Majoritatea bacteriilor duc o „viață socială“ activă, comunică între ele (schimbă informații) şi au capacitatea de a crea comunități. Schimbul de informații începe în momentul interacțiunii cu factorii agresivi (dezinfectante, antibiotice etc.) sau dacă pH-ul mediului de dezvoltare suferă modificări. Odată ce încep discuțiile, bacteriile devin conştiente de densitatea lor şi încep să se asocieze în biofilme.
Biofilmele sunt straturi subțiri de bacterii și alte microorganisme fixate într-o matrice polizaharidică (foarte rezistentă), care au capacitatea de a adera la suprafețe organice sau anorganice, de a se deplasa şi mai ales de a proteja comunitățile microbiene de acțiunea potențial distructivă a antibioticelor, antifungicelor sau a moleculelor sistemului imunitar.
În natură, 99% dintre microorganisme supraviețuiesc sub formă de biofilme, acestea fiind responsabile de peste 80% din infecțiile microbiene umane, inclusiv de infecțiile nozocomiale.
Comunicarea, factor esențial nu numai în timpul formării biofilmului, ci şi în interiorul acestuia, se face printr-un sistem de semnalizare intercelulară numit quorum sensing, care presupune transmiterea unor semnale electrice cu ajutorul unor proteine denumite „canale de ioni“ (proces folosit şi în comunicarea dintre neuroni). Acest proces permite microorganismelor să monitorizeze mediul înconjurător pentru prezența altor bacterii sau fungi, le permite să răspundă la fluctuațiile de număr şi/sau de specii prezente prin modificarea expresiei genelor pentru a obține un comportament coordonat, particular, al populației microbiene prezente în biofilm.
Bacteriile detectează hormonii de stres
Organizate în biofilm, bacteriile sunt capabile să detecteze hormonii de stres şi citokinele inflamatoare din organism, care le dau indicii privind vulnerabilitatea corpului gazdă şi momentul prielnic pentru a se separa de biofilm şi a declanşa un atac invadator.
Biofilmele se formează în aproximativ 2 zile şi pot adera atât la suprafețele naturale, cât şi la cele artificiale (metale, dinți, catetere urinare, lentilele de contact, dispozitivele intrauterine, pacemakere, stenturi, diverse implanturi).
Un aspect fascinant pentru cercetători, dar cu reale implicații în studierea posibilităților de distrugere a microorganismelor patogene, este comunicarea microbiană în cadrul biofilmului. Aceasta funcționare a unei colonii de miliarde de microorganisme, prin calea de comunicare şi prin modul de sincronizare a acțiunilor, este asemănătoare funcționării creierului uman.
Această comunicare se face nu doar între microbii aparținând aceleiaşi specii, ci şi între cei aparținând speciilor diferite, prin semnale chimice (substanțe secretate cu rol de mesageri). În cazul biofilmului, când semnalele chimice ajung la concentrații mari, traversează membranele celulare şi induc modificări în activitatea genetică (activarea anumitor gene se face doar atunci când populația bacteriană este suficient de numeroasă). Astfel, anumite bacterii vor produce toxine doar atunci când sesizează (prin procesul de semnalizare celulară) că sunt suficient de multe ca să supraviețuiască mecanismelor de apărare ale gazdei. Totodată, ca urmare a comunicării intercelulare, bacteriile de la exteriorul biofilmului, singurele care au acces la substanțele nutritive din mediu, încep să trimită aceşti nutrienți microorganismelor aflate în centrul coloniei. Astfel, acestea vor fi menținute în viață și vor supraviețui totodată acțiunii antibioticelor.
Pornind de la modelul şi implicațiile comunicării intermicrobiene, cercetătorii studiază în prezent, ca alternativă la antibioticele şi antimicrobienele clasice (care nu mai au rezultat), posibilitatea utilizării unor metode (substanțe care mimează acțiunea moleculelor quorum sensing sau curenți electrici care să bruieze semnalizarea), care să împiedice formarea biofilmelor prin întreruperea transmiterii electrice a semnalelor intercelulare, respectiv prin întreruperea comunicării.
Surse:
- ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16212498
- sciencedaily.com/releases/2016/01/160114214211.htm
- ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3910516/
- dx.doi.org/10.1128/JB.00486-08
- dx.doi.org/10.1128/JB.00486-08
- dx.doi.org/10.1146/annurev-genet-102108-134304.
