Bacterial Biofilms

در سرتاسر جهان بیولوژیکی، باکتری‌ها بر خلاف سلول‌های پلانکتونیک جدا شده، عمدتاً در جوامع چند سلولی یا بیوفیلم‌های متصل به سطح، محصور در ماتریکس، رشد می‌کنند. این انتخاب سبک زندگی بی اهمیت نیست، زیرا شامل تغییرات عمده در استفاده از اطلاعات ژنتیکی و انرژی سلولی است و پیامدهای عمیقی برای فیزیولوژی و بقای باکتری ها دارد. رشد در یک بیوفیلم می تواند عملکرد سیستم ایمنی و درمان آنتی بیوتیکی را خنثی کند و در نتیجه درمان بیماری های عفونی، به ویژه عفونت های مزمن و مرتبط با دستگاه های خارجی را پیچیده کند. مطالعات مدرن بسیاری از بیوفیلم‌های مهم بسیار فراتر از مرحله توصیفی پیشرفت کرده‌اند و شروع به ارائه جزئیات مولکولی از فرآیندهای ساختاری، بیوشیمیایی و ژنتیکی کرده‌اند که تشکیل بیوفیلم و پراکندگی آن را هدایت می‌کنند. تنوع زیادی در جزئیات توسعه بیوفیلم در میان گونه های مختلف وجود دارد، اما اشتراکاتی نیز وجود دارد. در اکثر گونه ها، شرایط محیطی و تغذیه ای تا حد زیادی بر توسعه بیوفیلم تأثیر می گذارد. انواع مشابه مولکول های چسب اغلب تشکیل بیوفیلم را در گونه های مختلف ترویج می کنند. فرآیندهای سیگنال دهی و تنظیمی که توسعه بیوفیلم را هدایت می کنند، اغلب حفظ می شوند، به ویژه در میان باکتری های مرتبط. آگاهی از چنین فرآیندهایی نویدبخش تلاش برای کنترل رشد بیوفیلم و مبارزه با عفونت های مرتبط با بیوفیلم است.

این جلد بر روی بیولوژی بیوفیلم‌هایی تمرکز دارد که بر بیماری‌های انسانی تأثیر می‌گذارند. این کتاب با فصل‌هایی آغاز می‌شود که دیدگاه‌های کنونی در مورد توسعه بیوفیلم، فیزیولوژی، اثرات محیطی و نظارتی، نقش سنجش حد نصاب، و پایداری مقاومت/فنوتیپی در برابر عوامل ضد میکروبی در طول رشد بیوفیلم را در اختیار خواننده قرار می‌دهد. فصل‌های بعدی به بیوفیلم‌های مشکل‌ساز رایج، آنهایی که کاتترهای وریدی و ادراری را کلونیزه می‌کنند، اختصاص دارد. سری پایانی فصول تشکیل بیوفیلم توسط چهار گونه را بررسی می‌کند که پاتوژن‌های مهم و مدل‌هایی به خوبی مطالعه شده‌اند، یکی از آنها، Yersinia pestis، به طرز هوشمندانه‌ای یک وضعیت بیوفیلم رشد را در ناقل حشره‌اش اتخاذ می‌کند تا انتقال بیماری به میزبان‌های پستانداران را ارتقا دهد.

Throughout the biological world, bacteria thrive predominantly in surface attached, matrix enclosed, multicellular communities or biofilms, as opposed to isolated planktonic cells. This choice of lifestyle is not trivial, as it involves major shifts in the use of genetic information and cellular energy, and has profound consequences for bacterial physiology and survival. Growth within a biofilm can thwart immune function and antibiotic therapy and thereby complicate the treatment of infectious diseases, especially chronic and foreign device-associated infections. Modern studies of many important biofilms have advanced well beyond the descriptive stage, and have begun to provide molecular details of the structural, biochemical and genetic processes that drive biofilm formation and its dispersion. There is much diversity in the details of biofilm development among various species, but there are also commonalities. In most species, environmental and nutritional conditions greatly influence biofilm development. Similar kinds of adhesive molecules often promote biofilm formation in diverse species. Signaling and regulatory processes that drive biofilm development are often conserved, especially among related bacteria. Knowledge of such processes holds great promise for efforts to control biofilm growth and combat biofilm-associated infections.

This volume tends to focus on the biology of biofilms that affect human disease. It opens with chapters that provide the reader with current perspectives on biofilm development, physiology, environmental and regulatory effects, the role of quorum sensing, and resistance/phenotypic persistence to antimicrobial agents during biofilm growth. The next chapters are devoted to common problematic biofilms, those that colonize venous and urinary catheters. The final series of chapters examines biofilm formation by four species that are important pathogens and well studied models, one of which, Yersinia pestis, cleverly adopts a biofilm state of growth within its insect vector to promote disease transmission to mammalian hosts.