Bakteriální biofilm jako komplikace léčby respiračních onemocnění

Zvýšená odolnost patogenů

Existence ve formě biofilmu poskytuje mikroorganismům řadu výhod a umožňuje jim přežití i v náročných podmínkách. Tvorba biofilmu zvyšuje odolnost vůči obranným mechanismům hostitelského imunitního systému a také vůči použité léčbě, k čemuž přispívá řada faktorů. Biofilm je tvořen heterogenním společenstvím mikrobiálních buněk v rozdílném fyziologickém a metabolickém stavu a dále se také u mikrobiálních buněk ve formě biofilmu podstatně mění exprese některých genů ve srovnání s buňkami planktonními.

Role extracelulární matrix

Zásadním faktorem je extracelulární polymerní matrix produkovaná buňkami biofilmu, která může tvořit až 90 % biofilmové biomasy. Vlastnosti extracelulární matrix se u jednotlivých biofilmů liší, obecně je však možné říci, že je tvořena polysacharidy, proteiny, lipidy a v některých případech i extracelulární DNA. Skrz tuto hmotu extracelulární matrix prochází řada vodních pórů využívaných k transportu živin a kyslíku k buňkám.

Přítomnost extracelulární matrix je jedním z důvodů výrazně zvýšené rezistence buněk biofilmu k antimikrobiálním látkám, neboť omezuje jejich průchod do hlubších struktur biofilmu a zároveň může být důvodem jejich inaktivace (například účinkem přítomných enzymů). Udává se, že koncentrace antibiotik cílených na buňky přítomné v biofilmu musí být v některých případech až 1000× vyšší, než je koncentrace potřebná při cílení na volně se vyskytující patogenní mikrobiální buňky. Extracelulární matrix tedy představuje pro buňky biofilmu jak životní prostředí, tak zásadní ochranný prostředek.

Komplikace spojené s tvorbou biofilmu v klinické praxi

Nejčastěji jsou mikrobiální biofilmy spojeny s infekcemi plic, například u pacientů s cystickou fibrózou (typicky infekce Pseudomonas aeruginosa, často multirezistentní vůči řadě antibiotik), s chronickými infekcemi způsobenými plísní Aspergillus fumigatus (aspergilová bronchitida, tracheobronchitida, alergická bronchopulmonální aspergilóza a další) a s chronickými záněty středního ucha (tvorba biofilmu je spojována například se Streptococcus pneumoniae).

S komplikacemi vyplývajícími z tvorby biofilmu je možné se setkat i v řadě dalších oborů včetně kardiologie, zubního lékařství, oftalmologie, gastroenterologie, dermatologie či urologie. Samostatnou kapitolu pak tvoří problematika osidlování zdravotnických prostředků (například žilních katétrů či implantátů) patogeny tvořícími biofilmy, doprovázená sekundární infekcí okolní tkáně.

Strategie pro prevenci vzniku či eliminaci biofilmu

Tvorbu biofilmu a jeho specifika je třeba brát v úvahu při plánování účinné terapie výše zmiňovaných onemocnění. Vzhledem k vysoké odolnosti patogenů vyskytujících se ve formě biofilmu je v těchto případech nutno zvažovat jiné strategie (či kombinaci různých strategií) k jejich eliminaci než pouhé podávání antimikrobiálních léčiv. V první řadě je samozřejmě nezbytné se soustředit na prevenci vzniku biofilmu (například účinnou předoperační profylaxí a použitím antiadhezivních biomateriálů). Rozvíjeny jsou i různé strategie zasahující do struktury již přítomného biofilmu umožňující jeho eliminaci, nicméně tento přístup se zatím jeví jako méně úspěšný.

Přes značnou snahu výzkumných týmů zůstává ještě řada otázek souvisejících s terapií infekcí provázených tvorbou biofilmu nezodpovězených. Vzhledem k tomu, že tyto infekce představují značné celospolečenské riziko, zvláště ve spojení s rostoucí rezistencí k antibiotikům, je nezbytné vypracovat účinné strategie prevence jejich vzniku, respektive jejich eradikace aplikovatelné v praxi.

(eub)

Zdroje:
1. Boisvert A. A., Cheng M. P., Sheppard D. C., Nguyen D. Microbial biofilms in pulmonary and critical care diseases. Ann Am Thorac Soc 2016; 13 (9): 1615−1623, doi: 10.1513/AnnalsATS.201603-194FR.
2. Vranová V. Biofilm a fytofarmaka. Urologie pro praxi 2020; 21 (1): 25−30. 
3. Kvasničková E., Paldrychová M., Maťátková O., Masák J. Medicinální aspekty mikrobiálních biofilmů. Chemické listy 2016; 110 : 485−490.