Biofilm chẩn đoán về vi khuẩn học kháng sinh

Biofilm
Chẩn đốn về vi khuẩn học
Kháng sinh
Trình bày:

TS.BS. Huỳnh Minh Tuấn
Bộ môn Vi sinh – Ký sinh, Khoa Y
Đại Học Y Dược TPHCM


Nội dung
1. Biofilm và các đặc tính
- nhiễm khuẩn liên quan đến biofilm
- góp phần gia tăng đề kháng kháng sinh

2. Chẩn đốn về vi khuẩn học
-

khảo sát trực tiếp
ni cấy – phân lập – kháng sinh đồ
huyết thanh học
miễn dịch
sinh học phân tử

3. Kháng sinh và kháng kháng sinh
- cơ chế tác động chính của thuốc kháng sinh
- cơ chế kháng thuốc
- các nhóm kháng sinh


Biofilm

Định nghĩa
• Biofilm = “màng sinh học”
• Tập hợp vi sinh vật (vi khuẩn,
nấm, vi tảo…) được “nhúng”
vào trong “chất nền” là các
chất tiết polymer ngoại bào
(EPS) (do chính vi sinh vật tiết
ra), thường bám vào các bề
mặt
• Dạng tồn tại thường gặp ở vi
khuẩn
Nguồn: Tom Coenye, in Reference Module in Life
Sciences, 2022

Chất tiết
polymer ngoại
bào (EPS): các
sợi polymer
sinh học như
protein, DNA,
polysaccharide

Biofilm vi khuẩn trên bề mặt dụng cụ y tế
(KHV điện tử)
Nguồn: Buhmann (unpublished data)


Quá trình hình thành biofilm

Các tế bào vi khuẩn
đơn lẻ cùng “đậu
xuống” 1 bề mặt

Kích hoạt các gen
tổng hợp các polymer
chất nền

Tương tác nhau bằng
cách trao đổi các phân
tử tín hiệu

Vi khuẩn thay đổi biểu
hiện gen sau khi gắn kết
vào các bề mặt
• Kích hoạt biểu hiện các
gen đặc hiệu cho biofilm
(surface-attached
lifestyle)
• Sản xuất các sợi EPS có
tính bám dính và khả
năng bảo vệ, thay đổi
chuyển hóa, mất flagella

Nguồn: P. Dirckx, Center for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman


Lợi ích của biofilm (đối với vi khuẩn)
Mơi trường đa dạng phù hợp cho sự
tồn tại nhiều loài cùng lúc

Bảo vệ vi sinh vật chống lại
các chất diệt khuẩn

• Chia sẻ chất dinh dưỡng
(thối biến các hợp chất
hữu cơ)
• Trao đổi thơng tin bên trong
biofilm (ví dụ về sự sẵn có của
chất dinh dưỡng hoặc hiện
diện của độc chất)
• Bảo vệ chống lại sự mất
nước, các chất diệt khuẩn
hoặc predator (thiên địch)

Nguồn: Steward and Costerton, The Lancet, 2001 Nature Reviews Drug Discovery 12(10):791-808


Biofilm có tính kháng cao với chất diệt khuẩn

Vi khuẩn “sleeping" khơng/ít hấp
thụ chất diệt khuẩn

Vi khuẩn có thời gian để “thích
nghi” với chất diệt khuẩn và phản
ứng (ví dụ: tiết men β-lactamases)

EPS có tính năng “barrier“ làm
chậm sự xâm nhập của chất diệt
khuẩn

Nguồn: Steward and Costerton, The Lancet, 2001 Nature Reviews Drug Discovery 12(10):791-808


Biofilm hiện diện nhiều nơi xung quanh ta

Biofilm trong dây dẫn nước vòi sen

Biofilm trong đồ chơi bồn tắm

Nguồn: Proctor et al., Water Research, 31, 2018, 274-286

Nguồn: Neu et al; npj Biofilms and Microbiomes (2018) 4(1), 1-11

• Nước uống khơng vơ khuẩn
• Trong mơi trường biofilm, vi khuẩn có khả năng tồn tại dù ít chất dinh dưỡng


Nhiễm khuẩn liên quan đến biofilm
• Biofilm liên quan hầu hết
các loại nhiễm khuẩn
• 65% nhiễm khuẩn ở người
• 80% nhiễm khuẩn mạn tính

• Thiết bị y khoa là yếu tố
nguy cơ lớn nhất

Dental implants
Nguồn: Lebeaux et al., Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2014,78(3)510-543; Nature
Reviews Microbiology 2, 95-108 (2004); Potera, Science 1999, 283,1837; Verderosa

et. al., 2019, Front. Chem.(7)824

• Hậu quả nặng nều nhất:
nhiễm khuẩn huyết/sốc
nhiễm khuẩn với vi khuẩn
đa kháng


Biofilm góp phần vào sự kháng kháng sinh
Đại dịch thầm lặng
• 2019: top 10 nguyên nhân gây tử vong
(55% của 55.4 triệu ca tử vong tồn cầu)
• Ước tính 2050: 10 triệu ca tử vong/năm
liên quan AMR

