Enfeksiyonel Hastalıklarda Biyofilm Tabakası

Bilim ile aydınlık geleceğe!

Enfeksiyonel Hastalıklarda Biyofilm Tabakası

Bir önceki yazımda *  mikroorganizmaların aralarında nasıl iletişim kurduğunu ve bu iletişim ile neler yapabildiklerini tartışmıştık. Bu durumda, biyofilm terimine biraz aşinayız ve biyofilm tabakası nedeniyle bazı enfeksiyon rahatsızlıklarının olabileceğini de tahmin edebiliriz. O zaman birkaç soru sorup cevaplarını inceleyelim. Biyofilm tabakası nasıl oluşur, oluşan bu tabakanın sebep olabileceği enfeksiyonel durumlar nelerdir ve biyofilm tabakası neden önemlidir?

Mikrobiyal enfeksiyon patogenezini anla­mak amacıyla yapılan önceki bilimsel araştırmalarda, patojen mikroorganizmaların sadece planktonik formları dikkate alınmaktaydı fakat bu çok ciddi bir yanılsamadır. Bu düşüncenin aksine, günü­müzde gelişen teknoloji ve mikroskobik yön­temler sayesinde mikroorganizmaların çok çeşitli yüzeylerde doğal olarak birikerek (canlı ya da cansız fark etmeksizin) yerleşik topluluklar oluşturdukları gösterilmiştir 1. Bu yerleşik topluluklara biyofilm adı verilmektedir.

Peki bu biyofilm tabakaları nasıl oluşur? Biyofilm oluşumu çok aşamalı bir süreçtir ve temelde organizmaların birbirlerini algılamasıyla (quorum sensing) gerçekleşir. Öncelikle planktonik formdaki hücre yüzeye bağlanır (1). Yüzeye bağlanan hücre tek katmanlı bir tabaka oluşturarak, ona gerekli korumayı sağlayacak olan hücre dışı matris üretir (2) ve kolonize olmaya başlar (3). Biyofilm tabakası olgunlaşarak içerdiği polisakkaritler nedeniyle karakteristik şekiller oluşturur (4). Son olarak ise biyofilme bağlı bazı hücreler bağlantısını keser ve biyofilm tabakasından ayrılır (5) 2 (Şekil 1).

Şekil 1 : Biyofilm yapısının oluşma adımları.

Bakteriyal enfeksiyonların yaklaşık %65’inin bakteriyal biyofilm yapısı ile ilişkili olduğu tahmin edilmektedir 4. Biyofilm oluşumuna birbirinden çok farklı sistemlerde denk gelebiliriz; dental yüzeyler, gıda endüstrisindeki üretim bandındaki kontaminasyonlar ve havalandırma sistemleri gibi. Bunun yanı sıra, tıbbi cihaz ve biyomateryaller üzerinde gerekse konakçı epitel hücreleri ve mukozal yüzeylerde oluşabilen biyofilmler, pek çok farklı hastalıkta rol sahibidir.

Kontakt lensler, birçok insanın kullandığı bir biyomateryal çeşidi olmasının yanı sıra mikrobiyal enfeksiyon oluşturmaya en yatkın yüzeylerdendir. Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus lense bağlanabilen başlıca bakterilerdendir 5.

Bireylerin günlük hayatta kullandıkları biyomateryaller dışında hastane tedavisi sırasında ya da sonrasında, bireyde enfeksiyon gelişmesi olasıdır. Hastane ortamında oluşan enfeksiyonlara hastane enfeksiyonu (nozokomiyal enfeksiyon) denilmektir. Bu çeşit enfeksiyonlarının etkenleri, hastane florasında bulunan dirençli mikroorganizmalardan oluşmaktadır. Metisilin-dirençli S. aureus, enteroklar, çoklu dirençli gram-negatif basiller en önemli hastane enfeksiyon etmenlerindendir 6.

Hastanede tedavi amaçlı vücuda takılan biyometaryallerin enfeksiyona sebebiyet verdiği durumlardan en yaygını santral venöz kateter kullanımıdır. Santral venöz kateter, kan örneği almak, serum-ilaç uygulamak gibi çeşitli işlevleri olan merkezi/ana toplardamarlar içerisine yerleştirilen bir kanüldür. Bu biyomateryal, mikroorganizmaların biyofilm oluşturması için çok müsaittir. Kateterizasyon konumu bakteri türüne etki ederken; süresi ise bakteri çeşidini etkiler 7,8. Örneğin, gram pozitif bakterilerden, S. epidermidis ve S. Aureus intravenöz sıvılarda iyi büyüme gösteremezken, suda yaşayabilen gram negatif bakterilerden P. aeruginosa, Enterobacter ve Klebsiella türleri bu çeşit sıvılarda büyüme göstermekteler. Kateter enfeksiyonları klinik olarak; deri enfeksiyonu (çıkış yeri enfeksiyonu), bakteriyemi, sepsis olarak ortaya çıkabilmektedir 9,10. Kan zehirlenmesi olarak bilinen sepsis, çoğunlukla bakteri kaynaklı bilinen en şiddetli enfeksiyon türüdür (Sepsis ile ilgili detaylı bilgi için; *).  

