バイオフィルム

Biofilms.

• Sigrun Eick

抄録

実際には、ほとんどの微生物は浮遊していません。微生物は、自由に浮遊しているプランクトン状の微生物から、表面に付着している浮遊性の微生物へと変化する。微生物は、自由に浮遊しているプランクトンから、表面に付着した浮遊微生物へと変化する。表面に接触すると、遺伝子の発現が変化し、数時間後にはミクロコロニーが強く付着する。バイオフィルムの成熟は、マトリックスの形成と関連している。マトリックスは、多糖類、水、脂質、タンパク質、細胞外のDNAなどから構成され、安定性を提供し、環境傷害から保護するために重要である。バイオフィルムは、環境や水系などあらゆる場所で見られるものであり、医学や歯科学においても重要な役割を果たしている。医療分野では、慢性創傷、嚢胞性線維症の気道感染、あるいは生体材料が組み込まれた場合の感染は、ほとんどがバイオフィルムに関連している。口腔内では、最も流行している口腔疾患である虫歯や歯周炎は、多種類のバイオフィルムが関連する疾患である。単独ではないが、主要な病原菌が微生物シフトの発生を促している。微生物は糖を代謝して酸性環境を作り出し、酸性細菌（ミュータンス連鎖球菌を含む）が優勢になり、エナメル質や象牙質の脱灰を引き起こす。Porphyromonas gingivaliscは、歯周病発症時にバイオフィルムの細菌叢を破壊する。バイオフィルム関連の感染症は治療が非常に困難である。バイオフィルムは抗菌剤のバリアーとして機能しており、代謝の活発な細胞を必要とする抗菌剤に耐性のある休眠細菌の亜集団が存在する。バイオフィルム関連の感染症を治療するためのアプローチとしては、バイオフィルムの組成の変更、クォーラムセンシング分子の阻害、マトリックスの構成要素の妨害などがある。

In reality, most microorganisms are not free floating. They exist in biofilms, a community of many of them from the same species or from other genera and attached to surfaces.Microorganisms undergo a transition from free-floating, planktonic microorganisms to a sessile, surface-attached one. Contact with a surface induces changes in gene expression, and a strong attachment of microcolonies occurs only after a few hours. The maturation of a biofilm is associated with matrix formation. The matrix is of importance as it provides stability and protects against environmental insults, it consists of polysaccharides, water, lipids, proteins, and extracellular DNA. Biofilms can be found everywhere - in the environment, in water systems - and they play an important role in medicine and dentistry. In medicine, infections of chronic wounds, of the respiratory tract in cystic fibrosis infections, or when linked with incorporated biomaterial are mostly biofilm associated. In the oral cavity, the most prevalent oral diseases, dental caries, and periodontitis are multi-species biofilm-associated diseases. Although not acting alone, key pathogens drive the development of the microbial shift. Microorganisms metabolize sugar and create an acidic environment where aciduric bacteria (including mutans streptococci) become dominant, which leads to the demineralization of enamel and dentine. Porphyromonas gingivaliscauses biofilm dysbiosis in the development of periodontal disease. Biofilm-associated infections are extremely difficult to treat. The matrix serves as a barrier to antimicrobial agents and there are subpopulations of dormant bacteria resistant to antimicrobials requiring metabolically active cells. Approaches to treat biofilm-associated infections include the modification of the biofilm composition, inhibitors of quorum-sensing molecules, or interfering with matrix constituents.

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