Biyofilm Enfeksiyonları ve Mikrobiyota ile İlişkisi

Biyofilm Enfeksiyonları ve
Mikrobiyota ile İlişkisi
Doç.Dr. Meral KARAMAN
Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi
Tıbbi Mikrobiyoloji AD.
meral.karaman@deu.edu.tr
PUADER 2017
Sunum içeriği
•
•
•
•
Biyofilm nedir?
Biyofilm mimari yapısının özellikleri nelerdir?
Biyofilm enfeksiyonları neden önemlidir?
Biyofilm yapı-mikrobiyota ilişkisi
PUADER 2017
Biyofilm - Biyofilm mimari yapısı
• Antonie von Leeuwenhoek (17.yy) Kendi diş plağı
kazıntılarını kendi yaptığı mikroskopta inceleyerek
bakterileri gösteren bilim adamı
Diş plağı
(Biyofilm)
içindeki küçük
hayvancıklar
PUADER 2017
Biyofilm nedir?
• Mikroorganizmaların; Cansız ya da canlı yüzeylere geri dönüşümsüz
olarak tutunup çoğalması,ekstrasellüler polimerik yapıdaki matriks
(EPS) içinde birbirleriyle haberleşerek (Quorum sensing; hücreler
arası iletişim), gen transkripsiyonu gibi özellikler kazandığı
mikroorganizma topluluğudur.
• Planktonik (serbest) mikroorganizmalara göre farklı fenotipik
özellikler gösterirler.
• Biyofilm yapının yaklaşık % 10’u mikroorganizmalardan, % 90’ı ise
EPS’den oluşur.
• EPS yapısında; ekzopolisakkaritler, hücre dışı yapısal ve fonksiyonel
proteinler, hücre dışı DNA (eDNA), yüzey aktif maddeler ve lipitler
gibi farklı biyopolimerler su fazında kümelenmiş halde bulunur.
PUADER 2017
Su kanalları; besinlerin dağıtılmasında, atıkların temizlenmesinde
rol oynar. Biyofilme özgü ilkel bir dolaşım sistemidir
Marks LR . Infect Immun. 2012;80(8):2744-60.
PUADER 2017
Biyofilm mimarisi oluşum basamakları
%10-25 bakteri,
%90-75 EPS.
Biyofilm kalınlığı
Yüzeye geri
dönüşümsüz
bağlanma
Mikrokoloni oluşumu
Adezinler yüzeye ve
diğer hücrelere bağlanır,
QS ile EPS üretimi başlar
PUADER 2017
Olgunlaşma evresi
Biyofilm mimarisi
tamamlanmış
Biyofilm kalınlığı
100 μm
Biyofilmden
kopmalar
(Yeni biyofilm ve
enfeksiyon
odaklarına kaçış)
Biyofilm enfeksiyonları neden
önemlidir?
• Mikroorganizmalar %65 -80 oranında biyofilm yapı oluşturarak yaşar
ve enfeksiyon oluştururlar.
• Bakteriler dışında funguslar,protozoonlar, viruslar, algler de bu
kompleks yapıya dahil olabilirler.
• Açlık sınırında yaşar, yavaş çoğalırlar, iletişimleri çok güçlüdür. (EPS,
biyofilmi oluşturan mikroorganizmaların hareketlerini yavaşlatarak
birbirleriyle yakın ilişkide tutar.)
• Biyofilmde büyüyen bakteriler aynı izolatın serbest formda
büyüyenlerine göre antibiyotik ve dezenfektanlara daha dirençlidir
(100-1000 kat)
• Biyofilmin erken dönemlerinde (ilk 24 saat) biyofilm topluluğu
seçilmiş antimikrobiyallere daha duyarlı iken, biyofilm maturasyonu
tamamlanmaya başladıkça (48 saat) direnç artmaktadır
PUADER 2017
Anwar, H.Antimicrob Agents Chemother, 36,1347–1351
Stewart PS.Lancet, 358,135–138
Biyofilm enfeksiyonları neden
önemlidir?
