Biofilm: elu nagu filmis

Aleksander Laane

ehk Mikroobide linn Selleks et jagu saada bakterite põhjustatud haigustest, vajatakse aina rohkem ja aina uusi antibiootilisi aineid. Arvatakse, et üks põhjus, miks mikroorganismide hävitamine inimorganismis sedavõrd suuri mürgikoguseid nõuab, on mikroorganismide enda võime koguneda välismõjude, antud juhul siis ravimi, leevendamiseks omamoodi ökosüsteemidesse, mis tagab ka neile paremad toitumistingimused. Kui selliste ökosüsteemide abil puhastame reovett, tunneme heameelt, aga kui reovees olevate toitainete asemel on selliste koosluste toiduks meie ihu, paneb sama nähtus muret tundma. Kindlasti olete kuulnud, et mõnikord, vaatamata korralikule antibiootikumravile, ei õnnestu tavalisest, hästi tuntud nakkusest jagu saada. Kaugelt rohkem kui pooltel neist juhtudest, mil antibiootikumid haigusest jagu ei saa, on tegemist biofilmiga. Tegemist pole filmiga, kus näidatakse ilusaid loodusvaateid, taimi ja loomi. Biofilm on kihtjas ollus meie sees, mille bakterid moodustavad enesekaitseks ja paljunemiseks. Organismi limaskestad ei ole kunagi mikroobidest vabad – seal elab hulgakaupa nn normaalseid, sõbralikke mikroorganisme. Kui limaskesta mikroobkonna tasakaal läheb paigast ära, olgu põhjuseks stress, rasedus või haigestumine, siis on tõvestavatel mikroobidel suurem võimalus paljuneda.

Ka reoveepuhastus toimib tänu mikroorganismide kolooniatele, kes elavad piirkihis, mis moodustub puhastatavasse vette puhutud õhumullis, mis puhastusreaktori põhjast solgi pinnale tõuseb. Mulli seest saab biokile seltskond vajalikku õhuhapnikku ja veekihist toitaineid. Kui toitained otsas, on vesi ka puhtam. Sellistes toitainete suhtes soodsates oludes elunevad mikroorganismid tehislikult loodud reoveepuhastites, mitmesugustes looduslikes oludes, aga ka näiteks meie organismis, kus mikroorganismid võivad luua meie kudesid ja neis olevaid aineid toiduna käsitlevaid koalitsioone.

Korrastatud kolooniad

Paljunevad mikroobid moodustavad kolooniad. Laienedes kohtavad nad teisi mikroorganisme, haarates nad oma pesasse. Nii võivad koloonias vabalt koos elada erinevad bakterid ja seened. Koloonias tekib mikroorganismide vahel tihe suhtlus ja teatud uus tasakaal. Kaitseks immuunsüsteemi eest moodustavad sellised kolooniad limaja massi, mis katab neid läbitungimatu kihiga. Nii moodustunud bakterite ühiskond meenutab linna, kus on omad kooselureeglid, ühine veevärk ja kanalisatsioon. Biokile sees üksteist ei rünnata, kõigile eluks vajalikke vee- ja toitainetekanaleid ei suleta. Elatakse palju vaiksemat elu, võrreldes nende liigikaaslastega, kes üksikuna ringi liiguvad. Kui on soodsad olud või vajadus, siis hakkavad bakterid biofilmi sees kiiresti paljunema ja sealt väljub terve vool – tuhanded üksikud bakterid ehk plankton.

Biokiles töötab looduslik programm, mis määrab, millal bakterid biofilmist väljuvad ja seejärel kiiresti paljunema hakkavad. Kui bakter lahkub biofilmist ja tungib kudedesse, avastab immuunsüsteem haiguse tekitaja ja reageerib sellele – meie näeme seda infektsiooni ägenemisena.

Näiteks tekib soodne olukord siis, kui antibiootikumide või desinfektsioonivahendite toime on just läbi saanud. Siis lülitub sisse looduslik paljunemisprogramm. Läheb vahest paarkümmend minutit ja kõik kohad on biofilmist väljunud planktonibakteritega täidetud pea samamoodi, kui enne ravi. Nii töötab biokile kui nakkusetekitajate kaitseala. Seal elavad bakterid on isegi ehituse poolest oluliselt teistsugused kui nende vabalt, planktonina elavad liigikaaslased.

Biokile asukad on antibiootikumide eest paremini kaitstud juba seetõttu, et antibiootikum ei tunne neid kergesti ära. Lima ei lase ka meie keha immuunsüsteemi biofilmi asukatega võitlema. Antibiootikumid või mitmesugused baktereid hävitavad kemikaalid võivad küll tungida biofilmi välisesse kihti ja seal oma hävitustööd teha, kuid siis hakkavad tööle biokile oma kaitsejõud. Antibiootikume ja kemikaale püütakse limalõksu, lagundatakse mitmesuguste ensüümidega, pumbatakse välja. Ja kui õnnestubki hävitada enamik bakteritest, taastavad uinunud ehk mittepaljunevas olekus bakterivormid kiiresti kogu „linna” elu.

Hambakatust torustikeni

Teada-tuntud biofilm on hambakatt. Seal ladestavad bakterid enesekaitseks hulgaliselt mineraale, moodustades nii tugeva kihi, et ilma hambaarsti abita seda maha ei saa.

