Biofilm. Viele von uns haben schon davon gehört, haben aber Schwierigkeiten, ihn genau zu definieren und zu verstehen.
Biofilme kosten die USA jedes Jahr Milliarden von Dollar durch Energieverluste, Geräteschäden, Produktkontamination und medizinische Infektionen. Biofilme gelten als Bedrohung für die öffentliche Gesundheit, da sie besonders resistent gegen antibakterielle Behandlungen und Desinfektion sind.
Ein Biofilm ist eine Gruppierung von Zellen, die aneinander haften, eingebettet in eine selbst produzierte Matrix aus extrazellulärer polymerer Substanz (EPS), die aus Proteinen, Polysacchariden und anderen Materialien besteht. Einfacher ausgedrückt: Der Biofilm bietet eine schützende Heimat, die den Krankheitserregern hilft, der Desinfektion zu widerstehen. Bevor wir lernen, wie man Biofilm wirksam entfernt, müssen wir zunächst verstehen, wie er entsteht.
Extrazelluläre polymere Substanz (EPS)
Die extrazelluläre polymere Substanz (EPS) besteht aus einer komplexen Mischung aus Proteinen, Lipiden, Nukleinsäuren und Polysacchariden. EPS ist ein langer, zuckerhaltiger Molekülstrang, der nicht nur den Biofilm an eine Oberfläche bindet, sondern auch Nährstoffe einschließt, strukturelle Unterstützung bietet und die Mikroben vor antimikrobiellen Behandlungen und Desinfektionsmitteln schützt.
Die meisten Biofilme sind zu dünn, um sie mit bloßem Auge zu erkennen, nur ein paar Zellschichten dick. Es gibt verschiedene Umweltfaktoren, die sich direkt auf die Dicke des Biofilms auswirken. Biofilme bilden sich leichter in warmem, stehendem Wasser. Die Wasserströmung bzw. die Belastung durch die Wasserströmung ist ein wichtiger Faktor, der das Wachstum des Biofilms verlangsamen kann. Auch die Art des Organismus kann die Biofilmproduktion beeinflussen. Einige Organismen produzieren große Mengen an EPS und bilden daher einen dickeren Biofilm.
Wie Biofilm gebildet wird
Die Biofilmbildung erfolgt in der Regel in drei Hauptstadien:
- Anhaftung: Einzelne frei schwimmende Bakterien landen auf Oberflächen, und Bakterienzellen aggregieren und haften aneinander. Krankheitserreger wissen, dass sie als Teil einer Gemeinschaft, eines Biofilms, die besten Überlebenschancen haben. Die Bakterien scheiden eine schleimige, klebrige Substanz aus, die es ihnen ermöglicht, Biofilme zu bilden und sich an fast jeder feuchten Oberfläche festzuhalten.
- Wachstum: Die Zellen beginnen mit der Produktion von EPS und werden durch diese Stränge zusammengehalten, wobei sich elastische, dreidimensionale Mikrokolonien bilden, die sich unumkehrbar verbinden. Diese komplexe Struktur ist mit Wasserkanälen durchzogen, die den Austausch von Nährstoffen und Abfallprodukten erleichtern.
- Ablösung/Ausbreitung: Biofilme verbreiten sich durch die Ablösung kleiner oder großer Zellklumpen oder durch eine Art "Saatgutausbreitung", bei der einzelne Zellen freigesetzt werden, so dass sich die Bakterien an einer Oberfläche oder einem Biofilm stromabwärts anlagern können. Denken Sie an die Freisetzung von Samen eines Löwenzahns - dies ist ein ähnlicher Prozess zur Förderung des Artenwachstums.
Biofilm-Resistenz
Die EPS fungiert als erste Verteidigungslinie gegen Faktoren wie Wassermangel, hohen oder niedrigen pH-Wert oder das Vorhandensein von Antibiotika oder antimikrobiellen Mitteln. Die Forschung hat gezeigt, dass Bakterien in Biofilmen aufgrund unterschiedlicher Mechanismen oft 1.000 Mal toleranter gegenüber antimikrobieller Behandlung sind als ihre planktonischen (frei schwimmenden) Gegenstücke. Biofilm schützt Krankheitserreger vor Desinfektion und ermöglicht es Organismen, die durch Umweltstress und Desinfektionsmittel geschädigt wurden, sich zu erholen und zu wachsen, was im Laufe der Zeit zu einer verbesserten Resistenz gegen antimikrobielle Mittel und Antibiotika führen kann, da "stärkere" Organismen weiterhin überleben. Um eine anhaltende Resistenz zu vermeiden, muss der Biofilm unbedingt vollständig entfernt werden.
Schutz gegen Biofilm
Der beste Weg, sich vor Biofilm zu schützen, ist, seine Bildung zu verhindern. Das einfache Abtöten von frei schwimmenden und oberflächennahen Biofilm-bezogenen Mikroorganismen, ohne die Biofilmstruktur von einer Oberfläche zu entfernen, kann zu einer schnellen Wiederbesiedlung mit Organismen aus der verbleibenden Biofilmmatrix führen. Herkömmliche Desinfektionsmittel haben nur eine begrenzte Wirksamkeit gegen Biofilm, wenn sie nicht manuell entfernt werden, z. B. durch Schrubben. Daher ist es wichtig, ein Desinfektionsmittel zu wählen, das laut Etikett nachweislich sowohl Biofilm entfernt als auch Bakterien abtötet.
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