• Konağın bağışıklık sisteminden korunan biyofilm içindeki
bakteriler biyofilmin tabanında azalan oksijen miktarına bağlı
olarak,
«metabolizmalarını yavaşlatır ve yavaş büyürler,
«penetrasyon bariyeri oluştururlar,
«matriks yapısı ile geçişi engellerler,
«beta laktamaz üretirler
• Aminoglikozit ve karbapenem grubu antibiyotikler bakteride
ekzopolisakkarit alginat üretimini uyarabilir, biyofilm hacminde
artışa neden olabilir.
PUADER 2017
Bagge NAntimicrob Agents Chemother 2004; 48(4): 1175-87.
Hoffman LR. Nature 2005; 436(7054): 1171-5.
Kopma bölgesi (aerobik zon,
metabolizma hızlı, bakteri hücresi
yanısıra EPS, enzimler, DNA… içeriyor.)
Biyofilmin çekirdeği (anaerobik zon,
metabolizma yavaş, çekim
kuvvetleri ile birbirine tutunma)
Biyofilmin temeli
(genellikle ölü
bakteriler.)
Çekim kuvvetleri,
Van der Waals bağları,
hidrojen bağları
PUADER 2017
Biyofilm ile ilişkili hastalıklar
• Kateter (trakeal, damar, üriner, •
•
şant) enfeksiyonları
•
• Protezler, implantlar
•
•
• Kalp pili
• Kistik fibrozis
Osteomiyelit
Vajinal tamponlara bağlı TSS
Prostatit
Yara yeri enfeksiyonları
Sonda vb uygulamalar ile
üriner sistem enfeksiyonları
• Nekrotizan fasiit
• Safra yolu enfeksiyonları
• Kronik otitis media
• Dental plaklar
• Kronik sinüzit
• Greft enfeksiyonu
• Sütür enfeksiyonu
• Endokardit
PUADER 2017
İnsan mikrobiyotası;
• Patojen bakterilere karşı enfeksiyondan korur;
– Patojen mikroorganizmaların giriş yollarını kapatarak bariyer
görevi görür,
– Reseptörlere bağlanmak için onlarla yarışır,
– Adezyonunu önleyen bazı maddeler (müsin) üretir,
– Ortamdaki besin kaynakları için onlarla yarışır,
– Antimikrobiyal maddeler (bakteriyosin, katelisidin…) üretir,
– Metabolik ürünler oluşturur,
– Bağışık yanıtı uyarır;
• Doğal bağışıklık yanıt hücrelerini uyarır; NK hücreler, DC, doğal
lenfoid hücreler, nötrofiller
• Edinsel bağışık yanıt hücrelerini uyarır; IgA, Th17, Treg
PUADER 2017
Biyofilm yapı-mikrobiyota ilişkisi
• Yaşamın her anında bakteriyemi ile karşı karşıyayız. Sağlıklı bir birey
gün içinde defalarca mikroorganizma saldırısı ile karşılaşıyor. (Diş
fırçalarken, traş olurken, kaşınırken, herhangi bir travma sırasında)
• Doğal ve kazanılmış bağışık yanıt bu saldırılarla baş edebilir.
• Katater, stent, yapay kalp kapağı, ortopedik protez veya ölü dokular
enfeksiyon hastalığının oluşması için uygun zemin hazırlar
Tutunmayı engelleyen mekanizmalardan biri normal mikrobiyota
PUADER 2017
Mikrobiyota-AMP
PUADER 2017
Round JL. Nat Rev Immunol 2009; 9(5): 313-323.
Round JL. Nat Rev Immunol 2009; 9(5): 313-323.
Th1 / Th17 inflamatuvar bağışıklık yanıtının bastırılması, Staphylococcus aureus
kronik biyofilm enfeksiyonunun gelişmesini engeller.
PUADER 2017
Round JL. Nat Rev Immunol 2009; 9(5): 313-323.
PUADER 2017
Mikrobiyal biyofilmler
dost mu düşman mı
• Biyofilm yapma özelliği sadece patojenlere özgü değildir.
• Laktik asit bakterileri (LAB) (Örn;Lactobacillus plantarum,
Enterococcus casseliflavus ) biyofilm yapma özellikleri vardır.
• LAB biyofilmlerinin patojen bakterilerin hem planktonik hem
de biyofilm yapıları üzerine inhibitör etki gösterdikleri
bildirilmiştir.
• Son yıllarda probiyotik biyofilmlerin özellikle gıda endüstrisi
alanında kullanımı üzerine yoğunlaşılmıştır.
