Biofilms: Cơ chế sinh tồn của vi sinh vật có liên quan lâm sàng

Clinical Microbiology Reviews - Tập 15 Số 2 - Trang 167-193 - 2002
Rodney M. Donlan1,2, J. William Costerton1,2
1Center for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman, Montana 59717
2Centers for Disease Control and Prevention, Atlanta, Georgia 30333

Tóm tắt

TÓM TẮTMặc dù màng sinh học (biofilm) lần đầu tiên được mô tả bởi Antonie van Leeuwenhoek, lý thuyết mô tả quá trình hình thành màng sinh học chưa được phát triển cho đến năm 1978. Hiện nay, chúng ta hiểu rằng màng sinh học là phổ quát, xuất hiện trong các hệ thống nước thông thường và công nghiệp, cũng như ở nhiều môi trường và thiết bị y tế có liên quan đến sức khỏe cộng đồng. Sử dụng các công cụ như kính hiển vi điện tử quét và, gần đây hơn, kính hiển vi laser quét huỳnh quang, các nhà nghiên cứu màng sinh học hiện đã hiểu rằng màng sinh học không phải là các dạng trầm tích tế bào đồng nhất, mà là những cộng đồng phức tạp của các tế bào liên kết với bề mặt, được bao bọc trong một ma trận polyme chứa các kênh nước mở. Các nghiên cứu tiếp theo đã chỉ ra rằng kiểu hình màng sinh học có thể được mô tả thông qua các gen được biểu hiện bởi các tế bào liên quan đến màng sinh học. Các sinh vật nhỏ phát triển trong màng sinh học có khả năng kháng lại các tác nhân kháng khuẩn rất cao bằng một hoặc nhiều cơ chế. Các sinh vật vi sinh liên quan đến màng sinh học đã được chứng minh là liên quan đến một số bệnh ở người, chẳng hạn như viêm nội tâm mạch van sinh và xơ nang, và có khả năng xâm chiếm nhiều loại thiết bị y tế. Mặc dù bằng chứng dịch tễ học chỉ ra rằng màng sinh học là nguồn gốc của một số bệnh nhiễm trùng, nhưng các cơ chế chính xác qua đó các sinh vật vi sinh liên quan đến màng sinh học gây ra bệnh vẫn chưa được hiểu rõ. Việc tách rời các tế bào hoặc cụm tế bào, sản xuất endotoxin, tăng cường khả năng kháng chống lại hệ miễn dịch của vật chủ, và cung cấp một môi trường cho sự phát sinh của các sinh vật có khả năng kháng thuốc đều là những quá trình có thể khởi phát và phát triển bệnh. Các chiến lược hiệu quả nhằm ngăn ngừa hoặc kiểm soát màng sinh học trên các thiết bị y tế phải xem xét đến tính chất độc đáo và bền bỉ của chúng. Các chiến lược can thiệp hiện tại được thiết kế để ngăn chặn việc xâm chiếm thiết bị ban đầu, giảm thiểu sự gắn kết tế bào vi sinh vật vào thiết bị, thâm nhập vào ma trận màng sinh học và tiêu diệt các tế bào liên quan, hoặc loại bỏ thiết bị khỏi bệnh nhân. Trong tương lai, các phương pháp điều trị có thể dựa vào việc ức chế các gen liên quan đến sự gắn kết tế bào và hình thành màng sinh học.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1128/AEM.65.9.4285-4287.1999

10.1093/jac/44.1.43

Anaissie, E., G. Samonis, D. Kontoyiannis, J. Costerton, U. Sabharwal, G. Bodey, and I. Raad. 1995. Role of catheter colonization and infrequent hematogenous seeding in catheter-related infections. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis.14:135-137.

10.1016/0167-7012(93)90013-8

10.1128/AAC.36.6.1208

10.1111/j.1574-6968.1992.tb05267.x

Appelgren, P., U. Ransjo, L. Bindslev, and O. Larm. 1995. Does surface heparinisation reduce bacterial colonisation of central venous catheters? Lancet345:130.

10.1128/aem.61.4.1208-1213.1995

10.1111/j.1699-0463.1991.tb01237.x

10.1097/00003246-199903000-00028

10.1128/AAC.42.8.1900

10.1016/S0015-0282(16)47296-1

10.1128/aem.62.11.3954-3959.1996

10.1016/S0195-6701(98)90308-5

10.1378/chest.80.1.61

Biedlingmaier, J., R. Samaranayake, and P. Whelan. 1998. Resistance to biofilm formation on otologic implant materials. Otolaryngol. Head Neck Surg.118:444-451.

