Z resnim zmanjšanjem učinkov antibiotikov je lahko tvorba organiziranih skupnosti bakterijskih celic, znanih kot biofilmi, smrtonosna med operacijami in okužbami sečil. Raziskovalci Yalea so se pravkar približali razumevanju, kako se ti biofilmi razvijajo, in potencialno, kako jih ustaviti.
Biofilmi nastanejo, ko se bakterijske celice zberejo in razvijejo strukture, ki jih vežejo v gnečo snov. To lepilo lahko zaščiti celice pred zunanjim svetom in jim omogoči tvorbo kompleksnih kvazi organizmov. Biofilme je mogoče najti skoraj povsod, vključno z neopranimi tuš kabinami ali površinami jezer. Ker zaščitna lupina lahko prepreči morebitna zdravljenja, so biofilmi najbolj nevarni, ko vdrejo v človeške celice ali se oblikujejo na šivih in katetrih, ki se uporabljajo pri operacijah. Samo v ameriških bolnišnicah se na tisoče smrti pripiše okužbam kirurškega mesta in okužbam sečil, povezanih z biofilmom.
"Biofilmi so velik zdravstveni problem, ker so nekaj, zaradi česar je zelo težko obvladati bakterijske okužbe," je dejal Andre Levchenko, višji avtor študije, ki je bila objavljena 5. oktobra v Nature Communications.
Boj proti biofilmom je bil še posebej težaven, ker ni bilo dobro razumljeno, kako bakterijske celice preidejo od individualnega obnašanja do obstoja v kolektivnih strukturah. Vendar pa so raziskovalci v laboratoriju Levchenko, ki so sodelovali s kolegi na Univerzi v Kaliforniji v San Diegu, pred kratkim odkrili ključni mehanizem za tvorbo biofilma, ki zagotavlja tudi način za preučevanje tega procesa na nadzorovan in ponovljiv način.
Raziskovalci so zasnovali in izdelali mikrofluidne naprave in nove gele, v katerih so bile nameščene uropatogene celice E. coli, ki so pogosto vzrok za okužbe sečil. Te naprave so posnemale okolje v človeških celicah, ki gostijo napadalne bakterije med okužbami. Znanstveniki so ugotovili, da bi kolonije bakterij narasle do točke, ko bi jih stisnile bodisi stene komore, vlakna ali gel. Ta stres, ki ga sam ustvari, je bil sam po sebi sprožilec nastanka biofilma.
"To je bilo zelo presenetljivo, vendar smo videli vse stvari, ki bi jih pričakovali od biofilma," je dejal Levchenko, profesor biomedicinskega inženiringa John C. Malone in direktor Yale Systems Biology Institute. "Celice so proizvedle komponente biofilma in so nenadoma postale zelo odporne na antibiotike. In vse to je spremljal znak, da so bile celice pod biološkim stresom in da je stres izhajal iz te mehanske interakcije z okoljem.""
S tem odkritjem, je dejal Levchenko, lahko raziskovalci uporabljajo različne naprave, ki posnemajo druga celična okolja in raziskujejo nastanek biofilma v neštetih okoljih in okoliščinah. Naprave, predstavljene v tej študiji, lahko uporabljajo tudi za hitro, natančno in veliko število biofilmov na preprost, poceni in ponovljiv način. To bi omogočilo pregledovanje zdravil, ki bi lahko prekinila zaščitno plast biofilmov in jo razgradila.
"Imeti takšen model bolezni je nujen, če želite izvajati tovrstne poskuse za odkrivanje zdravil," je dejal. "Zdaj lahko gojimo biofilme v določenih oblikah in na določenih lokacijah na popolnoma predvidljiv način."
