Met deze slijmlaag beschermen bacteriën zich tegen antibiotica

Beeld: Biofilm van Staphylococcus aureus aan de binnenzijde van een katheter.

De biofilm wordt door de bacteriën of schimmels zelf gemaakt en bestaat uit een slijmlaag van biologische polymeren zoals suikers, DNA en eiwitten, met daarin de cellen van bacteriën en/of schimmels. Biofilms kunnen zich hechten aan oppervlakken zoals medische implantaten of zich vormen in chronisch geïnfecteerde wonden. Het gevolg is een infectie die  met antibiotica erg moeilijk te behandelen valt. Wanneer micro-organismen zich organiseren in een biofilm, worden ze tot wel duizend keer beter bestand tegen antibiotica dan wanneer ze vrijlevend voorkomen. Zelfs als een antibioticum een deel van de populatie weet te doden, kunnen de overblijvende cellen zich weer vermenigvuldigen en zo zorgen voor terugkerende infecties. Denk hierbij bijvoorbeeld aan bacteriën op kunstgewrichten, waar Staphylococcus aureus vaak teruggevonden wordt, diverse types micro-organismen op katheters, zoals de schimmel Candida albicans, of de bacterie Pseudomonas aeruginosa in het sputum van mucoviscidosepatiënten.

Vanwege de beperkte werking van traditionele antibiotica bij biofilms, zijn onderzoekers op zoek naar innovatieve manieren om biofilm-geassocieerde infecties te bestrijden. Bacteriofagen zijn virussen die specifiek bacteriën infecteren, en ze bieden bijvoorbeeld een veelbelovend alternatief. In tegenstelling tot antibiotica kunnen bacteriofagen zich door de slijmlaag van de biofilm heen bewegen en bacteriën rechtstreeks aanvallen. Dit maakt ze bijzonder geschikt om biofilm-geassocieerde infecties aan te pakken, zelfs wanneer antibiotica falen.

Chemische communicatie

Een andere innovatieve aanpak is het gebruik van nanodeeltjes. Dankzij hun kleine formaat kunnen deze deeltjes door de beschermende slijmlaag van biofilms dringen en antibiotica direct naar de bacteriën brengen. Daarnaast kunnen sommige nanodeeltjes ook op andere manieren de biofilm verzwakken, bijvoorbeeld door ‘damp-nanobubbels’ te genereren. Deze kleine gasbelletjes, die met laserlicht worden geactiveerd, veroorzaken een schokgolf die de structuur van de biofilm afbreekt en zo de bacteriën kwetsbaarder maakt.

Net zoals mensen, communiceren micro-organismen ook. Hun communicatie verloopt echter chemisch, ze gaan dit doen via een proces dat ‘quorum sensing’ wordt genoemd. Dit stelt hen in staat om hun gedrag op elkaar af te stemmen, wat essentieel is bij het vormen van een biofilm. Door deze communicatie te verstoren met zogenaamde quorum-sensing-inhibitoren, kunnen onderzoekers de vorming van biofilms voorkomen of ze gevoeliger maken voor antibiotica.

Ook de oppervlakken waar biofilms zich aan hechten kunnen gewijzigd worden. Denk hierbij bijvoorbeeld aan speciale coatings die bacteriën doden voordat ze zich kunnen hechten, of materialen die bacteriën simpelweg afstoten. Die preventieve aanpak zou bijzonder nuttig kunnen zijn om infecties bij implantaten en katheters te vermijden. Dankzij de vooruitgang in onderzoek naar bacteriofagen, nanotechnologie, quorum sensing en nieuwe materialen, zien we steeds meer beloftevolle strategieën om deze moeilijk te bestrijden biofilmen toch successvol aan te pakken.