10.1128/aem.58.11.3770-3773.1992

10.1128/aem.63.11.4543-4551.1997

10.1007/BF02561621

10.1099/13500872-142-3-623

Braunwald, E. 1997. Valvular heart disease, p. 1007-1076. In E. Braunwald (ed.), Heart disease, 5th ed., vol. 2. W. B. Saunders Co., Philadelphia, Pa.

10.1016/0002-8703(86)90362-5

Callacombe, S. J., and L. L. Fernandes. 1995. Detecting Legionella pneumophila in water systems: a comparison of various dental units. JADA126:603-608.

Carrel, T., T. Nguyen, B. Kipfer, and U. Althaus. 1998. Definitive cure of recurrent prosthetic endocarditis using silver-coated St. Jude Medical Heart Valves: a preliminary case report. J. Heart Valve Dis.7:531-533.

10.1001/archinte.1990.00390190077011

10.1128/JCM.37.6.1771-1776.1999

Characklis, W. G. 1990. Biofilm processes, p. 195-232. In W. G. Characklis and K. C. Marshall (ed.), Biofilms. John Wiley & Sons, New York, N.Y.

Characklis, W. G., and K. C. Marshall. 1990. Biofilms: a basis for an interdisciplinary approach, p. 3-15. In W. G. Characklis and K. C. Marshall (ed.), Biofilms. John Wiley & Sons, New York, N.Y.

Characklis, W. G., G. A. McFeters, and K. C. Marshall. 1990. Physiological ecology in biofilm systems, p. 341-394. In W. G. Characklis and K. C. Marshall (ed.), Biofilms. John Wiley and Sons, New York, N.Y.

Biofilms 1990

Chesney, P. J. 1994. Infections of the female genital tract, p. 347-374. In A. L. Bisno and F. A. Waldovogel (ed.), Infections associated with indwelling medical devices, 2nd ed. American Society for Microbiology, Washington, D.C.

10.1128/AAC.37.4.625

10.1099/00222615-27-4-255

10.1016/S0924-8579(99)00120-X

10.1111/j.1600-051X.1993.tb00365.x

10.1016/S0025-6196(12)65159-3

10.1038/scientificamerican0178-86

Costerton, J. W., and H. M. Lappin-Scott. 1995. Introduction to microbial biofilms, p. 1-11. In H. M. Lappin-Scott and J. W. Costerton (ed.), Microbial biofilms. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom.

10.1126/science.284.5418.1318

10.1146/annurev.mi.49.100195.003431

10.1146/annurev.mi.41.100187.002251

10.1080/08927019109378201

10.1093/infdis/156.5.736

10.1086/313561

10.1056/NEJM199901073400101

Dart, J. K. G. 1996. Contact lens and prosthesis infections, p. 1-30. In W. Tasman and E. A. Jaeger (ed.), Duane's foundations of clinical ophthalmology. Lippincott-Raven, Philadelphia, Pa.

10.1128/aem.61.3.860-867.1995

10.1126/science.280.5361.295

Microbiology 1980

10.1002/bit.260440510

10.1093/jac/42.2.153

10.1128/CMR.11.4.604

10.1128/JCM.39.2.750-753.2001

Donlan, R. M., R. Murga, and L. Carson. 1999. Growing biofilms in intravenous fluids, p. 23-29. In J. Wimpenny, P. Gilbert, J. Walker, M. Brading, and R. Bayston (ed.), Biofilms: the good, the bad, and the ugly. Bioline, Cardiff, Wales.

Douglas, J. L., and C. G. Cobbs. 1992. Prosthetic valve endocarditis, p. 375-396. In D. Kaye (ed.), Infective endocarditis, 2nd ed. Raven Press Ltd., New York, N.Y.

DuGuid, I. G., E. Evans, M. R. W. Brown, and P. Gilbert. 1990. Growth-rate-dependent killing by ciprofloxacin of biofilm-derived Staphylococcus epidermidis; evidence for cell-cycle dependency. J. Antimicrob. Chemother.30:791-802.

10.1093/jac/30.6.803

Durack, D. T., and P. B. Beeson. 1972. Experimental bacterial endocarditis II. Survival of bacteria in endocardial vegetations. Br. J. Pathol.53:50-53.