Konakçı epitel ve mukoza yüzeyindeki biyofilm oluşumuyla, P. Aeruginosa ve Burkholderia cepacia bakteri biyofilmleri kistik fibrozisli bireylerde ya da iyileşmeyen yaralarda kronik enfeksiyonlara sebep olmaktadır. Otitis media (orta kulak iltihabı) 11, periodontal hastalık (diş hastalığı) 12,13, rinosinüzit, cilt enfeksiyonları gibi diğer kronik enfeksiyonlar da biyofilm sebepli olabilmektedir.

Biyofilm tabakasının mikroorganizmalara kazandırdığı avantajlardan dolayı etkili ve hızlı müdahaleler gerektirmekteler. Özellikle hastane ortamında oluşan enfeksiyonlara sebep olan mikroorganizmaların çeşitli dirençleri bu enfeksiyonların tedavisini zorlaştırır. Geniş spektrumlu ve pahalı antibiyotikler ve ayrıca uzun süreli tedavi gerektirmekteler.  Hem insan ve toplum sağlığı hem de ekonomik açıdan yaratmış olduğu zararlı etkileri dolayısıyla, yüzey üzerinde bakteriyal birikime etki edebilecek yöntemlerin geliştirilmesine yönelik çalışmalar son yıllarda yoğun olarak yürütülmektedir 14.

Daha önceleri denenmiş, biyofilm dispersiyonu, quorum sensing inhibitörleriyle antibiyotik kombinasyonları ve tüm bu yeni tekniklerin bir karışımı gibi birkaç yenilikçi ve etkili antibiyotik stratejisi bulunmaktadır. Bu stratejiler önemli bir araştırma alanı oluşturmaktadır fakat henüz emekleme aşamasındadır ve klinik araştırmaları yapılmamasının yanı sıra ticari pazara da girmedikleri belirtilmektedir 15. Bunun yanı sıra, biyofilm yapısını bozmaya çalışılırken kullanılan kimyasalların yüksek dozdaki kullanımları biyomedikal uygulamalarda engel teşkil etmekte, endüstriyel sistemlerde ise çevresel sorunlara yol açmaktadır. Hücrelere zarar vermeyen ve yaygın olarak kullanılan antibiyotiklerle sinerjik olan evrensel maddeleri bulmaya dayanan yeni anti-biyofilm moleküllerinin yakın gelecekte piyasaya çıkacağı düşünülmektedir.

Sonuç olarak, çeşitli nedenler sonucunda oluşan biyofilm tabakasını konakçıya ve çevreye zarar vermeden yok etmek kolay bir işlem olarak görülmemektedir. Yeni bakış açılarını gerektiren bu duruma uygun yenilikçi tedavi yöntemi keşfi ümidiyle…

Kaynakça

  1. Jamal, M. vd. Bacterial biofilm and associated infections. J. Chinese Med. Assoc. 81, 7–11 (2018).
  2. Trafny, E. A. Biofilms and their role in infection pathogenesis. Postep. Mikrobiol. 47, (2008).
  3. Vasudevan, R. Biofilms: Microbial Cities of Scientific Significance. J. Microbiol. Exp. 1, (2014).
  4. Lewis, K. Riddle of Biofilm Resistance. Antimicrob. Agents Chemother. 45, 999–1007 (2001).
  5. Donlan, R. M. & Costerton, J. W. Biofilms: Survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clinical Microbiology Reviews (2002) doi:10.1128/CMR.15.2.167-193.2002.
  6. Keskin, F. & Karataş, N. Hastane enfeksiyonlari. Turk Hemsire. Derg. 36, 54–57 (1986).
  7. Lynch, A. S. & Robertson, G. T. Bacterial and fungal biofilm infections. Annual Review of Medicine (2008) doi:10.1146/annurev.med.59.110106.132000.
  8. Fux, C. A., Costerton, J. W., Stewart, P. S. & Stoodley, P. Survival strategies of infectious biofilms. Trends in Microbiology (2005) doi:10.1016/j.tim.2004.11.010.
  9. Yip, C. & Rotstein, C. Hickman catheter-related infections in patients with cancer. International Journal of Antimicrobial Agents (1998) doi:10.1016/S0924-8579(98)00038-7.
  10. Leblebicioğlu, H. & Öztürk, R. Santral Venöz Kateter İlişkili İnfeksiyonlar : Tanı ve Önlem Metodlarında Yeni Yaklaşımlar. 2, 97–105 (2002).
  11. Hall-Stoodley, L. vd. Direct detection of bacterial biofilms on the middle-ear mucosa of children with chronic otitis media. J. Am. Med. Assoc. (2006) doi:10.1001/jama.296.2.202.
  12. Schaudinn, C., Gorur, A., Keller, D., Sedghizadeh, P. P. & Costerton, J. W. Periodontitis: An archetypical biofilm disease. J. Am. Dent. Assoc. (2009) doi:10.14219/jada.archive.2009.0307.
  13. Chen, C. Periodontitis as a biofilm infection. J. Calif. Dent. Assoc. (2001).
  14. Hänsch, G. M. Host Defence against Bacterial Biofilms: “Mission Impossible”? ISRN Immunol. 2012, 1–17 (2012).
  15. Dincer, S., Masume Uslu, F. & Delik, A. Antibiotic Resistance in Biofilm. içinde Bacterial Biofilms (IntechOpen, 2020). doi:10.5772/intechopen.92388.

 

 

Yorumlar: 1

  1. Avatar Melda Karyelioğlu dedi ki:

    Keyifli ve bilgilendirici bir yazı olmuş!

Yorumunuzu ekleyin