Bacterial biofilm – a challenge to classic antibacterial therapies, and strategies for their optimization
mgr Dominika Kuczyńska-Schulz, Dip. Sports Nutr., lek. Edyta Adamczyk-Kutera
Słowa kluczowe: biofilm bakteryjny, quorum sensing, macierz zewnątrzkomórkowa, autoinduktory, quorum quenching, polifenole, probiotyki
Streszczenie
Z uwagi na rosnący problem antybiotykooporności znaczenie biofilmu bakteryjnego staje się obszarem badań w wielu dziedzinach medycyny. Infekcje biofilmowe stanowią także problem w medycynie estetycznej i dermatologii. Powszechnie stosowane wypełniacze tkankowe promują formowanie biofilmów. Mikrobiota skóry może stanowić istotny czynnik predykcyjny wystąpienia powikłań w postaci infekcji biofilmowych. Z uwagi na wysoką tolerancję na antybiotyki obecność biofilmów bakteryjnych jest przyczyną wielu niepowodzeń terapeutycznych. Aby zwiększyć skuteczność podejmowanego leczenia, należy zrozumieć istotę biofilmu bakteryjnego. Zastosowanie antybiotykoterapii w połączeniu ze związkami, które mają zdolność zaburzania struktury biofilmu, systemu komunikacji między bakteriami (tzw. quorum sensing – QS) oraz systemu katalizowania czynników antybakteryjnych (tzw. pompy efluksowe), może w istotny sposób zwiększyć możliwości leczenia.
Potencjał przeciwbiofilmowy wykazuje szereg bioaktywnych związków roślinnych takich jak polifenole, berberyna, kurkumina, substancje zawarte w ekstraktach czosnku, olejkach z czarnuszki i oregano, a także N-acetylocysteina, laktoferyna i enzymy. Istotnym dopełnieniem terapii przeciwbiofilmowych jest stosowanie probiotyków.
Na podstawie przeglądu literatury w artykule dokonano charakterystyki biofilmu bakteryjnego oraz zjawiska quorum sensing. Znajomość mechanizmów tworzenia biofilmu i metod mogących ten proces zaburzać, m.in. poprzez interferencję komunikacji międzykomórkowej, pozwala na wprowadzenie skuteczniejszych terapii przeciwbiofilmowych.
Key words: bacterial biofilms, quorum sensing, extracellular matrix, hormon-like molecules, quorum quenching, polyphenols, probiotics
Abstract
Due to the growing problem of antibiotic resistance, the importance of bacterial biofilm is becoming an important area of research in many fields of medicine. Biofilm infections are also a problem in aesthetic medicine and dermatology. Commonly used tissue fillers promote the formation of biofilms. The skin microbiota can be an important predictor of complications in the form of biofilm infections. Due to the high tolerance to antibiotics, the presence of bacterial biofilms causes many therapeutic failures. In order to increase the effectiveness of the treatment undertaken, it is necessary to understand the essence of the bacterial biofilm. The use of antibiotic therapy in combination with compounds that have the ability to disrupt the structure of biofilm, the system of communication between bacteria (quorum sensing – QS) and the system of catalyzing antibacterial agents (efflux pumps), can significantly increase the treatment options. The antibiotic potential is demonstrated by a number of bioactive plant compounds such as polyphenols, berberine, curcumin, substances contained in garlic extracts, black cumin and oregano oils, as well as N-acetylcysteine, lactoferrin and enzymes.
The use of probiotics is an important complement to anti-biofilm therapies.
Based on the literature review, the article describes the bacterial biofilm and the quorum sensing phenomenon. Knowledge of the mechanisms of biofilm formation and methods that may disturb this process, among others by interfering with intercellular communication, allows for the introduction of more effective anti-biofilm therapies.
