Defense System in Bacterial Microorganisms: “Biofilm”

Year 2022, Volume: 5 Issue: 1, 153 - 161, 01.01.2022

Ahmet Köremezli , Ergin Kariptaş Belgin Erdem

https://doi.org/10.19127/bshealthscience.983603

Abstract

Biofilms were discovered by Antonie Van Leeuwenhoek in the 17th century and were later studied by many scientists. Its importance in industry and medicine has revealed in recent years. Bacterial microorganisms defend themselves against antibacterial agents, immune system elements and environmental threats by forming a biofilm. Biofilms are directly related in the formation of many diseases. Microorganisms in the biofilm have a communication system called “Quorum Sensing “with which they communicate through signal molecules. These microorganisms get many advantages by producing biofilms and protect themselves from antimicrobial agents. Today, bacterial biofilm formation is inspected with different analysis methods for instance Congo red agar method, standard glass tube method. There are also different biofilm culture methods such as colorimetric methods and microscopic methods.

Keywords

Bıofılm, Quorum Sensing, Bacteria, Analysis methods, Culture methods

Bakteriyel Mikroorganizmalarda Bir Savunma Sistemi: “Biyofilm”

Abstract

Biyofilmler, 17. Yüzyılda Antonie van Leeuwenhoek’ın keşfiyle ve sonrasında birçok bilim insanının çalışmalarıyla incelenmiş, gerek endüstri gerekse tıp alanındaki önemi son yıllarda ortaya konulmuştur. Bakteriyel mikroorganizmalar, biyofilm oluşumuyla kendilerini; antibakteriyel ajanlar, immün sistem elemanları ve çevresel tehditlere karşı savunurlar. Biyofilmler birçok hastalık oluşumuyla doğrudan ilişkilidir. Biyofilm içerisindeki mikroorganizmalar sinyal molekülleri aracılığıyla iletişim kurdukları “quorum sensing” denilen bir haberleşme sistemine sahiptirler. Bu mikroorganizmalar biyofilm üretmek yoluyla birçok avantaj elde ederler ve antimikrobiyal ajanlardan kendilerini korurlar. Günümüzde bakteriyel biyofilm oluşumu, Kongo kırmızılı agar yöntemi, Standart cam tüp yöntemi gibi farklı analiz yöntemleriyle incelenmektedir. Kolorimetrik yöntemler, mikroskobik yöntemler gibi farklı biyofilm kültür yöntemleri de mevcuttur.

