biofilm và nhiễm khuẩn bệnh viện

BIOFILM VÀ
NHIỄM KHUẨN BỆNH ViỆN
TS, BS NGUYỄN VĂN THÀNH
BIOFILM LÀ GÌ?
- Là một dạng tồn tại của vi sinh vật trong tự nhiên
-
Là một tập hợp có tổ chức. Bao gồm các vi sinh
vật, cấu trúc khung ma-trận, bám dính trên một bề
mặt.
-
Trong điều kiện tồn tại này vi sinh vật có thể né
tránh được các tác động bất lợi: vật lý, hóa học,
sinh học
-
Từ dạng tồn tại này vi sinh vật có thể phát triển,
chuyển giao các gen đột biến có lợi để thích nghi.
BIOFILM DƯỚI KÍNH HVĐT
BIOFILM ĐANG
HÌNH THÀNH
Schachter. Nature Biotechnology 2005;21:361
A.Tiếp cận
D. Phát triển
B. Bám dính và
nhân lên, hình thành
khung ma-trận
E. Phát tán vi khuẩn
C. Định hình
QUÁ TRÌNH HÌNH
THÀNH BIOFILM
NOTE: Staphylococci LOVE biofilm; hence, biofilm plays a major role in catheter-related infections!
Lông (PILI)

•
Rigid tubular structure
made of pilin protein
•
Found only in Gram
negative cells
•
Functions
–
Sexual pili—joins
bacterial cells for DNA
transfer (conjugation)
–
Common pili—adhesion
Biofilm Formation
Co-factors:
-
Fibrinogen1, Fibronectin2
-
Calcium3, Magnesium3, Iron3,4
-
Production of extracellular matrix5,6
-
DNA7
-
Stress8*
*subinhibitory concentrations of aminoglycoside on P.aeruginosa & E. coli
1. Mehall. Crit Care Med 2002;30:908
2. Vaudaux. J Infect Dis 1993;167:633
3. Banin. Appl Environ Microbiol 2006;72:2064

4. Rhodes. J Med Microbiol 2007;56:119
5. Falcieri. J Infect Dis 1987;155:524
6. Sheth. Lancet 1985; 2:1266
7. Qin. Microbiology 2007;153:2083
8. Hoffman. Nature 2005;436:1171
7
Cấu trúc ma-trận biofilm
(Biofilm Matrix)
Là thành phần chính của biofilm
Chứa các chất extracellular polymeric substance (EPS).
Bao gồm:
Polysaccharides
Extracellular DNA (eDNA)
Các macromolecular components khác
Protein
Lipids
Biosurfactants
Thành phần phụ thuộc vào môi trường, thời gian
(tuổi) và chủng vi sinh vật.
Vai trò của khung ma-trận

–
Tạo hoạt động tương tác giữa các phân
nhóm tế bào
–
Đảm bảo sự tồn tại và phát triển cho các tế
bào đối với các tác động bất lợi
–
Trao đổi chất liệu di truyền
Biofilm vi khuẩn có thể di chuyển bằng nhiều cách: Tập

hợp cuốn theo dòng (1), tạo sóng (2), lăn trên bề mặt (3)
tách khối (4), gieo hạt (5).
Biofilm migration
1
2
3
4
5
Bacteria có khả năng tạo ra các tín hiệu và thải vào
môi trường xung quanh chúng.
Quorum Sensing
Quorum sensing: Đây là tín hiệu tầm phân tử, có
receptors đặc hiệu. Chúng có tác dụng giải
mã một số gene
Các protein được tạo ra (protein phụ thuộc quorum)
sẽ giúp cho các tế bào hay vi sinh hoạt động một
cách thống nhất, có tổ chức (Biofilm)
Quorum Sensing: “Tín hiệu tập trung”
Vi vinh vật sử dụng quorum
sensing để điều khiển hành vi, bao
gồm:
-
Giao phối
-
Tạo toxins
-
Gây bệnh (virulence)
Các giai
đoạn trong
Quorum

Sensing
Quorum sensing Sessile cells in a biofilm “talk” to each other via quorum
sensing to build microcolonies and to keep water channels open.
Source: Center for Biofilm Engineering, Montana State University-Bozeman
Tác hại khi vi khuẩn sử dụng
Quorum Sensing
Vi khuẩn tỏ ra khá vô hại
khi chúng phát triển âm
thầm với số lượng nhỏ
Khi cộng đồng này đạt đến một số
lượng nhất định chúng thay đổi nhanh:
•
Hành vi
•
Hình dáng bên ngoài
•
Chuyển hóa bên trong
Các thay đổi này khi đạt đến
đỉnh điểm chúng sẽ tấn công và
áp đảo hệ thống miễn dịch của
chúng ta
V. harveyi Are Bilingual
V. harveyi communication systems
Biofilms: Tóm lại
Biofilm: S.epidermidis
Antibiotic failure (despite no genetic resistance mechanisms):
- slowed metabollic rate: fermentative not aerobic
- persister cells
- impaired penetration of antibiotic into biofilm
- different gene expression on surfaces vs when planktonic

- altered chemical microenvironment (e.g. pH, pO2, pCO2 cations etc)
D. Mack Microbial interactions in
S.epidermidis
biofilms. Anal Bioanal chem 2007;387:399-408
BIOFILM and
NOSOCOMIAL INFECTIONS
Các vị trí thông thường của biofilm infection: Khi biofilm vào được đường
máu chúng có thể đi tới tất cả các nơi có bề mặt ẩm trong cơ thể con người.
Source: Center for Biofilm Engineering, Montana State University-Bozeman
NHIỄM KHUẨN CV CATHETER
Biofilm trên catheter (nhìn dưới HVĐT)
(Felvétel: dr. Tenke Péter Dél-Pesti Kórház Urológia)
Biofilm
Staphylococcus
aureus trên bề
mặt catheter và
bên trong chỗ
nối. Cả vi khuẩn
và EPS
C
R
-
B
S
I
Impact of Primary BSI
Attributable mortality
2% to 15%
Prolongation of hospitalization
5 to 20 days

Attributable cost
$34,000 to $56,000
Crude mortality
10% to 40%
Wey et al. Arch Intern Med 1988; Voss et al. Infection 1997
Pelz et al. J Int Care Med 2000; Blot et al. Am J Med 2002
Biofilms có thể thấy chỉ sau 3 ngày đặt catheter (Anassi et al., 1995). Ước tính
khoảng 200,000 to 400,000 lần (episodes) CRBSI xảy ra trong một năm ở
United States với tử vong 12% tới 25%. Trung bình thời gian nằm viện 7 ngày
(Hanna and Raad, 2005)
Karin Sauer et al. 2008, The Research Foundation, The State University of New
York at Binghamton
Sources of intravascular
catheter infection
Skin
Vein
Intraluminal
from tubes and hubs
Haematogen
from distant sites
Extraluminal
from skin