BILDUNG UND AUSBREITUNG VON BIOFILMEN
Die Entwicklung des Biofilms ist gut organisiert, und während der Entwicklung kommt es zu interzellulären und intrazellulären Signalübertragungen. Eine Reihe von Genen/Proteinen wird für die Ansiedlung der Bakterien auf den Wirtszellen sowohl hoch- als auch herunterreguliert. Der Biofilm kann innerhalb von 24 Stunden nach der Ansiedlung gebildet werden. Es gibt fünf Hauptschritte für die Bildung und Ausbreitung von Biofilmen (siehe Abbildung 2). Nach der Ansiedlungsphase beginnen die Bakterien eine (Mono-)Schicht zu bilden und eine polymere Matrixschicht zum Schutz zu produzieren. In der Endphase beginnen einige Zellen oder Teile des herangereiften Biofilms sich abzulösen und sich als Planktonzellen wieder in der Umwelt zu verbreiten. Sie können an anderer Stelle im Körper einen neuen Zyklus der Biofilmbildung beginnen (Guzmán-Soto et al., 2021).
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Biofilmbildung einer einzelnen Bakterienart auf einer festen Oberfläche (AHV International, basierend auf Guzmán-Soto et al., 2021)
BIOFILME UND DAS WIRTSIMMUNSYSTEM
Kurz gesagt, die Biofilmbildung ist eine Überlebensstrategie oder ein Verteidigungsmechanismus der Bakterien. Es ist äußerst schwierig Biofilme mit den allgemein bekannten/verwendeten Instrumenten zu eliminieren, während das Immunsystem des Tieres die Bakterien innerhalb eines Biofilms nicht erkennen und phagozytieren kann (Prakash et al., 2003).
Initiale Infektion
Bakterien dringen in den Wirt ein, verursachen eine Infektion und bilden eine extrazelluläre Struktur – den Biofilm
Ruhende Periode
Biofilm “schützt” die Bakterien im Inneren, da er für Antibiotika und Immunzellen undurchdringlich ist
Chronische Infektion
Bei Erreichen einer ausreichenden Population kehren die Bakterien im Biofilm in den planktonischen Zustand zurück und verursachen wiederkehrende Infektionen
Das bedeutet also, dass das Immunsystem der Tiere nur durch Planktonbakterien getriggert wird und nicht durch Bakterien, die im Biofilm versteckt sind. In Situationen, in denen Stressfaktoren jedweder Art auftreten, wird das Immunsystem der Tiere unterdrückt, so dass die Gefahr besteht, dass Bakterien aus dem Biofilm planktonisch werden, was zu neuen Problemen führt. (siehe Abbildung 3).
Abbildung 3: Wiederauftreten von chronischen Infektionen durch Immunsuppression in Kombination mit Biofilmbildung
Chronische Biofilmbildung kann bei folgenden Problemen beobachtet werden: Milchkühe: Streptococcus dysgalactiae, Streptococcus agalactiae, Streptococcus uberis und Escherichia coli (M.B. Melchior et al, 2006,)
Schwein: Streptococcus Suis (Yang Wang et al. 2018.) Clostridium perfringens (A. Charlebois et al 2014). Avian Escherichia coli (APEC) (Kushal Grakh et al 2022).
Um die Gesundheit der Tiere zu erhalten, muss die Bildung von Biofilmen verhindert werden.
Biofilm in Bezug auf die Entwicklung antimikrobieller Abwehrkräfte (amr):
Aufgrund der dichten Polymermatrix von Biofilmen ist das Eindringen von Antibiotika begrenzt, so dass sich ein Gradient unter dem bakteriziden kritischen Wert bildet, was zu einer schnelleren Entwicklung der mikrobiellen Abwehrkräfte führt. Philip S. Stewart, et al 2002 / Niels Høiby et al 2009. Diese subinhibitorischen Konzentrationen vieler Antibiotika sind in der Lage, die Biofilmbildung von Krankheitserregern zu fördern (Kaplan 2011). Daher sind etwa 80 % der chronischen und wiederkehrenden mikrobiellen Infektionen im Körper auf bakterielle Biofilme zurückzuführen. Mikrobielle Zellen in Biofilmen haben eine 10-1000-mal höhere Widerstandskraft gegen Antibiotika gezeigt als Planktonzellen (Abranches J 2011).