Keywords

Biyofilm, Quorum Sensing, Bakteri, Analiz yöntemleri, Kültür yöntemleri

References

• Açıkalın D. 2017. Salmonella Infantis suşlarının oluşturduğu biyofilm üzerine çevresel ve genetik faktörlerin etkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Ankara, ss. 58.
• Akyüz A. 2019. Bazı mikroorganizmaların biyofilm oluşturma yeteneği üzerine dezenfektanların etkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Namık Kemal Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı, Tekirdağ, ss. 98.
• Arar D. 2015. Bakteriyal biyofilm oluşumu. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Ana Bilim Dalı, Denizli, ss. 98.
• Atshan SS, Shamsudin MN, Lung LT, Sekawi Z, Ghaznavi-Rad E, Pei CP. 2012. Comparative characterisation of genotypically different clones of MRSA in the production of biofilms. J Biomed Biotechnol, 417247: 1-7.
• Biçer M. 2018. Bakteriyal biyofilm oluşumunu engelleyecek moleküllerin sentezi ve anti- biyofilm etkinliklerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Hitit Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Çorum, ss. 61.
• Carpentier B, Cerf O. 1993. Biofilms and their consequences, with particular reference to hygiene in the food industry. J Appl Bacteriol, 75(6): 499-511.
• Chalabı AH. 2019. Kortikosteroidlerin candida albicans biyofilm yapımına etkisinin ın vıtro incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Farmasötik Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı, İzmir, ss. 54.
• Christensen GD, Simpson WA, Younger JJ, Baddour LM, Barrett FF, Melton DM, Beachey EH. 1985. Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: A quantitative model for the adherence of staphylococci to medical devices. J Clin Microbiol, 22 (6): 996-1006.
• Costerton JW, Stewart PS, Greenberg EP. 1999. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Sci, 284(5418): 1318-1322.
• Çalı A. 2017. Hastanede yatan hastalardan izole edilen mikroorganizmaların biyofilm formasyon aktiviteleri. Yüksek Lisans Tezi, Cumhuriyet Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı, Sivas, ss. 102.
• Çiftçi Z. 2005. Kronik tonsillitte biofilmin rolü. Uzmanlık Tezi, Taksim Eğitim ve Araştırma Hastanesi, KBB Kliniği, İstanbul, ss. 69.
• Davey ME, O'toole GA. 2000. Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiol Mol Biol Rev, 64(4): 847-867.
• Donabedian H. 2003. Quorum sensing and its relevance to infectious diseases. J Infec, 46(4): 207-214.
• Donlan RM, Costerton JW. 2002. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clin Microbiol Rev, 15(2): 167-193.
• Efe F. 2017. Lactobacıllus cinsi bakterilerde biyosürfektan üretimi ve biyosürfektanın staphylococcus aureus bakterilerinin oluşturduğu biyofilmi engellemesi. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilim Dalı, Ankara, ss. 118.
• Er F. 2018. E. Coli' de porin proteinlerinin biyofilm oluşumunda rollerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Moleküler Biyoloji ve Genetik Anabilim Dalı, Bilecik, ss. 169.
• Gebreyohannes G, Nyerere A, Bii C, Sbhatu BD. 2019. Challenges of intervention, treatment, andantibioticresistance of biofilm-forming microorganisms. Helyon, 5(8): 1-7.
• Gülgör G, Korukluoğlu M. 2014. Mikroorganizmalar arasında çoğunluk algılanması (QuorumSensing). Uludağ Üniv Zir Fak Derg, 28(2): 83-92.
• Gün İ, Ekinci F. 2009. Biyofilmler: yüzeylerdeki mikrobiyal yaşam . Gıda, 34(3): 165-173.
• Güvensen CN, Ekmekcioğlu S. 2016. Biyofilm kontrolünde biyositler ve etki tarzları. Elektron Mikrobiyol Derg, 14(1): 1-19.
• Hausner M, Wuertz S. 1999. High rates of conjugation in bacterial biofilms as determined by quantitative in situ analysis. Appl Environ Microbiol, 65(8): 3710-3713.
• Karabağ SS. 2010. Santral venöz kateterlerde kullanılan materyaller ile kandidaların biyofilm üretimi arasındaki ilişki. Uzmanlık Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim dalı, ss. 76.
• Kishen A, Haapasalo M. 2010. Biofilm models and methods of biofilm assessment. Endodont Topics, 22(1): 58-78.
• López Y, Soto MS. 2019. The usefulness of microalgae compounds for preventing biofilm infections. Antibiotics, 9(1): 1-16.
