Definicja biofilmu ewoluowała w ciągu ostatnich kilku dekad i obejmuje związek mikrobiologiczny z różnymi powierzchniami biologicznymi i/lub niebiologicznymi, włączając komponenty niekomórkowe1, które wykazują różny wzrost i ekspresję genetyczną2 w matrycy. Biofilm zapewnia ochronę przed stresami środowiskowymi, takimi jak wysuszanie, i może sprawić, że działanie chemicznych środków dezynfekcyjnych będzie mniej skuteczne, co spowoduje przetrwanie drobnoustrojów. Osoby, które przeżyły w biofilmie, mogą potencjalnie stanowić źródło mikroorganizmów chorobotwórczych, które stanowią zagrożenie dla zdrowia publicznego3.
Metody biofilmu składają się z czterech etapów: wzrostu, obróbki, pobierania próbek (zbioru i dezagregacji) oraz analizy. Wzrost, pierwszy krok, w którym użytkownik określa warunki wzrostu organizmu, temperaturę, pożywkę itp., jest najczęściej rozważany i opisywany w literaturze dotyczącej biofilmu4,5,6,7. Na etapie leczenia oceniane są środki przeciwdrobnoustrojowe (np. środki dezynfekujące) w celu określenia ich skuteczności w stosunku do dojrzałego biofilmu3,8,9 lub środek przeciwdrobnoustrojowy może zostać włączony do powierzchni, aby określić zdolność produktu do zapobiegania lub zmniejszania wzrostu biofilmu10. Trzeci krok, pobieranie próbek, obejmuje etapy zbierania biofilmu z powierzchni, na której rósł, i dezagregacji usuniętych grudek3,8,11. Czwarty krok, analiza, może obejmować zliczanie żywych komórek, mikroskopię, pomiary fluorescencji, wyniki molekularne i/lub ocenę składowych matrycy8,9. Ocena danych dostarcza informacji o wyniku eksperymentu. Spośród tych czterech, pobieranie próbek jest często najczęściej pomijanym krokiem, ponieważ zakłada, że wybrana technika zbierania i/lub dezagregacji biofilmu jest w 100% skuteczna, często bez weryfikacji11.
Planktonowe zawiesiny bakterii, często uważane za jednorodne, wymagają prostego wirowania przed analizą. Biofilmy są jednak złożonymi społecznościami złożonymi z mikroorganizmów (prokariotycznych i/lub eukariotycznych), egzopolisacharydów, białek, lipidów, zewnątrzkomórkowego DNA i komórek gospodarza12. Konieczne są kroki wykraczające poza tradycyjne metody hodowli mikrobiologicznej planktonu, aby odpowiednio zebrać biofilm z powierzchni, a następnie zdezagregować go do jednorodnej zawiesiny jednokomórkowej. Obszerny przegląd piśmiennictwa (informacje nieuwzględnione w niniejszej publikacji) wykazał, że wybór techniki usuwania i dezagregacji zależy od wielu czynników, w tym od gatunków obecnych w biofilmie, powierzchni, do której biofilm jest przyczepiony (nieporowatej lub porowatej), dostępności do powierzchni wzrostu (łatwo usuwalny kupon lub fizyczne zniszczenie aparatury, w której rośnie biofilm), geometria powierzchni (obszar i kształt), gęstość biofilmu na powierzchniach wzrostu oraz dostępny sprzęt laboratoryjny.
Gdy biofilm jest pobierany z powierzchni, powstała zawiesina komórek jest niejednorodna. Jeśli ta niejednorodna zawiesina ma być dokładnie policzona, musi zostać zdezagregowana na poszczególne komórki. Żywe liczenie płytek zakłada, że jednostka tworząca kolonię pochodzi od jednej bakterii. Jeśli agregaty biofilmu zostaną umieszczone na pożywce wzrostowej, niemożliwe jest rozróżnienie poszczególnych komórek, co może prowadzić do niedokładnych szacunków. Na przykład podczas badania skuteczności środka dezynfekującego, jeśli zabieg bardzo skutecznie usuwa biofilm z powierzchni w porównaniu z kontrolą, redukcja logarytmu może wydawać się sztucznie duża w porównaniu z kontrolą. Z drugiej strony, chemiczny środek dezynfekujący, który utrwala biofilm na powierzchni w porównaniu z kontrolą, będzie wydawał się mieć niższą redukcję logarytmiczną11. Tego typu scenariusz może prowadzić do tendencyjnej interpretacji danych eksperymentalnych.
W ramach przygotowań do publikacji, przegląd literatury ustalił, że powszechne podejścia do zbierania i dezagregacji biofilmu obejmują skrobanie, wymazy, sonikację, wirowanie lub kombinację tych metod. Skrobanie definiuje się jako fizyczne usuwanie biofilmu z powierzchni za pomocą sterylnego patyczka, szpatułki lub innego narzędzia. Wymazywanie odnosi się do usuwania biofilmu z powierzchni za pomocą patyczka z bawełnianą końcówką lub innego stałego materiału chłonnego. Sonikacja odnosi się do rozerwania biofilmu z powierzchni za pomocą fal ultradźwiękowych rozchodzących się po wodzie. Wirowanie odnosi się do użycia mieszalnika w celu uzyskania ciekłego wiru próbki wewnątrz probówki. Homogenizacja wykorzystuje obracające się ostrza do ścinania zebranych grudek biofilmu w zawiesinę pojedynczej komórki. W artykule przedstawiono trzy metody zbioru i dezagregacji dla dwóch różnych typów powierzchni: twardej/nieporowatej i porowatej.
Znajduje się lista zalecanych minimalnych informacji, które badacze powinni zawrzeć w sekcjach poświęconych metodom publikacji. Mamy nadzieję, że uwzględnienie tych informacji umożliwi innym badaczom odtworzenie ich pracy. Nie ma idealnej metody zbioru i dezagregacji, dlatego podano również zalecenia dotyczące sposobu sprawdzenia tej techniki.
W tym artykule przedstawiono trzy popularne metody zbierania i dezagregacji biofilmu z typowych powierzchni wzrostu. Informacje te umożliwią naukowcom lepsze zrozumienie ogólnej precyzji i stronniczości metody badania biofilmu. Opisane metody są następujące: (1) Biofilm Pseudomonas aeruginosa wyhodowany na kuponach poliwęglanowych (twarda, nieporowata powierzchnia) pod wysokim ścinaniem płynu w reaktorze CDC Biofilm jest zbierany i dezagregowany po pięcioetapowej kombinacji wirowania i sonikacji w celu uzyskania zbierania i dezagregacji biofilmu (2) A P. aeruginosa Biofilm wyhodowany na kuponach szkła borokrzemianowego (twarda nieporowata powierzchnia) w reaktorze przepływowym w warunkach niskiego ścinania płynu jest zbierany i dezagregowany za pomocą skrobania i homogenizacji (3) Biofilm Escherichia coli wyhodowany w rurkach silikonowych (porowata powierzchnia) jest zbierany i dezagregowany za pomocą skrobania, a następnie sonikacji i wirowania.