Bacteriën kunnen schakelen tussen twee zeer verschillende levensstijlen, plankton en zittend, waarvan een biofilm is de meest voorkomende voorbeeld. In biofilms, bacteriën vormen gestructureerde gemeenschappen ingebed in een zelfgeproduceerde matrix 1. Dit zelf geproduceerde matrix is een barrière tussen de bacteriën en hun externe omgeving, en het beschermt de microbiële cellen, waardoor ze in de buurt. De samenstelling van de biofilm matrix varieert tussen en zelfs binnen soorten, maar bestaat voornamelijk uit een dicht netwerk van lipopolysacchariden, extracellulair DNA en eiwitten. De matrix dient als een fysieke barrière remmen van de ingang van schadelijke stoffen, maar beschermt ook de biofilm tegen uitdroging en voorkomt voedingsstoffen ontsnapt de cel 2.
Biofilms worden beschouwd als een van de meest uitdagende onderwerpen moderne biogeneeskunde en ze ogenschijnlijk verantwoordelijk voor meer dan 80% van antibiotica-tolerante infecties 3. ze displegt een inherent hoge tolerantie tegen externe bedreigingen vochtigheidsgraad, osmotische druk, mechanische belasting 4, warmte, UV straling 5, desinfecterende middelen, antimicrobiële middelen en gastheerimmuunsysteem 1. Zo heeft de vereiste antimicrobiële middel concentratie vereist om een biofilm te doden aangetoond tot 1000 maal hoger in vergelijking met die welke vereist is planktonische bacteriën te doden. De verklaring voor deze hogere tolerantie lijkt multifactorieel. De matrix bevat een fysieke barrière die het binnendringen van antibiotica vermindert in de biofilm. Ook cellen binnen de biofilms zijn fenotypisch divers; zij overgang tussen verschillende metabolische toestanden als gevolg van een bestaande gradiënt van zuurstof, voedingsstoffen en metabolieten tussen de binnenste en buitenste delen van de biofilm 6. Dus in sommige biofilm gebieden, zoals de kern, bacteriën zijn verstoken van zuurstof en voedingsstoffen en in een metabolisch minder actieve of volledig rusttoestand 7. De volledig slapende cellen worden aangeduid als persistorcellen, en ze zijn ongevoelig voor conventionele antimicrobiële behandelingen 8. Derhalve is het waarschijnlijk dat biofilm veerkracht ontstaat door een combinatie van de momenteel voorgesteld en andere, nog onbekende mechanismen. Staphylococcus spp. nog steeds tot de meest problematische gram-positieve bacteriën, waardoor ernstige, vaak biofilm-gerelateerde infecties 4. Wordt voorgesteld dat tot 99% van alle bacteriën zijn geassocieerd in biofilms, waardoor het de overheersende bacteriële levensstijl 3. Alle op de nog bestaande antibiotica zijn ontwikkeld tegen eencellige (planktonische) bacteriën. Momenteel werkt een zeer beperkte repertoire van moleculen bestaat die selectief werken op rijpe biofilms. Deze situatie heeft een progressieve paradigmaverschuiving in drug discovery, waarin op zoek naar anti-biofilms werd aangespoord om een meer prominente plaats innemen gereden.
Vanuit methodological perspectief, extra uitdagingen bestaan, aangezien slechts een beperkt aantal biofilm methoden zijn ontwikkeld door normalisatie-organisaties, met name die van toepassing zijn op de high-throughput screening van chemische bibliotheken. Alle gestandaardiseerde assays (op één uitzondering na) zijn gebaseerd op biofilmreactoren, en deze werkwijzen vereisen grote hoeveelheden werk- en grote hoeveelheden van te onderzoeken verbindingen, die gewoonlijk beschikbaar tijdens de vroege experimentele stadium 9-12. De enige bestaande gestandaardiseerde screening-toepassing test is de zogenaamde Calgary Biofilm apparaat, waaruit de handel verkrijgbare minimale biofilm elimineren concentratie (MBEC) systeem ontwikkeld 13-15. De beperking van deze test is dat de biofilms worden geteeld op pennen, en niet elke bacteriële species of stammen binnen dezelfde soort kunnen biofilms deze inrichting te vormen. Bovendien methoden die met name kunnen worden toegepast op de exploratie van natuurlijke verbindingennodig. Natuurlijke producten zijn de belangrijkste bron voor innovatie in antimicrobiële drug discovery in de afgelopen eeuw 16 geweest. Ze kunnen nieuwe anti-biofilm verbindingen te voorzien van unieke werkingsmechanismen die ook effectief tegen persistorcellen kan zijn. Zo is de exploratie van natuurlijke en natuurlijk geïnspireerd bibliotheken heeft een hoge kans op het produceren van veelbelovende en unieke anti-biofilm leads.
Hier presenteren we de experimentele gegevens van een platform van assays die is ontwikkeld voor het screenen van chemische anti-biofilm verbindingen met behulp van drie tests om de effecten op de levensvatbaarheid, totale biomassa en matrix van Staphylococcus aureus biofilms meten. De eerste assay meet biofilm levensvatbaarheid en het is gebaseerd op resazurin kleuring. Resazurin is een redox vlek die is blauw en niet-fluorescerende in zijn geoxideerde toestand en kleurt roze, sterk fluorescerende resorufine wanneer het gereduceerd door metabolische activiteit van de bacteriën. Het is een zeer eenvoudige en snelle methode geschikt voor primaire screenings 17-20. De tweede test, op basis van kristalviolet kleuring, meet totale biofilm massa. Crystal violet is een veel gebruikte vlek voor het bestuderen van bacteriën en bacteriën in biofilms 19,21-23. De test is gebaseerd op goedkope reagentia en heeft een eenvoudige absorptie eindpunt lezen. Het derde onderzoek richt de extracellulaire polymere stoffen (EPS) -matrix van de biofilm via tarwekiem agglutinine (WGA), dat specifiek bindt aan N-acetyl-glucosamine residuen (PNAG) aanwezig in de matrix op Staphylococcus biofilms 24 poly-. De WGA is geconjugeerd met een fluorofoor die kan worden gedetecteerd via fluorescentie-intensiteit lezers 25. Wij presenteren hier de reden en de details van het platform dat we ontwikkeld, met inbegrip van voorbeelden van toepassingen.