Il termine biofilm è usato per descrivere una
comunità microbica protetta da matrici
polimeriche autoprodotte e aderenti ad una
superficie
Dispositivi medici
impiantabili





Lenti a contatto
Valvole cardiache
Protesi ortopediche
Cateteri vascolari
Impianti dentali
Tessuti
dell’ospite
Cateteri vascolari
Protesi ortopediche
Protesi dentarie
Biofilm di Staphylococcus epidermidis
catetere
pacemaker
FORMAZIONE DEI BIOFILM
L’ adesione dei batteri
alla superficie dipende:
Proteine
di superficie
del batterio
Proteine
dell’ospite
Tipo e natura
del dispositivo
 Trattato o non con
rivestimento idrofilo o idrofobo
 Presenza di microfratture e
microcavità
ATTACCO DEI BATTERI
ALLE PROTEINE DELL’OSPITE
 Fibrinogeno
 Fibronectina
 Vitronectina
 Fattore Von Willebrand
 Albumina
PROTEINE DI SUPERFICIE DEL BATTERIO
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.
[email protected]
The 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.





SSP1 – SSP2
CflA – CflB
AAP
BAP
Bhp
 AtlE
J Infect Dis. 2003 Sep 1;188(5):706-18. 2003
 PIA
(polisaccaride intercellulare adhesin)
 Acidi teicoici
Proteine di superficie di S.aureus
Adesine proteiche della famiglia MSCRAMM
(Microbial Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecules)
Proteina legante il Fibrinogeno
Proteina legante la Fibronectina (FnBPA – FnBPB)
Proteina legante il Collagene
(Cna)
Fattori agglutinanti
(CflA – CflB)
Polisaccaride I
80%
Omoglicano lineare di 130 residui di
N-acetilglucosammina con legami ß 1,6
Il 20% sono deacetilati e caricati positivamente
PIA
Polisaccaride II
20%
Ceppi PIA positivi
Resistenti all’azione
del sistema di difesa dell’ospite
Residui di N-acetilglucosammina
deacetilati esteri fosforici e succinici
 Protegge il biofilm dal
sistema di difesa dell’ospite
 Adesina intercellulare
Slime
Ceppi PIA negativi
Sensibili all’azione
del sistema di difesa dell’ospite
PROCESSO DI FORMAZIONE
DEL BIOFILM NEI BATTERI GRAM NEGATIVI
Comunità planctonica
Comunità sessile
Il processo è regolato dal
Quorum Sensing
• 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
QUORUM
Quorum sensing
nei Gram positivi
AUTOIDUTTORI
Gram Negativi
Gram Positivi
Biofilm e infezioni nell’uomo
Infezioni o malattia
Biofilm (specie batterica principale)
Carie dentali
Cocchi Gram-positivi acidofili
(es., Streptococcus)
Periodontite
Flora 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.
OBIETTIVO DA PERSEGUIRE
NUOVI AGENTI ANTIBATTERICI ATTIVI ANCHE SUI BIOFILM
MECCANISMI DI RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI
Crescita lenta
per
cambiamenti
chimico-fisici
nel biofilm
Crescita lenta
per riduzione
di nutrienti
Sviluppo di un
fenotipo
biofilm
specifico
Barriera
meccanica
Nel biofilm possono esprimersi meccanismi di resistenza diversa
 Cellule superificiali
Protette dallo SLIME
 Cellule intermedie
Crescita rallentata
 Cellule più profonde
Esprimono un fenotipo biofilm specifico
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