10.1002/path.1711150204

10.1111/j.1600-051X.1988.tb01590.x

Ehlers, L. J., and E. J. Bouwer. 1999. RP4 plasmid transfer among species of Pseudomonas in a biofilm reactor. Water Sci. Technol.7:163-171.

10.1007/BF01709583

10.1093/jac/26.4.473

10.1016/S0161-6420(95)30949-9

Feigin, R. D., M. W. Kline, S. R. Hyatt, and K. L. Ford III. 1992. Otitis media, p. 174-189. In R. D. Feigin and J. D. Cherry (ed.), Textbook of pediatric infectious diseases, 3rd ed., vol. 1. W. B. Saunders Co., Philadelphia, Pa.

Ferguson, D. J. P., A. A. McColm, D. M. Ryan, and P. Acred. 1986. A morphological study of experimental staphylococcal endocarditis and aortitis. II. Interrelationship of bacteria, vegetation and cardiovasculature in established infections. Br. J. Exp. Pathol.67:679-686.

10.1177/00220345880670121101

10.1001/jama.1989.03420060094039

10.1093/jac/15.2.258

Furuhashi, M., and T. Miyamae. 1985. Prevention of bacterial contamination of water in dental units. J. Hosp. Infect.6:81-88.

10.1007/BF01960877

10.1128/aem.59.1.183-188.1993

10.1097/00006454-198203000-00007

10.1093/jac/22.5.667

Gourin, C. G., and R. N. Hubbell. 1999. Otorrhea after insertion of silver oxide-impregnated silastic tympanostomy tubes. Arch. Otolaryngol. Head Neck Surg.125:446-450.

10.1128/mr.60.3.539-574.1996

Hancock, E. W. 1994. Artificial valve disease, p. 1539-1545. In R. C. Schlant, R. W. Alexander, R. A. O'Rourke, R. Roberts, and E. H. Sonnenblick (ed.), The heart arteries and veins, 8th ed., vol. 2. McGraw-Hill, Inc., New York, N.Y.

10.1016/S0140-6736(05)70282-8

10.1128/AAC.42.4.974

10.1128/AEM.65.8.3710-3713.1999

Reference deleted.

10.1016/S0161-6420(00)00246-3

10.1139/m92-201

10.1128/iai.61.2.777-780.1993

10.1016/0927-7765(96)01257-X

10.1016/S0022-5223(19)35697-1

Illingworth, B. L., K. Twenden, R. F. Schroeder, and J. D. Cameron. 1998. In vivo efficacy of silver-coated (silzone) infection-resistant polyester fabric against a biofilm-producing bacteria, Staphylococcus epidermidis. J. Heart Valve Dis.7:524-530.

Jacobs, L., E. E. DeBruyn, and T. E. Cloete. 1996. Spectrophotometric monitoring of biofouling. Water Sci. Technol.34:533-540.

10.1016/0002-9378(86)90624-1

10.1128/iai.58.7.2383-2385.1990

10.1111/j.1699-0463.1992.tb03991.x

10.1902/jop.1994.65.9.840

10.1128/aem.63.9.3724-3728.1997

10.1128/AAC.43.12.2990

10.1128/AAC.37.9.2033

10.1128/AAC.31.10.1632

10.1001/jama.1991.03460180070035

Karchmer, A. W., and G. W. Gibbons. 1994. Infections of prosthetic heart valves and vascular grafts, p. 213-249. In A. L. Bisno and F. A. Waldvogel (ed.), Infections associated with indwelling medical devices, 2nd ed. American Society for Microbiology, Washington, D.C.

Kaye, D., and M. T. Hessen. 1994. Infections associated with foreign bodies in the urinary tract, p. 291-307. In A. L. Bisno and F. A. Waldovogel (ed.), Infections associated with indwelling medical devices, 2nd ed. American Society for Microbiology, Washington, D.C.

10.1016/S0076-6879(99)10018-1

10.1111/j.1365-2672.1996.tb04488.x

Kite, P., B. M. Dobbins, M. H. Wilcox, W. N. Fawley, A. J. L. Kindon, D. Thomas, M. J. Tighe, and M. J. McMahon. 1997. Evaluation of a novel endoluminal brush method for in situ diagnosis of catheter related sepsis. J. Clin. Pathol.50:270-282.

Kjaergard, H. K., J. Tingleff, U. Abildgaard, and G. Pettersson. 1999. Recurrent endocarditis in silver-coated heart valve prosthesis. J. Heart Valve Dis.8:140-142.

