L'era del BIOFILM: costituzione, patogenicità microbica, antibiotico-resistenza e potenziali approcci terapeutici

Studies about bacterial populations showed that bacteria can grow and proliferate in independent individual cells (planktonic) or arranged in sessile clusters. These latter are the growth phenotype called ¿biofilm¿. The term ¿biofilm¿ describes structured community of bacterial cells (microcolonies) enclosed in self-produced extracellular polymeric matrices or adhering to an inert surface (implantable medical devices such as contact lenses, heart valves, orthopedic implants, dental implants, catheters) or to a living one (all tissues of the host), to the interface with a liquid phase. In the society of bacteria, they occur constantly of chemical signals mediated by small molecules, called ¿autoinducers¿. The autoinducers accumulate outside of the individual microbial cells as long as their population does not exceed a certain threshold level (a quorum). When this is reached, the molecules that have been accumulated can trigger a cascade of events as a result of which the bacteria respond in mass by acting as a community. This communication system, thanks to which the bacteria are able to implement coordinated activities is called ¿quorum sensing¿. Many strains of bacteria, both Gram-negative and Gram-positive, and some micetes are able to form biofilms. In medical microbiology biofilms are typically involved in persistent and chronic infections. Their pathogenicity in closely related to structural characteristics, to the ability of bacteria to communicate with each other, and to mechanisms that allow the release of sessile forms in the environment. They are more tolerant to most antimicrobials and to host defenses (antibodies, phagocytes, ect). To meet the challenge against biofilms, an essential strategy is to study their life cycle and to identify the key issues that influence their development. The deep understanding of these mechanisms will be useful for the development of new agents antibiofilm with which develop innovative therapeutic measures both in the field of antibiotic resistance and in the field of persistence infections, such as those of interest in cystic fibrosis caused by bacterium Pseudomonas Aeruginosa.

Studi su popolazioni batteriche hanno rilevato che i batteri possono crescere e proliferare in cellule indipendenti singole (planctoniche) o organizzati in aggregati sessili. Questi ultimi rappresentano il fenotipo di crescita denominato ¿biofilm¿. Il termine ¿biofilm¿ descrive comunità strutturate di cellule batteriche (microcolonie) racchiuse in matrici polimeriche extracellulari autoprodotte o aderenti ad una superficie inerte (dispositivi medici impiantatili, quali lenti a contatto, valvole cardiache, protesi ortopediche, impianti dentali, cateteri vascolari) o ad una vivente (tutti i tessuti dell'ospite), all'interfaccia con una fase liquida. Nella società dei batteri, intercorrono costantemente dei segnali chimici mediati da molecole di piccole dimensioni, chiamati ¿autoinduttori¿. Gli autoinduttori si accumulano al di fuori delle singole cellule microbiche finché la loro popolazione non supera un certo livello soglia (un quorum). Quando questo viene raggiunto, le molecole che si sono accumulate possono innescare una cascata di eventi a seguito dei quali i batteri rispondono in massa comportandosi come una comunità. Questo sistema di comunicazione, grazie al quale i batteri sono capaci di mettere in atto attività coordinate è chiamato ¿quorum sensing¿. Molti ceppi batterici, sia Gram-negativi che Gram-positivi, sia alcuni miceti sono capaci di formare biofilm. In microbiologia medica i biofilm sono tipicamente coinvolti in infezioni persistenti e croniche. La loro patogenicità è strettamente correlata alle caratteristiche strutturali, alla capacità dei batteri di comunicare tra di loro, e ai meccanismi che consentono il rilascio delle forme sessili nell'ambiente. Essi sono più tolleranti alla maggior parte degli antimicrobici ed alle difese dell'ospite (anticorpi, fagociti etc). Per affrontare la sfida nei confronti dei biofilm, una strategia indispensabile è quella di studiarne il ciclo di vita e di individuarne i punti cruciali che ne regolano lo sviluppo. La profonda comprensione di questi meccanismi sarà utile per lo sviluppo di nuovi agenti antibiofilm con i quali sviluppare misure terapeutiche innovative sia nel campo della resistenza agli antibiotici sia nel campo di infezioni persistenti, quali ad esempio le infezioni che stanno alla base della fibrosi cistica, causata dal biofilm del batterio Pseudomonas Aeruginosa.