Mikroby umí něco podobného jako mravenci nebo termiti: Staví si společná „hnízda“. Z jedinců se stávají vzájemně komunikující kolonií, což mění jejich vlastnosti. Především tak získávají mnohonásobně vyšší odolnost vůči antibiotikům.

Proto biofilmy představují pro medicínu obrovský problém. .

Proč to dělají, je zbytečná otázka. Je to očividně výhodné. Lidské snahy jsou proti bakteriím schovaným v biofilmech, často s dalšími mikroby, prostě směšně neúčinné. Americký Národní zdravotní institut (NHI) odhaduje, že více než 80 % mikrobiálních infekcí v těle je způsobeno biofilmy.

Standardní léčba na ně mnohdy nedělá dojem a houževnatě se drží i pod přímým lékařským dohledem. V počtu obětí jsou možná srovnatelné s rakovinou. Napadají nejen vlastní tkáně těla, ale velmi rychle dokážou kolonizovat lékařské materiály, vývody katetrů a povrchy implantátů, jako jsou náhrady kloubů, srdečních chlopní nebo kardiostimulátory.

Zbavit se jich je velmi obtížné, zato se umí velmi rychle vrátit. A tak je zajímavější ptát se, ne proč to dělají, ale jak: Jak to, že jim nevadí dezinfekce ani antibiotika? Jakým způsobem získávají v biofilmu super sílu?

Budování krok za krokem

Odpověď vědci nemohli získat jinak než podrobným sledováním vzniku kolonií v biofilmu. Na počátku může být jedna jediná bakterie, existující zatím osaměle ve vlhkém prostředí. Ta se ale může rozhodnout usadit, když najde vhodný podklad.

Odhaduje se, že usazení v koloniích dokáže až 80 % druhů bakterií, takže nejde o žádnou vzácnost. Záleží jen na tom, jestli mají genetickou výbavu, která jim umožní přechod od života samotáře ke společensky žijícímu mikrobu, protože to vyžaduje rozsáhlou změnu.

A to už od prvního kroku. K tomu musí být bakterie schopná produkovat látky, které působí jako molekulární lepidlo. Jinak se na podkladu neudrží. V lepidle převažují polysacharidy podobné škrobu, proto biofilm působí mazlavě.

Této škrobovité hmoty dokáže kolem sebe vytvořit překvapivě mnoho, až natolik, že váha tohoto slizu může stonásobně překročit váhu bakterií. Tím ale proměna teprve začíná. Postupně se zapojují další geny, které mění aktivitu bakterie z jednotlivce na člena společenství.

Život v matrixu

To, co mikroby, především bakterie, začnou budovat, skutečně připomíná matrix čili strukturu fungující jako živná půda. A bakterie si ji umí dobře vybavit. Škrobovitý sliz není kompaktní, ale protkaný sítí opěrných struktur, které mu dávají tvar a pevnost, a také spletitých kanálků.

Ty přivádějí živiny a kyslík a ven transportují odpad. Svou složitostí biofilm připomíná pulzující život v soustavě mravenišť. A podobně jako mravenci začnou bakterie vzájemně komunikovat chemickými signály.

Těmi nejspíš dokážou také regulovat své množení v různých patrech matrixu. Jinak by totiž hrozil překotný růst bakterií u povrchu biofilmu, které mají nejblíž ke zdrojům živin.  Svým přemnožením by nutně ucpaly kanálky rozvádějící živiny do spodních vrstev, čímž by biofilm odspodu odumíral.

K tomu ale nedochází. Zásobování je sice směrem k základně stále chudší, průtok kanálky je pomalejší, ale nepřerušený. Jistá regulace v chování mikrobů s ohledem na celou kolonii tedy zřejmě musí fungovat. Mikroby v biofilmech mají jiný problém.

Potíže růstu

Když se biofilmu daří, dříve nebo později narazí na potíže růstu. Čím je mikrobů více, tím rychleji vyčerpávají zdroje. I pro tento případ mají bakterie signál. Biologové ho označují výrazem quorum sensing a jednoduše znamená, že je kolem příliš těsno a bakterie mají hlad.

Mimochodem, quorum sensing si mezi sebou nehlásí jen bakterie biofilmu, ale i volně a jednotlivě žijící, kterým se říká planktonní. U těch mořských to pak může vidět i člověk: Některé druhy bakterií přitom začínají světélkovat a vytvářet barevnou záři v moři.

Jakkoliv působí krásně, je to vlastně volání hladu. Biofilmy nesvětélkují, ale reagují. Když matrix přestane poskytovat výživu, je pro bakterie už jen pastí. A tak se musí uvolnit a dostat ven. K tomu účelu začnou tvořit specifické látky, které rozpouštějí sliz a otvírají cestu ven.

Z bakterií vázaných v koloniích biofilmu se znovu stávají planktonní a celý cyklus se opakuje. Až planktonní bakterie narazí na vhodný podklad, kde bude i dostatek živin, usadí se a založí nový biofilm.

Více se dočtete v čísle 3/2025.

Autorka: Kateřina Pavelcová