Biofilm

Il biofilm è l'insieme di cellule batteriche adese in modo irreversibile ad una superficie. I microrganismi all'interno del biofilm sono in grado di comunicare tra di loro scambiando segnali chimici denominati “quorum sensing”. I batteri che non producono tali segnali non sono in grado di formare il biofilm e risulteranno più facilmente attaccabili e disgregabili. Il biofilm ha una matrice di natura proteica e polisaccaridica che prende il nome di slime o glicocalice, che ne costituisce i 2/3, mentre il restante terzo è formato da una singola o da diverse specie batteriche. All’interno del biofilm esiste una fitta rete di canali attraverso cui vengono veicolati i nutrimenti e asportati i prodotti di scarto quali scorie e metaboliti. La formazione del biofilm prevede tre diverse fasi:

1. Fase di adesione in cui i batteri utilizzano meccanismi specifici per aderire alla superficie epiteliale. Avvenuto l'ancoraggio i batteri si aggregano tra loro e colonizzano. I batteri che non sono in grado di aderire e colonizzare la superficie batterica prendono il nome di plank tonici, e restano dispersi nell'ambiente e rapidamente allontanati.
2. Fase di organizzazione in cui i batteri producono lo slime, la matrice in cui essi sono inglobati generando i biofilms. I batteri che si trovano negli strati più profondi sono in batteriostasi, principalmente a causa della manca di ossigeno, mentre quelli che si trovano nella parte centrale o apicale continuano rapidamente a replicarsi fino a che il biofilm si satura e si lacera.
3. Fase di rilascio per cui singoli batteri possono staccarsi dai biofilm e trasformarsi nuovamente in forma planctoniche. Le cellule batteriche liberate dal biofilm sono in grado di provocare riacutizzazioni cliniche o di aderire e colonizzare superfici prossime o distanti dal biofilm.

Ogni biofilm è una struttura autonoma che agisce indipendentemente dalla formazione altri biofilm.  Esso garantisce protezione dal flusso salivare, dalla fagocitosi, dagli antibiotici, dall’essicamento garantendo ai batteri inclusi al suo interno di rimanere in una nicchia a loro favorevole. Inoltre favorisce lo scambio intracellulare, ad esempio di nutrienti. 

Le riacutizzazioni cliniche conseguenti alla rottura del biofilm portano alla somministrazione di antibiotici, attivi solo sui batteri circolanti ma non su quelli presenti all’interno del biofilm, per cui si avrà un'ingannevole impressione di guarigione. Gli antibiotici attualmente in uso sono stati sviluppati per agire contro batteri planctonici (nudi) e non organizzati in biofilm. Questo potrebbe quindi inficiare sull'efficacia dell'antibiotico, non perché il batterio diventa resistente ma perché l'organizzazione del biofilm lo rende più tenace.

Il CDC (Center for Disease Control and prevention) di Atlanta stima che la formazione di biofilms sia implicata almeno nel 65-80% di tutte le infezioni croniche e/o recidivanti. Le patologie in cui il biofilm è implicato sono numerose:

I batteri contenuti nel biofilm comunicano attraverso molecole chimiche di segnale definite quorum sensing, che rappresentano un sistema di regolazione basato sulla percezione della densità batterica della stessa specie presente nella popolazione, da cui deriva una modulazione dell’espressione genica, in base alla produzione e rilascio di molecole segnale definite autoinduttori. A una certa soglia di concentrazione della molecola segnalatrice Autoinduttore (AI) si ha regolazione dell’espressione genica per molte attività batteriche e proprietà fenotipiche: produzione di batteriocine, virulenza, competenza, coniugazione, motilità e formazione di biofilm.

Il biofilm invia potenti segnali della propria presenza con endo ed esotossine, NON elaborate dalla popolazione del biofilm normale, che modulano la risposta difensiva locale. Nel caso di parodontopatie l’ospite sintetizza localmente anticorpi e se le difese sono sufficienti l’infezione è controllata dalla ridotta carica batterica e dai suoi prodotti.

Molte specie di streptococchi hanno la capacità di acquisire materiale genetico eterologo attraverso la trasformazione, conferendogli notevole adattabilità ambientale. Gli streptococchi sono in grado di fare trasformazione solo quando sono in uno stato di competenza, regolata da un meccanismo di quorum sensing attraverso il peptide stimolante la competenza (CSP). La competenza promuove i cambiamenti intracellulare diversi dalla ricombinazione di DNA eterologo come la produzione di proteine necessarie a sopravvivere a pH bassi oppure possono rappresentare un segnale di allarme.