Il termine biofilm è usato per descrivere una comunità microbica protetta da matrici

polimeriche autoprodotte e aderenti ad una

superficie

Dispositivi medici impiantabili

Tessuti dell’ospite

Lenti a contatto Valvole cardiache Protesi ortopediche Cateteri vascolari Impianti dentali

Protesi ortopediche

Cateteri vascolari Protesi dentarie

Biofilm di Staphylococcus epidermidis

catetere

pacemaker

FORMAZIONE DEI BIOFILM

L’ adesione dei batteri alla superficie dipende:

Proteine di superficie del batterio

Tipo e natura del dispositivo

Trattato o non con rivestimento idrofilo o idrofobo Presenza di microfratture e microcavità

Proteine dell’ospite

Fibrinogeno

Fibronectina

Vitronectina

Fattore Von Willebrand

Albumina

ATTACCO DEI BATTERI ALLE PROTEINE DELL’OSPITE

PROTEINE DI SUPERFICIE DEL BATTERIO

Acidi teicoici

PIA(polisaccaride intercellulare adhesin)

SSP1 – SSP2 CflA – CflB AAP BAP Bhp

1: Mol Microbiol. 2002 Mar;43(6):1367-78. Links

Staphylococcus and biofilms.Götz F.Department of Microbial Genetics, Universität Tübingen, Waldhäuser Str. 70/8, D-72076 Tübingen, Germany. friedrich.goetz@uni-tuebingen.deThe genetic and molecular basis of biofilm formation in staphylococci is multifaceted. The ability to form a biofilm affords at least two properties: the adherence of cells to a surface and accumulation to form multilayered cell clusters. A trademark is the production of the slime substance PIA, a polysaccharide composed of beta-1,6-linked N-acetylglucosamines with partly deacetylated residues, in which the cells are embedded and protected against the host's immune defence and antibiotic treatment. Mutations in the corresponding biosynthesis genes (ica operon) lead to a pleiotropic phenotype; the cells are biofilm and haemagglutination negative, less virulent and less adhesive on hydrophilic surfaces. ica expression is modulated by various environmental conditions, appears to be controlled by SigB and can be turned on and off by insertion sequence (IS) elements. A number of biofilm-negative mutants have been isolated in which polysaccharide intercellular adhesin (PIA) production appears to be unaffected. Two of the characterized mutants are affected in the major autolysin (atlE) and in D-alanine esterification of teichoic acids (dltA). Proteins have been identified that are also involved in biofilm formation, such as the accumulation-associated protein (AAP), the clumping factor A (ClfA), the staphylococcal surface protein (SSP1) and the biofilm-associated protein (Bap). Concepts for the prevention of obstinate polymer-associated infections include the search for new anti-infectives active in biofilms and new biocompatible materials that complicate biofilm formation and the development of vaccines.

J Infect Dis. 2003 Sep 1;188(5):706-18. 2003

AtlE

Adesine proteiche della famiglia MSCRAMM (Microbial Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecules)

Proteine di superficie di S.aureus

Proteina legante il FibrinogenoProteina legante la Fibronectina (FnBPA – FnBPB)

Proteina legante il Collagene (Cna)

Fattori agglutinanti (CflA – CflB)

Polisaccaride I

80%

Polisaccaride II

20%

Omoglicano lineare di 130 residui di N-acetilglucosammina con legami ß 1,6Il 20% sono deacetilati e caricati positivamente

Residui di N-acetilglucosammina deacetilati esteri fosforici e succinici

PIA

Protegge il biofilm dal sistema di difesa dell’ospite

Adesina intercellulare

Ceppi PIA negativi Sensibili all’azionedel sistema di difesa dell’ospite

Ceppi PIA positiviResistenti all’azione del sistema di difesa dell’ospite

Slime

PROCESSO DI FORMAZIONE DEL BIOFILM NEI BATTERI GRAM NEGATIVI

Comunità planctonica

Comunità sessile

QUORUM

• Quando la popolazione batterica raggiunge una concentrazione critica, una molecola dà il segnale per lo sviluppo del biofilm

• Nel biofilm i batteri continuano a comunicare tra loro per controllare l’equilibrio del biofilm e la produzione di fattori di virulenza

Il processo è regolato dal Quorum Sensing

Quorum sensing nei Gram positivi

AUTOIDUTTORIGram Negativi Gram Positivi

Biofilm e infezioni nell’uomo

Infezioni o malattia Biofilm (specie batterica principale)

Carie dentaliCocchi Gram-positivi acidofili

(es., Streptococcus)

PeriodontiteFlora batterica anaerobica orale

Gram-negativa

Otite media Ceppi di Haemophilus influenzae

Infezioni muscoloscheletriche Cocchi Gram-positivi (es., stafilococchi)

Fascite necrotica Streptococchi Gruppo A

Infezioni del tratto biliare Batteri enterici (es., Escherichia coli)

Osteomielite Varie specie batteriche e fungine

Endocardite Streptococchi gruppo viridans

Polmonite associata a fibrosi cistica P. aeruginosa e Burkholderia cepacia

Biofilm come contaminanti di strumenti e presidii medici

Dispositivi contaminati Biofilm (specie batterica principale)

Lenti a contatto Cocchi Gram-positivi e P. aeruginosa

Dispositivi per dialisi peritoneale

Flora batterica e fungina mista

Cateteri urinari E. coli e altri bacilli Gram-negativi

IUD Actinomyces israelii

Dispositivi endotracheali Flora batterica e fungina mista

Cateteri venosi S. epidermidis

Valvole cardiache meccaniche

S. aureus e S. epidermidis

Inneschi vascolari Cocchi Gram-positivi

Dispositivi ortopedici S. aureus e S. epidermidis

Protesi di vari organi S. aureus e S. epidermidis

BIOFILM E ANTIBIOTICI

I batteri, sotto forma di biofilm, sono 10-1000 volte più resistenti al trattamento antibiotico rispetto al fenotipo planctonico.

Gli antibiotici attualmente disponibili agiscono contro il fenotipo planctonico della cellula batterica e non contro il biofilm.

NUOVI AGENTI ANTIBATTERICI ATTIVI ANCHE SUI BIOFILM

OBIETTIVO DA PERSEGUIRE

Barriera meccanica

Crescita lenta per riduzione di nutrienti

Crescita lenta per cambiamenti chimico-fisici nel biofilm

Sviluppo di un fenotipo biofilm specifico

Nel biofilm possono esprimersi meccanismi di resistenza diversa

Cellule superificiali

Cellule intermedie

Cellule più profonde

Protette dallo SLIME

Crescita rallentata

Esprimono un fenotipo biofilm specifico

MECCANISMI DI RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI

Osservazione della formazione del biofilm del ceppo di S. epidermidis DSM 3269 tramite test qualitativo di adesione al tubo di vetro

SVILUPPO DI BIOFILM IN CAMERA A FLUSSO