• Lynch AS, Robertson GT. 2008. Bacterial and fungal biofilm infections. Annu Rev Med, 59: 415-428.
• Magana M, Sereti C, Ioannidis A, Mitchell CA, Ball AR, Magiorkinis E, Chatzipanagiotou S, Hamblin MR, Hadjifrangiskou M, Tegos GP. 2018. Options and limitations in clinical investigation of bacterial biofilms. Clin Microbiol Rev, 31(3): 1-49.
• Martino DP. 2018. Polymeric Substances, akey element in understanding biofilm phenotype. AIMS Microbiol, 4(2): 274-288.
• Mei P, Liang Z, Lin C, Yunpeng Q, Jun W. 2016. Detection techniques for extracellular polymeric substances in biofilms: A review. Bio Resourc, 11(3): 8092-8115.
• Milletli SF. 2012. Acinetobacter Baumannii izolatlarında biyofilm üretimi ve kolistin duyarlılıklarının biyofilm formasyonunda araştırılması. Uzmanlık Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı, Samsun, ss. 95.
• Mohammadi Z, Palazzi F, Giardino L, Shalavi S. 2013. Microbial biofilms in endodontic infections: an updatereview. Biomed J, 36(2): 59-70.
• O'Toole G, Kaplan HB, Kolter R. 2000. Biofilm formation as microbial development. Annu Rev Microbiol, 54: 49-79.
• Ozturk I, Yurtman AN, Erac B, Gul-Yurtsever S, Ermertcan S, Hosgor-Limoncu M. 2014. In vitro effect of moxifloxacin and rifampicin on biofilm formation by clinical MRSA isolates. Bratisl Lek Listy, 115(8): 483–486.
• Özkök Z. 2018. Kandan izole edilen enterococcus türlerinde biyofilm oluşumunun fenotipik ve genotipik yöntemlerle araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı, Samsun, ss. 68.
• Patti JM, Allen BL, McGavin MJ, Höök M. 1994. MSCRAMM-mediated adherence of microorganisms to host tissues. Annu Rev Microbiol, 48: 585-617.
• Post JC, Stoodley P, Hall-Stoodley L, Ehrlich GD. 2004. The role of biofilms in otolaryngologic infections. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg, 12(3): 185-190.
• İnci R. 2016. Diş çürüğü: etkili faktörler. http://oralmikrobiyoloji.blogspot.com/2016/12/ (erişim tarihi: 14 Ağustos 2021).
• Roberts AP, Pratten J, Wilson M, Mullany P. 1999. Transfer of a conjugative transposon, Tn5397 in a model oral biofilm. FEMS Microbiol Lett, 177(1): 63–66.
• Sharma D, Misba L, Khan UA. 2019. Antibiotics Versus Biofilm: an emerging battle ground in microbial communities. Antimicrob Resist Infect Control, 8(76): 1-10.
• Song XN, Chneg YY, Li WW, Li BB, Sheng GP, Fang CY, Wang YK, Li XY, Yu HQ. 2014. Quorum quenching is responsible for the underestimated quorum sensing effects in biological wastewater treatment reactors. Bioresource Technol, 171: 472-476.
• Stepanović S, Vuković D, Hola V, Di Bonaventura G, Djukić S, Cirković I, Ruzicka F. 2007. Quantification of biofilm in microtiter plates: overview of testing conditions and practical recommendations for assessment of biofilm production by staphylococci. APMIS, 115(8): 891–899.
• Stoodley P, Sauer K, Davies DG, Costerton JW. 2002. Biofilms as complex differentiated communities. Annu Rev Microbiol, 56: 187-209.
• Şahin R. 2007. Staphylococcus Aureus suşlarında biyofilm üretimi, biyofilm pozitif ve negatif suşların genotipik ve fenotipik karakterlerinin karşılaştırılması. Uzmanlık Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Mikrobiyoloji ve Klinik Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı, Denizli, ss. 94.
• Temel A, Eraç B. 2018. Bakteriyel biyofilmler: Saptama yöntemleri ve antibiyotik direncindeki rolü. TMCD, 48(1): 1-13.
• Ulrich RL. 2004. Quorum quenching: enzymatic disruption of N-acylhomoserine lactone-mediated bacterial communication in Burkholderia thailandensis. Appl Environ Microbiol, 70(10): 6173–6180.
• Whiteley M, Bangera MG, Bumgarner RE, Parsek MR, Teitzel GM, Lory S, Greenberg EP. 2001. Gene expression in Pseudomonas aeruginosa biofilms. Nature, 413(6858): 860–864.
• Yaşar KK, Aybar YB, Pehlivanoğlu F, Şengöz G. 2011. Stafilokok suşlannda slaym faktör pozitifliği, metisilin ve antibiyotik direnci. ANKEM Derg, 25(2): 89-93.
• Yeniçeri M. 2018. Bakterilerde quorum sensing ve antimikrobiyal dirence olan etkisi. CUSBED, 3(1): 41-45.