat

• Varsinaiset biofilmi-infektiot• Vierasesineinfektiot (esim. kanyylit, tekonivelet)

• Hoitoympäristön biofilmit infektioiden lähteenä• Vesijärjestelmät, endoskoopit…

BIOFILMIN SYNTY

www.pasteur.fr

1. Kiinnittyminen pintaan 2. Mikropesäkkeet 3.Solunulkoinen matrix

4. Kypsä biofilmi 5. Irtautuminen

BIOFILMI

• Biofilmimuodossa mikrobit tuottavat ympärilleen polymeerisistä aineista koostuvaa limaa (EPS, exopolymeric matrix)• Helpottaa mikrobien kiinnittymistä ja koossapysymistä

• Varasto: ravinteet, metalli-ionit etc.

• Suojaa haitallisilta aineilta

• Säätelee diffuusiota ulos ja sisään biofilmistä

• Biofilmissä kasvava bakteeri tuottaa erilaisia proteiineja kuin ns. planktoninen eli irrallinen bakteeri• Esim. kilpailu muiden mikrobien kanssa, suojautuminen

elimistön puolustusmekanismeilta, virulenssitekijät

• Solutiheys säätelee, mitä geenejä ilmennetään

• Usein myös eräänlainen lepotila• Huonosti viljeltävissä

• Antibiootit tehoavat huonosti

•Plakin bakteerit kiinnittyvät hampaan pinnalle muodostuvaan ”kelmuun”

•Asettuvat aina samaan järjestykseen

•Plakin koostumus vaihtelee suun ja hampaankin eri osissa

•Pioneerilajien metabolia muuttaa olosuhteita suotuisiksi myöhemmälle kolonisaatiolle

•Mikrobifloora ylläpitää tasapainoa ja itseään

Järjestäytynyt yhteisö: hammasplakki

HAMMASPEIKKO: S. MUTANS

•Alhainen pH suosii Streptococcus mutansinasettumista hampaan pinnalle ”streptokokki-paikalle”

•S. mutansin tuottama EPS vie biofilmiä entistä happamampaan suuntaan

• eksoentsyymit, jotka tekevät sakkaroosista glukaania �Lisää

kiinnittymispaikkoja• Sokerivarasto

•Bakteriosiinit

KARIOGEENISEN PLAKIN SYNTY

•Bakteriosiini=mutasiini

• Biofilmissä kasvavan bakteerin tuottama, muita bakteereja tappava aine (kirjo vaihtelee)

•EPS suojaa syljen puskurivaikutukselta

�pH laskee edelleen

� Vain parhaiten happoa sietävät bakteerit selviävät

� Happamia pisteitä

� Kariesvaurioita

Koo ym. 2013

© 2004 Lippincott Williams & Wilkins, Inc. Published by Lippincott Williams & Wilkins, Inc. 2

Figure 1

Bacteria and wound healing.

Edwards, Ruth; Harding, Keith

Current Opinion in Infectious Diseases. 17(2):91-96, April

2004.

Figure 1 The clinical spectrum of wound colonization and

infection

Kontaminaatio: haavassa bakteereja jotka eivät jakaudu

Kolonisaatio: haavassa kiinnittyneitä, jakautuvia bakteereja, ei kudostuhoa

Kriittinen kolonisaatio hidastaa jo haavan paranemista (>105 cfu/g? ≥4 lajia?)

Bakteerit ja krooniset haavat:

Kliininen spektri

HAAVOJEN BAKTEERIKOLONISAATIO

• Bakteerikolonisaatio on normaali ilmiö (80%)• pieni määrä bakteereja edistää paranemista

• infektoituneiden ja ei-infektoituneiden haavojen bakteeristo ei juuri eroa toisistaan

• Ensin ihon normaaliflooraa

• Grampositiivisia• S. aureus (ad 88%), enterokokit (ad 74%),

beetahemolyyttiset streptokokit (20%)

• Gramnegatiivisia• Pseudomonas (ad 60%)

• enterobakteerit (40%)

• Anaerobeja (4-60%)• Peptostreptococcus

Bowler ym. Int J Derm1999

Hansson ym. Acta Dermato Veneorol 1995

Martin ym. J Inv Derm 2010

MOLEKYYLITEKNIIKAT VS BAKTEERIVILJELY

• Molekyylitekniikoilla tutkittuna suurin osa

viljelytekniikoilla negatiivisista haavoista sisältää

bakteereja

• Bakteerilajeja löytyy enemmän kuin

viljelytekniikoilla (10/haava vs. 3/haava)

• Enemmän anaerobeja kuin viljellen

• Pääasiassa anaerobisia grampositiivisia kokkeja

QUORUM SENSING

• Quorum = pienin päätösvaltainen joukko

• Bakteereilla on kyky aistia populaationsa

tiheys

• Perustuu pieniin solunulkoisiin viestimolekyyleihin

• Näille myös reseptoreja

• Viestintää saman lajin sisällä, lajien välillä

• Kun kriittinen solutiheys on saavutettu, ”kytketään

päälle” esimerkiksi virulenssitekijöiden tuotto

Kuva Bjarnsholt ym. Wound Repair and Regeneration (2008) 16 2-10

AHL:asyylihomoseriinilaktoni

Kuvat A-D kroonisesta haavasta,

E-F in vitro –kokeita

A. P. aeruginosa –mikrokolonia

B. Kokkimaisen bakteerin

mikrokolonia

C. Pseudomonas-kolonioita

ympäröivät leukosyytit

(mustat nuolet) eivät pääse

tunkeutumaan niihin.

D. Kuten C.

E. Sama in vitro

F. Quorum sensing –

puutteinen biofilmi

Bjarnsholt ym. 2008

Tärkeimmät tästä aiheesta

• Krooninen haava on aina kolonisoitunut bakteereilla, jotka elävät haavassa biofilminä.

• Viljely ei kerro onko haava infektoitunut

• Oikein otetulla viljelynäytteellä saadaan mukaan haavassa pysyvästi eläviä bakteereja.

• Viljelylöydös edustaa parhaimmillaankin vain osaa haavan bakteereista.

• Mikrobilääkkeet tehoavat huonosti biofilmissä eläviin bakteereihin.

• Revisio ja paikallishoito

AB VS BIOFILMI

• Biofilmissä kasvavat bakteerit kestävät moninkertaisia antibioottipitoisuuksia verrattuna irrallisiin lajitovereihinsa• (Minimum Biofilm Inhibiting Concentration on jopa

1000xMIC)

• EPS:n vaikutus diffuusioon

• Lepotilassa olevat ”persistorit”

• Yhteistyö ja geenien vaihto?

Hyvä tietää biofilmeistä

Tapiainen ym. Duodecim 2010

MITEN BIOFILMEJÄ TUTKITAAN

• Viljely soveltuu huonosti

• Vain osa kasvaa

• Usein kasvu vain rikasteliemessä

• Biofilmimallit

• Kuvantaminen

• Mikroskopia

• EPS-värjäykset

• Molekylaariset tekniikat

Nyvad 2013