Introduction
Ein Biofilm ist eine architektonische Kolonie von Mikroorganismen innerhalb einer Matrix aus extrazellulärer polymerer Substanz, die sie produzieren. Biofilme enthalten mikrobielle Zellen, die aneinander und an einer statischen Oberfläche (lebendig oder nicht lebendig) haften. Bakterielle Biofilme sind in der Regel pathogener Natur und können Krankenhausinfektionen verursachen. Die National Institutes of Health (NIH) haben herausgefunden, dass von allen mikrobiellen und chronischen Infektionen 65 % bzw. 80 % mit der Bildung von Biofilmen in Verbindung stehen.
Das Bild zeigt eine Biofilmkolonie.
Ein weit verbreitetes Missverständnis über mikrobielles Leben ist, dass Bakterien als einzelne Organismen in einem “planktonischen Zustand” existieren. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich Mikroorganismen auf einer Vielzahl von Oberflächen ansammeln und dort sesshafte Gemeinschaften bilden. Zu diesen Oberflächen gehören Biomaterialien wie Kontaktlinsen, medizinische Geräte einschließlich Implantate und Urinkatheter. Die bakterielle Kontamination von Implantaten und prothetischen medizinischen Geräten, die Infektionen verursacht, kann lebensbedrohlich sein und zu Geräteversagen, chronischen Infektionen und hohen Mortalitäts- und Morbiditätsraten führen.
Infektionen im Zusammenhang mit Biofilmen
Schätzungsweise 65 % aller bakteriellen Infektionen sind mit bakteriellen Biofilmen verbunden. Dazu gehören sowohl geräteassoziierte als auch nicht geräteassoziierte Infektionen. Dazu gehören:
- Gerätebedingte Infektionen (gerätebedingte Infektionen bei 2% der Gelenkersatzstücke, 4% bei Herzklappen, 10% bei ventrikulären Shunts, 40% bei kammerunterstützten Geräten)
- Native Klappenendokarditis
- Zentrale Venenkatheter
- Harnwegsinfektionen
- Zellulitis
- Perodontitis
- Osteomyelitis
- Mukoviszidose-Infektionen
- COPD-Infektionen (chronisch obstruktive Lungenerkrankung)
- Otitis media
- Rhinosinusitis
- Nichtheilende chronische Wunden
- Meningitis,
- Im Krankenhaus erworbene Lungenentzündung
- Clostridium-Difficile-Infektion CDI
- Niereninfektionen,
Gegenwärtige Behandlungsansätze
Bei Patienten bilden sich Biofilme, die gegen die körpereigenen Abwehrkräfte des Wirts resistent sind. Biofilme, die Infektionen verursachen, sind progressiv und können in einigen Fällen zu einem chronischen Problem werden. Sie werden mit einer Kombination aus antibakteriellen Therapien und Gewebedebridement behandelt. Bei Implantat-assoziierten Infektionen umfasst die Behandlung die Verabreichung von hochdosierten Antibiotika je nach Schwere der Infektion, und wenn die Symptome anhalten, muss ein chirurgischer Ersatz erfolgen.
Nachteilig ist, dass die hohen Dosen von Antibiotika, die zur klinischen Behandlung von Biofilmen eingesetzt werden, auch zur Entwicklung von antibiotikaresistenten Bakterienstämmen beigetragen haben. Es hat sich auch gezeigt, dass einige Bakterien in Biofilmen, die so genannten “Persisterzellen”, ruhende Varianten sind, die eine Antibiotikatoleranz aufweisen und aktiv werden können, wenn die Therapie abgesetzt wird.
Siehe auch Infektionskontrolle
Future Directions
Aufgrund der weiten Verbreitung von Biofilmen bei Krankheiten und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber zahlreichen antimikrobiellen Behandlungen erhält die Biofilmforschung mehr Aufmerksamkeit. Aufgrund der zunehmenden antimikrobiellen Resistenz verlagert sich der Schwerpunkt der aktuellen Forschung von der gezielten Bekämpfung des Bakterienwachstums bzw. der Bakterienteilung, die zum Zelltod oder zur Ruhephase führt, hin zu neuartigen Ansätzen.
Die folgenden 4 Videos (insgesamt ca. 10 Minuten) zeigen einige dieser neuartigen Ansätze, sehen Sie sich diese an.
- 1.0 1.1 Jamal M, Ahmad W, Andleeb S, Jalil F, Imran M, Nawaz MA, Hussain T, Ali M, Rafiq M, Kamil MA. Bakterieller Biofilm und damit verbundene Infektionen. Journal of the Chinese Medical Association. 2018 Jan 1;81(1):7-11. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1726490117302587 (last accessed 7.10.2019)
- British Society for Immunology Biofilms and their role in pathogenesis Available from: https://www.immunology.org/public-information/bitesized-immunology/pathogens-and-disease/biofilms-and-their-role-in (last accessed 7.10.19)
- 3.0 3.1 Khatoon Z, McTiernan CD, Suuronen EJ, Mah TF, Alarcon EI. Bakterielle Biofilmbildung auf implantierbaren Geräten und Ansätze zu deren Behandlung und Prävention. Heliyon. 2018 Dec 1;4(12):e01067. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6312881/ (last accessed 7.10.19)
- biofilm What Are Bacterial Biofilms? A Six Minute Montage Available from: https://www.youtube.com/watch?v=lpI4WCM_9pM (last accessed 7.10.19)
- NIH Metabolomics of Bacterial Biofilms Available from: https://www.youtube.com/watch?v=0DSA_8t4-UA&feature=youtu.be (last accessed 8.10.2019)
- UTSWmed Breakthrough discovery to treat prosthetic joint infections Available from: https://www.youtube.com/watch?v=2LDNrZldtAU&app=desktop (last accessed 8.10.2019)
- MicroGen DX Javad Parvizi, MD on Biofilm Infections and Next-Gen Sequencing Available from: https://www.youtube.com/watch?v=8X5SIVbsoao (last accessed 8.10.2019)
- Vomaris Innovations Wound Biofilm Formation and Disruption by Electric Field Available from: https://www.youtube.com/watch?v=xO9LkAAdooU&app=desktop (last accessed 8.10.2019)