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