10.1016/0140-6736(93)92422-P

10.1128/jb.175.11.3247-3252.1993

10.3950/jibiinkoka.101.25

10.1093/infdis/145.6.815

Reference deleted.

10.1128/jcm.21.6.1004-1006.1985

10.1128/iai.28.2.546-556.1980

10.1128/iai.63.10.3878-3885.1995

10.1128/MMBR.62.4.1244-1263.1998

Microbial biofilms 1995

10.1111/j.1699-0463.1996.tb00718.x

10.1128/jb.173.20.6558-6567.1991

Lewandowski, Z. 2000. Structure and function of biofilms, p. 1-17. In L. V. Evans (ed.), Biofilms: recent advances in their study and control. Harwood Academic Publishers, Amsterdam, The Netherlands.

Lewis, R. 1998. A review of bacteriological culture of removed intrauterine contraceptive devices. Br. J. Fam. Plan.24:95-97.

Livornese, L. L., and O. M. Korzeniowski. 1992. Pathogenesis of infective endocarditis, p. 19-35. In D. Kaye (ed.), Infective endocarditis, 2nd ed. Raven Press, New York, N.Y.

10.1172/JCI114717

10.1128/iai.56.9.2279-2285.1988

10.1016/0002-8703(86)90687-3

10.1016/0002-9343(81)90605-7

Maki, D. G. 1994. Infections caused by intravascular devices used for infusion therapy: pathogenesis, prevention, and management, p. 155-212. In A. L. Bisno and F. A. Waldovogel (ed.), Infections associated with indwelling medical devices, 2nd ed. American Society for Microbiology, Washington, D.C.

10.7326/0003-4819-127-4-199708150-00001

10.1016/0002-9343(88)90579-7

10.1056/NEJM197706092962301

10.1016/0002-9378(83)90818-9

Marsh, P. D. 1995. Dental plaque, p. 282-300. In H. M. Lappin-Scott and J. W. Costerton (ed.), Microbial biofilms. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom,

Marshall, K. C. 1976. Interfaces in microbial ecology, p. 44-47. Harvard University Press, Cambridge, Mass.

10.1099/13500872-145-6-1349

10.1128/CMR.4.2.191

Mayo, J. A., K. M. Oertling, and S. C. Andrieu. 1990. Bacterial biofilm: a source of contamination in dental air-water-syringes. Clin. Prev. Dent.12:13-20.

10.1046/j.1365-2672.1998.00418.x

McLean, R. J. C., J. C. Nickel, and M. E. Olson. 1995. Biofilm associated urinary tract infections, p. 261-273. In H. M. Lappin-Scott and J. W. Costerton (ed.), Microbial biofilms. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom.

Meluleni, G. J., M. Grout, D. J. Evans, and G. B. Pier. 1995. Mucoid Pseudomonas aeruginosa growing in a biofilm in vitro are killed by opsonic antibodies to the mucoid exopolysaccharide capsule but not by antibodies produced during chronic lung infection in cystic fibrosis patients. J. Immunol.155:2029-2038.

10.1128/jcm.26.3.513-517.1988

10.1128/jcm.25.8.1392-1397.1987

10.14219/jada.archive.1986.0178

10.1080/08927019209386208

10.1128/iai.42.2.510-515.1983

10.1007/s002400050057

10.1046/j.1464-410X.1997.00185.x

Murdoch-Kinch, C. A., N. A. Andrews, S. Atwan, R. Jude, M. J. Gleason, and J. A. Molinari. 1997. Comparison of dental water quality management procedures. JADA128:1235-1243.

10.1128/JCM.39.6.2294-2297.2001

Nickel, J. C., J. Downey, and J. W. Costerton. 1992. Movement of Pseudomonas aeruginosa along catheter surfaces. Urology34:93-98.

10.1093/jac/33.suppl_A.31

10.1016/S0022-5347(17)37247-6

10.1007/BF01643681

10.1128/AAC.27.4.619

10.1111/j.1464-410X.1990.tb14864.x

10.1002/pros.2990230204

10.1016/0090-4295(89)90327-0

10.1093/infdis/159.6.1065

10.1111/j.1600-051X.1990.tb00032.x

10.1016/0195-6701(90)90044-O

Perrotta, E., and M. Fiore. 1997. Native valve infective endocarditis caused by Streptococcus bovis. Efficacy of short-term antibiotic therapy and usefulness of serial echocardiographic evaluation. Recent Prog. Med.88:521-525.

