Post on 14-Nov-2014
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BIOFILM BATTERICI
Il termine biofilm è usato per descrivere comunità microbiche complesse protette da matrici
polimeriche autoprodotte e aderenti ad una superficie
COS’E’ UN BIOFILM?
Le cellule microbiche passano da una forma planctonica (a vita libera) ad una forma a vita sessile (che aderisce ad una superficie)
Dispositivi medici impiantabili
I tessuti dell’ospite Valvole
cardiache Protesi
ortopediche Cateteri
vascolari Impianti dentali
I BIOFILM GIOCANO UN RUOLO IMPORTANTE IN UN AMPIO SPETTRO DI MALATTIE INFETTIVE, POICHE’
POSSONO COLONIZZARE SIA
Cateteri vascolari
Protesi ortopediche
Cateteri vascolari
Protesi dentarie
Biofilm di Biofilm di S.epidermidisS.epidermidis su corpi su corpi estraneiestranei
Biofilm di Biofilm di S.epidermidisS.epidermidis su corpi estranei su corpi estranei
cateterecatetere
pacemaker
Biofilm di Biofilm di S.epidermidisS.epidermidis su corpi estranei su corpi estranei
Attacco dei batteri al dispositivo medico impiantato
Adesione dei batteri alle proteine dell’ospite depositate sul dispositivo
Formazione di multistrati di cellule batteriche
FORMAZIONE DEI BIOFILM
FORMAZIONE DEI BIOFILM
L’ adesione dei batteri alla superficie dipende:
Proteine di superficie del batterio
Tipo e dalla natura del dispositivo
AtlE SSP1 – SSP2
CflA – CflB AAP
BAP Bhp
Trattato o non Con rivestimento idrofilo
o idrofobo Presenza di microfratture
e microcavità Acidi teicoici
Fibrinogeno
Fibronectina
Vitronectina
Fattore Von Willebrand
Albumina
Proteine dell’ospite
Attacco dei batteri alle proteine dell’ospite
Proteina legante il Fibrinogeno
Proteina legante la Fibronectina (FnBPA – FnBPB)
Proteina legante il Collagene (Cna)
Fattori agglutinanti (CflA – CflB)
Adesine proteiche della famiglia MSCRAMM
Proteine di superficie di S.aureus
Microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules
Formazione di multistrati di cellule
Polisaccaridi
PIA Adesina Polisaccaridica Intercellulare
Polisaccaride I
80%
Polisaccaride II
20%
Omoglicano lineare di 130 residui di
N-acetilglucosammina con legami ß 1,6
Il 20% sono deacetilati e carichi
positivamente positivamente
Residui di N-acetilglucosammina deacetilati esteri fosforici e succinici (carichi negativamente)
PIA
Protegge il biofilm dal sistema di difesa dell’ospite
Adesina intercellulare
Funzioni del PIA
Ceppi PIA positivi
Resistenti all’azione del sistema di difesa dell’ospite
Ceppi PIA negativi
Sensibili al sistema di difesa dell’ospite
Slime
IMMAGINI DI COMUNITIMMAGINI DI COMUNITÀ BATTERICHE INTRACELLULARIÀ BATTERICHE INTRACELLULARIDI DI Escherichia coliEscherichia coli
Processo di formazione del biofilm nei batteri Gram negativi
Forma planctonica
Comunità sessile
Biofilm batterici
Processo di formazione del biofilm in Pseudomonas aeruginosa
Adesine Pili tipo I
QUORUM SENSING
QUORUM
GENI BERSAGLIO
LuxI
LuxR
LuxR
Quorum-sensing nei Gram negativi
AUTOINDUTTORI
Quorum sensing nei batteri Gram negativi
AUTOIDUTTORI
OMOSERINA LATTONE
Gram Negativi Gram Positivi
Quorum sensing nei Gram positivi
Gene regolatore accessorio agr S.aureus
AgrB• Peptide autoinducente AIP• Modificazione strutturale di AIP
AgrC• Sito di legame dell’AIP• Istidina chinasi• Attiva AgrA
AgrA•Trascrizione RNAII Agr sensing•Trascrizione di RNAIII fattori di virulenza
Tabella 2. 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
Tabella 1. 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, S.aureus
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
Infezioni batteriche croniche o persistenti
Polmonite associata a fibrosi cistica
• Biofilm di Pseudomonas aeruginosa
Caratteristiche cliniche dell’infezione
1. L’agente eziologico è ubiquitario e spesso risulta patogeno per un particolare gruppo di individui
2. I biofilm crescono lentamente e le infezioni sono spesso lente nel produrre sintomi evidenti
3. Raramente sono risolte dai meccanismi di difesa dell’ospite
4. I biofilm possono agire da focolai di infezioni acute
5. La terapia antibiotica convenzionale risulta inefficace
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 Gli antibiotici attualmente disponibili agiscono contro il fenotipo planctonico della cellula contro il fenotipo planctonico della cellula
batterica e non contro il biofilm.batterica e non contro il biofilm.
La scoperta di nuovi agenti antibatterici attivi La scoperta di nuovi agenti antibatterici attivi anche sui biofilm è un urgente obiettivo da anche sui biofilm è un urgente obiettivo da perseguireperseguire..
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 Osservazione della formazione del biofilm del ceppo di S. S. epidermidisepidermidis DSM 3269 tramite test qualitativo di adesione al tubo DSM 3269 tramite test qualitativo di adesione al tubo di vetrodi vetro
CAMERA A FLUSSO
Biofilm di 24h Dopo 30h di trattamento Dopo 48h di trattamento
(a) 25 μg/ml
(b) 2,5 μg/ml
Dopo 72h di trattamento
IMMAGINI AL MICROSCOPIO CONFOCALEIMMAGINI AL MICROSCOPIO CONFOCALE A SCANSIONE LASER DI A SCANSIONE LASER DI BIOFILMBIOFILM DI DI Escherichia coli Escherichia coli 20282028
Immagine al CLSM
Anti-biofilm activity
• Exp.22.11.06
cpd 1a, 1.5 μg/ml , 6h biofilm gallery
Inhibition of S.epidermidis 1457 biofilm formation after 24h
control 24h, section control 24h, 3D control 24h, volume
treated with 3.1% 5CC, section treated with 3.1% 5CC, 3D
Valutazione attività anti-biofilm nei confronti di un ceppo diS.epidermidis RP62A
a b
Immagine al Microscopio a fluorescenza
Attività antibiofilm: metodi MTT e crystal violetto (CV)
CV: misura la quantità di biofilm rimossaMTT: misura la capacità battericida del composto
% Inibizione = Densità ottica pozzetti controllo–Densità ottica pozzetti campione x 100 Densità ottica pozzetti controllo