Bakterier i biofilm mer motståndskraftiga

Att bakterier bildar biofilm är ett stort problem för sjukvården. När bakterierna uppträder som biofilm ökar deras motståndskraft mot såväl immunförsvar som antibiotika och desinfektionsmedel. Idag tror man att biofilmsalstrande bakterier står för mellan 60 och 80 procent av alla bakteriella infektioner. Men det är relativt ny kunskap.

- Mikroorganismers biofilm är ett forskningsfält som i stort sett vuxit fram de senaste femton åren, berättar Ute Römling, professor i medicinsk mikrobiell fysiologi vid institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi. Innan dess hade nästan ingen brytt sig om att undersöka de bakterier som sitter fast på ytor. En bidragande orsak är säkert att det är mycket lättare att studera bakterier som simmar fritt i en lösning. Och man trodde inte heller att biofilm var något som sjukdomsalstrande bakterier bildade.

Vid biofilmbildning koloniserar bakterier en yta, till exempel en vävnad i kroppen, en kateter eller en sten i havet, och samverkar med varandra för att hålla sig kvar på denna yta så bra som möjligt.

- Man kan säga att de bygger en borg tillsammans, för att kunna skydda sig bättre, förklarar Ute Römling. Det är ett komplext kollektivt beteende, där de kommunicerar med varandra och fördelar arbetsuppgifter. Bara vissa individer producerar till exempel den extracellulära substans som utgör borgens armering och tjocka väggar.

Ute Römling beskriver biofilm som ett eget fysiologiskt tillstånd för bakterierna. I biofilmen bildar de komplexa strukturer, får en annan ämnesomsättning, förökar sig långsammare, och blir svårare att angripa för såväl immunförsvar som läkemedel.

- När bakterier övergår till biofilm kan de bli tusen gånger mindre känsliga för antibiotika än när de simmar fritt, säger Ute Römling. Ett skäl är att läkemedlet kan fastna i, eller inaktiveras av, barriären av extracellulär substans. Den lägre metabolismen är också viktig: det blir ont om syre inne i biofilmen, och vissa antibiotika behöver syre för att fungera.

Generell regleringsmekanism

De huvudfrågor som Ute Römling vill besvara i sin forskning är: Vad består biofilmen av? Hur regleras biofilmbildningen? Och vad har biofilm för betydelse i bakteriers interaktion med sin värd? På sikt hoppas hon att forskningen ska leda till metoder att förebygga och bryta ner biofilm.

- Än vet vi bara lite om det kemiska språk som bakterierna använder för att översätta signaler som de får från varandra och omgivningen, säger hon. En viktig signalmolekyl verkar vara c-di-GMP, som finns hos nästan alla bakterier. Vår grupp har gjort flera viktiga upptäckter om c-di-GMP. Vi var bland annat först med att visa att c-di-GMP styr övergången mellan rörlighet och orörlighet hos olika bakteriearter.

Att c-di-GMP är en generell regleringsmekanism för biofilm som återfinns hos många bakterier är en fördel, konstaterar hon. Det gör att principen för ett läkemedel skulle kunna fungera mot många olika infektioner.

- Det är ingen lätt uppgift, men man kan tänka sig flera vägar för att eliminera biofilm, säger Ute Römling. En strategi är att behandla med molekyler som interagerar med c-di-GMP, så att dessa signalmolekyler inte längre fungerar. En annan är att blockera bakteriernas receptor för c-di-GMP så att signalen inte kan tas emot. En tredje är att tillsätta andra signalmolekyler som förhindrar att c-di-GMP bildas. Dessutom kan c-di-GMP och relaterade molekyler även användas för att stimulera immunförsvaret. Förmodligen får man bäst resultat om man kombinerar flera strategier.

- Forskningen om biofilm kan också ge större förståelse för hur kroppens egna försvar mot mikroorganismer fungerar, förklarar hon. Exempel är antimikrobiella peptider och kväveoxid, NO, som kroppen använder som försvar mot bakterier. Att dessa molekyler vid tillräckligt hög koncentration är dödliga för många mikroorganismer är känt sedan länge, men att de också, i lägre koncentrationer, löser upp biofilm är en relativt ny upptäckt.

Mycket tyder på att även nyttiga bakterier bildar biofilm, till exempel i mag-tarmkanalen. I det sammanhanget kan kunskapen om biofilmbildning leda till nya probiotiska behandlingar med förändrade bakterier.

Till Ute Römlings forskning hör studier av bakterien Pseudomonas aeruginosasom bland annat orsakar kroniska lunginfektioner hos patienter med cystisk fibros. Ute Römlings upptäckt om bakteriens smittvägar har bidragit till förändrade kliniska rutiner internationellt, med radikalt minskad smittspridning som följd.

Text: Anders Nilsson. Publicerad i "Från Cell till samhälle" 2012

Om forskningsämnet

Främmande material i kroppen löper stor risk att koloniseras av bakterier som bildar biofilm. För en urinvägskateter är risken mellan fem och tio procent per dag. En kateter med biofilm medför ökad infektionsrisk för patienten och aktivering av immunförsvaret. Biofilmsinfektioner är motståndskraftiga mot antibiotika, desinfektionsmedel och immunförsvar. De blir ofta kroniska och bidrar till spridning av antibiotikaresistenta bakteriestammar.

Länkar

BakterierProfessor