VORMING EN VERSPREIDING VAN BIOFILMS
De ontwikkeling van de biofilm is goed georganiseerd en tijdens de ontwikkeling vindt intercellulaire en intracellulaire signalering plaats. Een panel van genen/eiwitten wordt zowel geüpreguleerd als gedownreguleerd voor aanhechting van bacteriën aan gastheercellen. Biofilm kan binnen 24 uur na aanhechting worden gevormd. Er zijn vijf belangrijke stappen voor de vorming en verspreiding van een biofilm (zie figuur 2). Na de aanhechtingsfase beginnen de bacteriën een (mono)laag te vormen en produceren zij een polymere matrixlaag ter bescherming. In de laatste fase beginnen sommige cellen of delen van de volgroeide biofilm zich los te maken en verspreiden zich opnieuw in het milieu als planktonische cellen. Zij kunnen elders in het lichaam een nieuwe cyclus van biofilmvorming starten (Guzmán-Soto et al., 2021).
Figure 1: Schematic representation for single bacterial species biofilm formation on a solid surface (AHV International, based on Guzmán-Soto et al., 2021)
BIOFILM EN HET IMMUUNSYSTEEM VAN DE GASTHEER
In het kort, biofilmvorming is een overlevingsstrategie of verdedigingsmechanisme voor bacteriën. Het is zeer moeilijk om biofilm uit te roeien met de beschikbare verscheidenheid aan algemeen bekende/gebruikte instrumenten, terwijl het immuunsysteem van het dier de bacteriën in een biofilm niet kan detecteren en fagocytoseren (Prakash et al., 2003).
Initiële infectie
Bacteriën dringen de gastheer binnen en veroorzaken een infectie en vormen een extracellulaire structuur – biofilm
Slapende periode
Biofilm “beschermt” de bacteriën binnen de slijmlaag, omdat het ondoordringbaar is voor antibiotica en immuuncellen
Chronische infectie
Wanneer de biofilm voldoende populatie heeft bereikt, keren de bacteriën in planktonvorm terug en veroorzaken zij terugkerende infecties
Dit betekent dat het immuunsysteem van de dieren alleen wordt geactiveerd door planktonbacteriën en niet door bacteriën die in de biofilm verborgen zitten. In situaties met allerlei stressoren zal het immuunsysteem van de dieren onderdrukt raken. Dan bestaat het risico dat bacteriën uit de biofilm planktonvormig worden, wat tot nieuwe uitdagingen zal leiden (zie figuur chronische infectie).
Figuur 3: Terugkeer van chronische infecties door immuunsuppressie in combinatie met biofilmvorming
Chronische biofilmvorming kan worden waargenomen bij melkkoeien; Streptococcus dysgalactiae, Streptococcus agalactiae, Streptococcus uberis en Escherichia coli (M.B. Melchior et al., 2006)
Varkens: Streptococcus Suis (Yang Wang et al., 2018. Clostridium perfringens (A. (Charlebois et al 2014). Avian Escherichia coli (APEC) (Kushal Grakh et al 2022).
Om dieren gezond te houden, moet biofilmvorming worden voorkomen.
BIOFILM IN RELATIE TOT DE ONTWIKKELING VAN ANTIMICROBIËLE RESISTENTIE (AMR):
Door de dichte polymere structuur van een biofilm zal de doordringing van antibiotica worden beperkt, met als gevolg dat er een gradiënt ontstaat onder het bactericide kritische niveau, wat resulteert in een snellere ontwikkeling van microbiële resistentie (Philip S. Stewart et al., 2002 / Niels Høiby et al., 2009). Deze subinhibitoire concentraties van veel antibiotica zijn in staat om biofilmvorming door pathogenen te bevorderen (Kaplan, 2011). Daarom is ongeveer 80% van de chronische en terugkerende microbiële infecties in het lichaam te wijten aan bacteriële biofilm. Microbiële cellen binnen biofilms blijken 10-1.000 keer meer antibioticaresistent te zijn dan de planktonische cellen (Abranches J., 2011).