10.1097/00005392-199909010-00084

Reference deleted.

10.1177/00220345950740080501

10.1093/infdis/168.2.400

10.1016/0732-8893(92)90052-U

10.1016/S0140-6736(97)10006-X

10.1111/j.1600-051X.1992.tb00689.x

10.1053/jhin.1999.0629

10.1111/j.1574-6968.1999.tb13714.x

Roberts, R. B. 1992. Streptococcal endocarditis: the viridins and beta hemolytic streptococci, p. 191-208. In D. Kaye (ed.), Infective endocarditis, 2nd ed. Raven Press, New York, N.Y.

10.1016/S0195-6701(96)90052-3

10.1002/clc.4960200210

10.1128/IAI.67.5.2656-2659.1999

10.1053/hn.1999.v120.a94162

10.1001/archinte.159.8.800

10.1136/hrt.82.1.1

Santiago, J. I., M. K. Huntington, A. M. Johnston, R. S. Quinn, and J. F. Williams. 1994. Microbial contamination of dental unit waterlines: short-and long-term effects of flushing. Gen. Dent.42:528-535.

10.1016/S0002-9343(99)00205-3

10.1016/S0094-0143(05)70222-6

Shapiro, L., and R. E. Stallard. 1977. Etiology of periodontal disease, p. 74-80. In R. C. Caldwell and R. E. Stallard (ed.), A textbook of preventive dentistry. W. B. Saunders, Philadelphia, Pa.

10.14219/jada.archive.1996.0166

10.1128/jcm.28.1.76-82.1990

10.1111/j.1348-0421.1998.tb01966.x

10.1902/jop.1992.63.4s.322

10.1128/AAC.42.4.939

10.1136/bjo.79.9.864

10.1016/0141-7037(93)80017-8

10.3109/00016488809122267

10.1161/01.CIR.61.2.374

10.1128/AAC.40.11.2517

10.1007/s100960050150

10.1007/BF01968021

Stickler, D. J. 1996. Bacterial biofilms and the encrustation of urethral catheters. Biofouling94:293-305.

10.1016/0163-4453(93)94620-Q

10.1007/s100960050260

10.1007/BF00300077

10.1128/AEM.64.9.3486-3490.1998

Stickler, D. J., J. King, J. Nettleton, and C. Winters. 1993. The structure of urinary catheter encrusting bacterial biofilms. Cells Mater.3:315-319.

10.1016/S0076-6879(99)10037-5

10.1097/00007611-198005000-00010

10.1002/(SICI)1097-0290(19980305)57:5<536::AID-BIT5>3.0.CO;2-H

10.1128/AAC.38.9.2125

10.1139/m95-088

10.1001/jama.1975.03240190015009

Ph.D. thesis 1996

10.1001/archinte.1986.00360220101019

10.1093/jac/36.3.521

Tunkel, A. R., and G. L. Mandell. 1992. Infecting microorganisms, p. 85-97. In D. Kaye (ed.), Infective endocarditis, 2nd ed. Raven Press, New York, N.Y.

10.1016/S0076-6879(99)10043-0

10.1001/jama.281.3.261

10.1097/00002216-198907000-00043

10.1128/AAC.37.9.2000

10.1016/S0076-6879(99)10048-X

Reference deleted.

10.1099/00222615-36-6-406

Wells, C. J., G. J. Leech, A. M. Lever, and M. H. Wansbrough-Jones. 1995. Treatment of native valve Candida endocarditis with flucanazole. J. Infect. Dis.31:233-235.

10.1016/0300-5712(91)90075-A

10.1097/00043426-199122000-00004

10.1099/00221287-143-7-2407

10.1139/m94-020

Williams, H. N., J. Kelley, D. Folineo, G. C. Williams, C. L. Hawley, and J. Sibiski. 1994. Assessing microbial contamination in clean water dental units and compliance with disinfection protocol. JADA125:1205-1211.

10.1001/archopht.1991.01080080115043

10.1007/BF02134286

10.1099/00222615-41-5-359

10.1016/S0076-6879(99)10048-X

10.1016/0195-6701(93)90048-5

10.1080/08927019009378154

10.1128/jcm.26.2.175-177.1988

Thông tin
Thông tin xuất bản

Clinical Microbiology Reviews

Tập 15 Số 2

167-193

Thông tin tác giả