バイオフィルムとは何ですか?

これまでのブログやビデオでは、細菌のバイオフィルムやプラークのバイオフィルムについて多く話してきましたが、バイオフィルムとは正確には何で、どのように形成されるのでしょうか?

基本的に、バイオフィルムは細菌や真菌の大きな塊であり、アンカーとして機能し環境から保護する接着剤のような物質を介して表面に付着します。これにより、その中に閉じ込められた細菌や真菌が横方向と縦方向に成長することができます。この粘着性の構造に接触する他の微生物もフィルムの中に閉じ込められ、結合して何百もの層の厚さになる複数の細菌や真菌種のバイオフィルムを生成します。接着剤のようなマトリックスにより、これらのバイオフィルムの治療は非常に困難になります。これは、抗菌剤や宿主免疫因子がこれらのフィルムの奥深くまで容易に浸透できず、これらの微生物がほとんどの医療処置に耐性を示すためです。

バイオフィルムは非常に効果的であるため、細菌を物理的に保護することで抗生物質耐性を促進します。それらは細菌を抗生物質、消毒剤、宿主の免疫系に対して最大 1,000 倍耐性にすることができ、世界中の抗生物質耐性の主な原因の 1 つであると多くの科学者によって認識されています。

バイオフィルムは、歯（歯垢や歯石）、皮膚（傷や脂漏性皮膚炎など）、耳（中耳炎）、医療機器（カテーテルや内視鏡など）、キッチンのシンクや調理台、食べ物など、生きている表面と生きていない表面の両方に形成される可能性があります。処理装置、病院の表面、水処理プラントのパイプとフィルター、石油、ガス、石油化学のプロセス制御施設。

バイオフィルムはどのように形成されるのでしょうか?

細菌や真菌は常に口の中に存在しており、前述の接着剤のような物質をしっかりと掴んで歯の表面に定着しようと継続的に試みます。(この図の赤と青の星は細菌と菌類を表しています。)

これらの細菌や真菌は、増殖と膜の安定性を助けるために食物源を必要とします。これは主に、特に鉄、カルシウム、マグネシウムなど、口の中で自然に利用できる金属イオンに由来します。(図中の緑色の点はこれらの金属イオンを表します。)

他の細菌はこの場所に集合して微小コロニーを形成し、宿主の免疫系、抗菌剤、消毒剤から保護できるドーム状の保護層としてこの粘着性物質を排出し続けます。(図中の紫色の星は他の細菌種を表し、緑色の層はバイオフィルム マトリックスの蓄積を表します。)

この粘着性のあるバイオフィルムの下では、細菌と真菌が急速に増殖して、実際には何百層もの深さの厚いバイオフィルムである歯垢としても知られる三次元の多層クラスターを形成します。バイオフィルムが臨界量に達すると、一部の細菌が放出され、他の硬い歯の表面でもこれと同じ定着プロセスが開始され、すべての歯の表面にプラークの形成が進みます。(図の緑色の層は、バイオフィルムが厚くなり、歯が成長していることを示しています。)

最終的に、歯垢バイオフィルムは口内の他のミネラルと結合して石灰化し始め、歯石または歯石と呼ばれる非常に硬くてギザギザした骨のような物質に変わります。(これは、図では歯の底の歯肉縁に沿って形成される黄色の膜層によって表されています。)

細菌は歯垢と歯石の層を作り続け、歯肉縁の下に入り込みます。これが、鋭くギザギザの歯石構造と組み合わさって、歯肉縁の下の歯肉を刺激してこすり落とし、最終的には歯周炎を引き起こす可能性があります。治療せずに放置すると、ペットの心臓、肝臓、腎臓に影響を及ぼす全身性疾患を引き起こす可能性があります。(図の黄色のフィルム層は、石灰化して歯肉縁の下で成長しているプラ​​ーク バイオフィルム全体を表しています。)

国立衛生研究所 (NIH、米国) の推定によると、ヒトの細菌感染症の約 80% はバイオフィルムによって引き起こされます。

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