Bakterielle samfunn som kalles biofilmer, kan raskt tette medisinske enheter som stenter, katetre og vannfiltre ved å danne 3-dimensjonale streamere som blokkerer strømning. Funnet vil informere fremtidige tilnærminger for å hindre at biofilmer forårsaker potensielt dødelige tresko.
Bakterier som strømmer gjennom et rør danner en grønn biofilm på veggene. Bakterier merket rødt som strømmer gjennom kammeret etterpå, blir fanget i en klebrig matrise, som danner streamere som tetter av kanalen. Bildekilde: Knut Drescher.
Biofilmer er komplekse, flerlagsgrupper av bakterier og andre mikrober. De kan danne seg på biologiske overflater som tenner eller på medisinske enheter, som katetre og stenter, i kroppen. Bakterier i biofilmer er resistente mot antibiotika og kan forårsake alvorlige infeksjoner.
Et forskningsteam ledet av drs. Howard A. Stone og Bonnie L. Bassler fra Princeton University satt opp for å bedre forstå egenskapene til biofilmer. P. som danner biofilmer i jord, elver og kloakk, samt på medisinsk utstyr. I stedet for å bruke standard Petri-tallerkener eller -flasker til forskning, utviklet gruppen et spesielt flytsystem som etterliknet virkelige forhold. De merket bakterier med en grønn merke og observerte dem under et mikroskop da de flommet gjennom et smalt rør med mange bøyninger. Arbeidet ble finansiert delvis av NIHs Nasjonalt institutt for generell medisinsk vitenskap (NIGMS).
at bakteriene raskt vokste og akkumulerte, dannet en biofilm på rørets vegger innen ca. 40 timer. Oppbyggingen av denne biofilmen påvirket imidlertid ikke i stor grad strømmen gjennom røret.
Bakteriene i biofilmer er forbundet med hverandre av en matrise av forbindelser de produserer kalt ekstracellulære polymerstoffer. Forskerne fant at bakteriene på rørveggene kaster denne molekylære matrisen, noe som gir et nettverksnett i røret.
Forskerne merket en annen gruppe bakterier med en rød etikett og overvåket dem da de flommet gjennom samme rør. Disse bakteriene ble fanget i mesh netting og dannet 3-D streamers. Streamers brodde mellomromene mellom bøyene i røret, tette røret inn i så lite som 30 minutter.
Forskerne fant at bakteriene kunne danne streamers i kunstig jord og i mesh tilsvarende det som finnes i vannfiltre. Biofilm streamers dannet også på blanke metallstenter innen 12 timer, spenner over hullene i trådnetet. Disse resultatene tyder på at biofilm streamers er vanlige i naturen og kan blokkere flyt i et bredt spekter av industrielle og medisinske omgivelser.
For meg var overraskelsen hvor raskt biofilmstrømmerne forårsaket fullstendig tilstopping, ”sier Stone. re var ingen advarsel om at noe dårlig skulle skje.
Forskerne testet også flere gener som var knyttet til biofilmformasjon i tidligere studier. Når slettet, påvirket bare en delmengde av gener biofilmformasjonen under strømningsbetingelser. Disse resultatene understreker betydningen av å bruke virkelige forhold for å teste metoder for forebygging og behandling av biofilmer.