• Các bệnh cảnh nhiễm khuẩn trở nên
khó Rx & có thể đe dọa tính mạng
• Nằm viện kéo dài tăng nguy cơ
• Nhiễm khuẩn liên quan y tế: vấn đề lớn trong
y tế hiện nay
Nguồn: WHO 2019


Chẩn đoán về vi khuẩn học


Các hình thức xét nghiệm vi sinh phát hiện vi
sinh vật gây bệnh

1.

2.
3.
4.
5.

Khảo sát trực tiếp
Nuôi cấy – phân lập – kháng sinh đồ
Huyết thanh học
Miễn dịch
CÔNG NGHỆ
Sinh học phân tử

12/4/2021

TRUYỀN THỐNG

ỨNG DỤNG SHPT TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH NHIỄM TRÙNG-HMT

12


Khảo sát trực tiếp
Phát hiện tác nhân gây bệnh bằng cách khảo sát trực tiếp bệnh phẩm lâm sàng
• Các phương pháp nhuộm
• Kính hiển vi: quang học, huỳnh quang, điện tử

Nhuộm Gram
mẫu máu dương

Nhuộm Gram

mẫu dịch abscess


Ni cấy – Phân lập – Kháng sinh đồ (1)
• Phân lập tác nhân gây bệnh bằng cách nuôi cấy trong môi trường (vi khuẩn)
hoặc nuôi cấy trên tế bào/tiêm chích vào động vật thí nghiệm (vi-rút)

Ni cấy vi khuẩn trên môi trường đặc và lỏng

12/4/2021

14


Ni cấy – Phân lập – Kháng sinh đồ (2)
• Kháng sinh đồ
✓ Đĩa giấy khuếch tán (Disk
diffusion)
✓ Khuếch tán theo gradient
(Gradient diffusion) (E-test)
✓ Hệ thống tự động
(Automated antimicrobial
susceptibility test systems)
✓ Pha lỗng kháng sinh
(Dilution test) trong mơi
trường đặc và lỏng

12/4/2021

15

Huyết thanh học – Miễn dịch học
• Phát hiện kháng thể đặc hiệu của tác nhân gây bệnh lưu hành trong
máu/huyết thanh của bệnh nhân
• Phát hiện kháng nguyên: kháng thể đơn dịng/đa dịng

12/4/2021

ỨNG DỤNG SHPT TRONG CHẨN ĐỐN BỆNH NHIỄM TRÙNG-HMT

16


Sinh học phân tử
• Genomics
Phát hiện nucleic acid đặc hiệu (ADN, ARN) của tác nhân gây bệnh trong bệnh phẩm
lâm sàng

• Proteomics
Khối phổ (Mass Spectrometry)

12/4/2021

ỨNG DỤNG SHPT TRONG CHẨN ĐỐN BỆNH NHIỄM TRÙNG-HMT

17


Proteomics vs Genomics

Vi khuẩn

DNA
Protein

Proteome
12/4/2021

ĐỊNH DANH

Mass Fingerprint

DNA Fingerprint

ỨNG DỤNG SHPT TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH NHIỄM TRÙNG-HMT

Genome
18


Kháng sinh và kháng kháng sinh


Định nghĩa
Kháng sinh là
• Chất có tác dụng chống vi khuẩn bằng cách ngăn cản vi khuẩn nhân
lên hoặc phá hủy vi khuẩn
• Tác động ở cấp độ phân tử
• Có tính đặc hiệu
• Có hoạt phổ khác nhau: rộng/hẹp

• Có nguồn gốc khác nhau: tự nhiên/tổng hợp
• Cần phân biệt: Chất sát khuẩn/Chất tẩy uế


Các cơ chế tác động chính
1. Ức chế q trình tổng hợp vách tế bào vi khuẩn
2. Phong tỏa chức năng màng tế bào vi khuẩn
3. Ức chế quá trình tổng hợp nucleic acid (trong giai đoạn phân đôi tế
bào)
4. Tác động vào con đường chuyển hóa
5. Ức chế quá trình tổng hợp protein


Ức chế q trình tổng hợp vách tế bào
• Ví dụ: β-lactam
• Nhắc lại: vách tế bào vi khuẩn Gram(+) vs (-)
• Vách: peptidoglycan


Quá trình tổng hợp vách (peptidoglycan)

PBP = Penicillin Binding Protein


Thuốc gắn vào PBP → ức chế PBP


Phong tỏa chức năng màng tế bào
• Ví dụ: Amphotericin B, Colistin, Polymyxin B, Imidazole, Nystatin