PUADER 2017
Kermanshahi RK. Appl Food Biotechnol 2015; 2: 11-19.
Aoudia N. Food Microbiol 2016; 53, 51-59.
Guerrieri E. Food control 2009; 20(9):861-865
Mikrobiyal biyofilmler
dost mu düşman mı
ANCAK;
• Biyofilmin karmaşık mimari yapısı içinde patojenlerin yanısıra
mikrobiyota elemanları da bulunabilir.
• Biyofilm yapı içindeki mikroorganizmalar, mikrobiyota
tarafından üretilen karbon, nitrojen gibi besinlerden
faydalanarak ve bir takım düzenleyici sinyaller ile kendi
çoğalmalarını, virülanslarını arttırabilirler.
PUADER 2017
Guerrieri E. Food control 2009; 20(9):861-865
PUADER 2017
PUADER 2017
PUADER 2017
Gelecekte hedef QS-biyofilm yapı mı
PUADER 2017
Ann Rev Med 2013;64: 145
Mikrobiyota kistik fibrozis ilişkisi
• Alt solunum yollarında virüs, bakteri, mantar ve fajlar adezinleriyle
hem epitel yüzeyinde hem de mukus yüzeyinde yerleşiktir.
• Bronşlarda 2000 genom/cm2 bulunmaktadır.
• Patojeler ile birlikte 140 farklı m.o ailesi bulunmaktadır.
• Üst ve alt solunum yolları mikroplarla sürekli temas halindedir.
• Üst ve alt solunum yolu mikrobiyotaya (Pseudomonas spp.,
Acinetobacter spp, Fusobacterium spp, Staphylococcus spp,
Streptococcus spp.) sahiptir.
• Nazal mukusda salgılanan lizozim antimikrobiyaldir, nazal kıllara
yakalanan mikroplar burada etkisizleştirilir.
• Akciğere ulaşan patojenler goblet hücrelerince üretilen mukusa
yakalanarak silialı epitel hücreler tarafından süpürme yoluyla
balgama çevrilip veya refleksle akciğerden uzaklaştırılır.
PUADER 2017
Mikrobiyota kistik fibrozis ilişkisi
• Florada Streptococcus pyogenes, Haemophilus influenzae,
Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis ve Staphylococcus
aureus gibi patojen türler yer alır. Bunların eğer akciğer bariyeri
hasarlanırsa lümenden steril alana girerek ciddi enfeksiyon
hastalıklarına yol açar. Bu nedenle akciğer mikrobiyotasında simbiyont
ve patobiyontların sağlıklı oranlarda bulunması, böylece mukozanın
gereksiz yangısal reaksiyonlara girmemesi hayati önemdedir.
• Kistik fibrozda, kronik obstruktif akciğer hastalığında ve astımda
mikrobiyota değişmiş olduğundan hasta enfeksiyonlara açık hale gelir.
• Bağırsaktaki mikrobiyotanın kısa-zincirli-yağ asidi üreten hale
değişmesi durumunda akciğer mikrobiyotasının kompozisyonu
değişerek alerji gelişir.
PUADER 2017
Konak, mikrobiyota ve çevresel faktörler
arasındaki etkileşimler
Mikrobiyotanın
düzenleyicileri
Antibiyotikler
Prebiyotikler
Probiyotikler
(Fekal
transplantasyon)
Mikrobiyota
Konak
Çevresel
faktörler
Stres
Yaşam biçimi
Beslenme alışkanlıkları
Genetik zemin
Bağıışıklık sistemi
Hormonlar
PUADER 2017
Ann Rev Med 2013;64: 145
Sonuç olarak;
• Hastalıklar ile mücadelede tek tek
mikroorganizmaları değil biyofilm mimarisini ve
bu yapı içinde quorum sensing sistemlerini hedef
almak daha doğru bir yaklaşım olabilir.
• Mikroorganizmalar ve enfeksiyon hastalıkları ile
mücadelede yeni yaklaşımlara ihtiyacımız
olduğunu biliyoruz. Bu yeni yaklaşımların odağına
mikrobiyota yerleşmiştir.
• Akılcı ilaç kullanımı insan sağlığının her alanında
göz ardı edilmemelidir.
PUADER 2017
İlginiz için teşekkür ederim.