Hva er biofilm?
Å være en enkel bakteriecelle er ikke alltid like lett. Det er flere farer som truer, blant annet immunforsvaret til verten, konkurrerende bakterier og antibiotika. For å takle disse utfordringene har bakteriene gjennom evolusjonen funnet ut at det kan være veldig fordelaktig å vokse flere sammen i et samfunn. Dette bakteriesammfunnet kaller vi biofilm. En biofilm er en tredimensjonal struktur av bakterier omringet av et lag som består av karbohydrater, proteiner og DNA som bakterier har skilt ut. Det som er spesielt med biofilm er at den sitter fast på et underlag, og på grunn av dette skjermende laget er bakteriene beskyttet mot farene som truer.
Biofilm finnes i mange ulike miljøer i naturen hvor bakteriene lever i harmoni med sine omgivelser. Likevel er det i en negativ sammenheng, som for eksempel kroniske infeksjoner, plakk på tennene og implantatinfeksjoner, man ofte hører om biofilm. Bakterier som lever i en biofilm er mer resistente mot immunforsvaret og antibiotika, og på grunn av dette kan det være nærmest umulig å fjerne uønskete bakterier i en biofilm. Ulike problemstillinger i forbindelse med biofilm er noe av det vi forsker på i Senter for Biofilm.
Flageller er bakterienes motor
En viktig egenskap bakteriene trenger for å oppdage nye omgivelser og å danne biofilm, er muligheten til å bevege seg. Ved hjelp av en roterende motor som kalles flagell, har visse bakterier evne til å svømme og sverme fra et sted til et annet. På den måten kan de etablere seg i nye biofilmer og forårsake infeksjoner. Egenskaper hos bakteriene som bidrar til bakteriekolonisering og invasjon, for eksempel biofilm dannelse, samt de faktorene som skader vertsceller, kalles virulens faktorer. Flere studier har funnet at ulike virulens faktorer hos bakterier kontrolleres av signal systemer. Disse signal systemene er viktige i kommunikasjonen mellom bakteriene. For å kunne kolonisere et nytt sted, utnytter bakteriene spesielle egenskaper. Muligheten til å kunne bevege seg er viktig, og denne egenskapen er involvert i dannelse av biofilm.
Thiophenone og Furanone
Vi har tidligere gjort studier med et biofilmhemmende molekyl som kalles Thiophenone. Dette er en syntetisk fremstillet forbindelse hvor strukturen er inspirert av et annet molekyl, Furanone, som ble isolert fra en alge utenfor Australia. Furanone viste seg å være årsaken til at ingen bakterier kunne vokse på denne algen, og ble senere identifisert som et biofilmhemmende stoff i mange ulike bakterier. Både Furanone og Thiophenone har blitt vist å være effektive i å redusere biofilm dannelse, ved at de hindrer bakteriene i å kommunisere med hverandre. Det som til nå har vært forsket lite på, er om Thiophenone påvirker andre egenskaper forbundet med biofilm dannelse, for eksempel evnen til å bevege seg. Ved å hemme uttrykket av disse faktorene, kan man bidra til å hindre biofilm dannelse som kan føre til infeksjoner.
Våre funn
Ved bruk av mikroskopiteknikker kan vi studere ulike strukturer hos bakterier. Bilde C viser en normal E.coli med flere flageller, som den bruker til å bevege seg med. I bilde D ser vi at flagellene er reduserte som et resultat av at bakteriene er behandlet med Thiophenone. Foto: Steinar Stølen
I dette arbeidet har vi funnet at Thiophenone påvirker biofilm dannelsen hos E.coli bakterier, og også bakterienes evne til å bevege seg. Ved bruk av ulike mikroskopi teknikker viser vi hvordan bakterier behandlet med Thiophenone hemmes i å utrykke flageller. Dermed hemmes også evnen til å bevege seg rundt. Flagellen er også blant strukturene som bakteriene bruker til å feste seg til et underlag. Ved å hindre at flagellen dannes, tror vi at bakteriene også får nedsatt evne til å danne biofilm. Dette er et videre steg i arbeidet med å forstå Thiophenoners biofilmhemmende effekt.