Bakteriella samhällen som kallas biofilmer kan snabbt täppa till medicinska anordningar som stenter, katetrar och vattenfilter genom att bilda 3-dimensionella streamers som blockerar flödet. Fyndet kommer att informera framtida metoder för att förhindra biofilmer från att orsaka potentiellt dödliga trämskor.
Bakterier som strömmar genom ett rör bildar en grön biofilm på väggarna. Bakterier märkta röda som strömmar genom kammaren efteråt fångas i en klibbig matris, som bildar streamers som blockerar kanalen. Bildkälla: Knut Drescher.
Biofilmer är komplexa, flerskiktiga samhällen av bakterier och andra mikrober. De kan bildas på biologiska ytor som tänder eller på medicinsk utrustning, såsom katetrar och stenter, inom kroppen. Bakterier i biofilmer är resistenta mot antibiotika och kan orsaka allvarliga infektioner.
En forskargrupp ledd av Dr.. Howard A. Stone och Bonnie L. Bassler av Princeton University anges för att bättre förstå egenskaperna hos biofilmer. P. som bildar biofilmer i mark, floder och avloppsvatten samt på medicinsk utrustning. I stället för att använda vanliga petriskålar eller flaskor för forskningen utvecklade gruppen ett speciellt flödessystem som efterliknade verkliga förhållanden. De märkte bakterier med en grön tagg och observerade dem under ett mikroskop när de flödade genom ett smalt rör med många böjningar. Arbetet finansierades delvis av NIH: s National Institute of General Medical Sciences (NIGMS).
att bakterierna snabbt växte och ackumulerades, bildade en biofilm på rörets väggar inom omkring 40 timmar. Uppbyggnaden av denna biofilm påverkade dock inte i hög grad flödet genom röret.
Bakterierna i biofilmer är kopplade till varandra med en matris av föreningar som de producerar kallade extracellulära polymera substanser. Forskarna fann att bakterierna på rörväggarna skjulde denna molekylära matris, vilket skapade ett nät nät i röret.
Forskarna märkte en annan grupp bakterier med en röd tagg och övervakade dem när de flödade genom samma rör. Dessa bakterier fångades i nätnätet och bildade 3-D streamers. Strömmarna överbryggade mellanrummen mellan böjen i röret och täppa till röret så lite som 30 minuter.
Forskarna fann att bakterierna kan bilda serpentiner i konstgjord jord och i nät som liknar den som finns i vattenfilter. Biofilm banderoller bildade också på bare metal stent inom 12 timmar, spänner luckorna i trådnät. Dessa resultat tyder på att biofilm streamers är vanligt förekommande i naturen och kan blockera flödet i en mängd olika industriella och medicinska miljöer.
För mig var överraskningen hur snabbt biofilm streamers orsakade fullständig igensättning, säger Stone. Det var ingen varning att något dåligt skulle hända.
Forskarna testade också flera gener som var knutna till biofilmbildning i tidigare studier. När bort, endast en delmängd av generna påverkas biofilm formation enligt flödesbetingelser. Dessa resultat understryker vikten av att använda verkliga förhållanden för att testa metoder för att förebygga och behandla biofilmer.
