Biyofilm enfeksiyonlarının patogenezinin kinetik değerlendirmesi

Klebsiella pneumoniae özellikle hastane kökenli akciğer enfeksiyonlarında sıklıkla karşılaştığımız Gram negatif fırsatçı bir patojendir. Enfeksiyonun gelişmesinde konakçı savunma sistemlerinin yanısıra bakteriye özgü çeşitli virülans faktörleri önemli rol oynamaktadır. Son yıllarda özellikle intravasküler katater, üriner katater ve kalıcı tıbbi cihazlar gibi invazif girişim uygulanan hastalarda enfeksiyonun gelişmesinden biyofilm yapı sorumlu tutulmaktadır. Biyofilm formasyonu çeşitli kronik ve tekrarlayıcı enfeksiyonlar ile ilişkili olup insan vücudundaki tüm mikrobiyal enfeksiyonların %80'inden sorumlu tutulmaktadır. Planktonik (serbest formda) hücrelerle karşılaştırıldığında biyofilmin temel özelliği antimikrobiyallere, immunolojik ve kimyasal savunma mekanizmalarına karşı artmış dirençtir Mikroorganizmanın biyofilm oluşum süreci içinde konakçıdaki davranışlarının açıklanması, immünolojik ve doku düzeyindeki değişikliklerin belirlenmesi klinik açıdan hastaya yaklaşım ve sağaltım alternatifleri konusunda katkıda bulunabileceği gibi, dirençli suşlarla kolonizasyonu ve bu suşların toplumda yayılmasını azaltabilir, K. pneumoniae B5055 (serotip O1:K2) kökeni planktonik (serbest formda) ve biyofilm hücreleri farelere intranazal yol ile verilerek akut pnömoni modeli oluşturuldu. Biyofilm formdaki hücrelerin eldesi için endotrakeal tüp (ETT) yöntemi kullanıldı. Bakteri MHA besiyerine pasajlanarak 37°C da 18 saat inkübe edildi. Ertesi gün üreyen koloniler tüp içindeki MHB besiyerine alındı. Steril ETT 20 mm' lik parçalara ayrılarak bu besiyerine aktarıldı. ETT parçası, 18 saat sonra steril PBS ile yıkandı, taze MHB besiyeri içeren tüpe alındı. Bu işlem üç gün süresince tekrarlandı. ETT parçaları Taramalı Elektron Mikroskobu (Scanning Electron Microscope; SEM) yardımıyla incelendi. Daha sonra ETT steril PBS ile yıkandı ve hücreler 104 CFU/ mL olacak şekilde dilüe edildi. Konvensiyonel olarak yetiştirilen BALB/c soyu fareler; Grup 1; planktonik (n=30), grup 2; biyofilm (n=30) hücreleri ve grup 3; fosfat tampon (PBS) verilen grup olmak üzere (n=6) bireysel havalandırmalı kafeslere ayrıldı. Grup 1 ve 2 de yer alan farelerden 6 tanesi 6-24-48-72 ve 96. saatlerde sakrifiye edildi. Daha sonra kan örneği, bronkoalveolar lavaj (BAL) sıvısı ve akciğer dokusu alındı. BAL örneğinde IL-10 ve TNF alfa düzeyleri ölçülürken, akciğer dokusundan bakteriyel yük ve histopatolojik değişiklikler değerlendirildi. Bulgular: Grupların hayatta kalma oranlarına bakıldığında 96. saat sonunda her üç grupta da ölüm gözlenmedi. Akciğer doku homojenatlarından yapılan kantitatif kültür ekimleri sonucunda PBS verilen grupta 96 saat sonunda herhangi bir bakteri üremesi saptanmazken, planktonik ve biyofilm gruplarında K. penumoniae üremesi saptandı. Her iki grupta da 24. saate kadar logaritmik üreme gözlendi. Bu saatten itibaren yapılan 48, 72 ve 96. saat değerlendirmelerinde biyofilm grubunda bakteriyel yük aynı düzeyde devam ederken planktonik hücreler ile enfekte grupta düşüş belirlendi. (p<0.000) Etken inokule edildikten 24 saat sonra her iki grupta TNF alfa ve IL-10 düzeylerinin en yüksek noktaya ulaştığı görüldü. Biyofilm grubunda TNF alfa düzeylerinde artış, planktonik gruba göre istatistiksel olarak anlamlı bulundu. ( p<0.003) Her iki grupta da akciğer doku kesitlerinde 6.saatte PMNL infiltrasyonu gözlendi. Akciğer hasarının ve PMNL infitrasyonunun 24.saatten itibaren arttığı saptanmakla birlikte gruplar arasında anlamlı bir farklılık gözlenmedi. Sonuç: Bu çalışmada, farede, K. pneumoniae ile oluşturulan akut akciğer enfeksiyonu modelinde bakteriyel yük, proenflamatuvar sitokin yanıtları ve akciğerde doku düzeyinde değişiklikler zamana bağlı olarak değerlendirildiğinde; biyofilm formunun enfeksiyonun başlangıç döneminde bakteriye bir üstünlük sağlamadığı saptanmıştır. Ancak biyofilm ile enfekte grupta bakterinin solunum yollarından temizlenemediği ve enfeksiyonun kronikleşmeye eğilimli olduğu gözlenmiştir. Olasılıkla biyofilm yapı, etrafındaki ekzopolisakkarit matriks yapı aracılığı ile patojen bakterilerin bağışıklık sistemi hücrelerinden gizlenmesine yardımcı olmaktadır. Bu nedenle mortalite ve morbidite artışlara ve ciddi ekonomik kayıplara neden olan biyofilm enfeksiyonları ile mücadelede, biyofilm matriksin hedef alınması ve antimikrobiyal sağaltımla kombinasyonu daha uygun bir yaklaşım olabilir.