Paljude haiguste (eriti krooniliste) tekke ja püsimise taga on biokile: kuseteede ja keskkõrva infektsioonid, kaariese moodustumine, igemehaigused, endokardiit ehk südame sisekesta ja klappide põletikud, tsüstiline fibroos, kroonilised põskkoopapõletikud, gonorröa jne.

Biokilet võib leida kõikjalt. Peale alul kirjeldatud biokile saasta puhastava rolli on paraku ka biokilesid, mis on inimese vaatevinklist ise saasta allikad. Need on biokilekogumid kraanikaussides, torustikes, basseinides, ummistunud filtrites, meditsiinivarustusel, nt püsikateetrid jm, mida haiglas kasutatakse.

Biokilebakterid põhjustavad palju pahandust köökides, kus ei saada lahti ohtlikest bakteritest, ning isegi naftatorustikes ja laevadel, kus bakterid hävitavad metalli.

Küttesüsteemis moodustunud biokile võib vähendada soojusvahetust.

Visa vastane

Selliste infektsioonide vältimiseks ja raviks kasutatakse mikroobivastaste ainetega kaetud kateetreid, torustikumaterjale jm, loodud on biokilet lagundavaid ravivahendeid – näiteks haavahooldusvahend, mis suudab jagu saada visalt paranevatesse haavadesse „ehitatud” biofilmist. Inimesed võivad juua mitmesuguseid ürditeid ja mahlu, näiteks jõhvikamahl aitab vähendada biofilmi kuseteedes.

Samuti võimaldab biokilesse koondumine bakteritel ellu jääda ning kohaneda ka kõige karmimate oludega – kõrbetes, kuumaveeallikates, tugevalt mürgises, aluselises või happelises keskkonnas. On biokilesid, mis suudavad meres aeglaselt lagundada isegi naftakirmet ning hakkama saada pinnasereostusega.

Võrreldes tavaliste üksikuna ringiliikuvate bakteritega on biokilebakterite hävitamiseks vaja keskmiselt 1500 korda rohkem antibiootilist mõjuainet. Seda pole aga võimalik manustada tervist ohustamata. Seega peab otsima teid, kuidas biofilmi ei moodustuks või võimalusi biofilmi lagundamiseks.

Maailm hädas antibiootikumidega

Antibiootikumid on suurepärased ravimid, nad on päästnud miljoneid elusid, kuid me oleme neid kasutanud hooletult ja liiga palju. Seetõttu levivadki ravile allumatud mikroorganismid. Uusi antibiootikume aga nii kiiresti kui vaja, välja töötada ei jõuta.

Igal aastal tapavad antibiootikumide suhtes tundetud bakterid Euroopa Liidu riikides vähemalt 25 000 inimest. Ilmselt on see arv suurem, sest paljude riikide kohta teave puudub. Arstid kardavad, et antibiootikumide väärkasutus viib meid tagasi antibiootikumide eelsesse aega, kui ka lihtsamad infektsioonid said saatuslikuks. Ka võivad tavalisedki operatsioonid muutuda ohtlikuks, sest tekkivaid infektsioone ei saaks millegagi ravida.

Biokile avastamise lugu

Esimene inimene, kellest siinkohal kindlasti rääkima peab, on Delfti riidekaupmees ja linnaametnik Antonio van Leeuwenhoek. Tal ei olnud ülikooliharidust, ladina ja kreeka keel jäid talle võõraks. Kuid riidekaupmehena õppis ta kasutama suurendusklaasi riide kvaliteedi kontrollimiseks ning ilmselt andis tõuke teadusega tegelemiseks tema teine naine, kes oli väga haritud. Avatud meeltega ning tolleaegsetest dogmadest vabana valmistas ta endale 1671. aastal mikroskoobi ning süvenes väikeste asjade maailma. Ta kirjutas teistele amatöörteadlastele oma tähelepanekutest 300 kirja, sõber Regnier de Graaf viis ta kokku Londoni Kuningliku Seltsiga. Tema tähelepanekud tõlgiti ja avaldati esmakordselt inglise keeles Kuningliku Seltsi väljaandes 1673. aastal. Juba 1674. aastal kirjeldab ta päevikus baktereid ja nimetab neid animalculi. 9. oktoobril 1676. aastal saadab ta oma avastuse kohta seltsile kirja, põhjustades tõelise sensatsiooni. Seejärel uurib ta vees elavaid baktereid, inimese ja teiste liikide spermatosoide ning jõuab hambavaapa uurides järeldusele, et see on suurepärane pinnas bakterite eluks. 1684. aastal Londoni Kuninglikule Seltsile saadetud kirjas märgib ta, et inimese hambakatus on rohkem baktereid kui kuningriigis mehi.

Tähelepanekud, et bakterid kasvavad lahuses vabalt hulpides ja mitmesugustele pindadele kinnitudes erinevalt, saavad kirjaliku kinnituse alles 1940. aastal ajakirjas Journal of Bacteriology Heukelekiani ja Helleri poolt ning 1943. aastal kirjeldab Claude Zobell sealsamas bakterikolooniate elu aluseid. Täpsemad uuringud said aga alata alles koos võimsate elektronmikroskoopide kasutuselevõtuga. Biofilmi terminit hakatakse teadlaste omavahelises suhtluses kasutama ilmselt 1970ndate aastate keskpaiku, põhiliselt seoses (reo)vees elavate mikroobide tegevuse uurimisega. Teaduskirjanduses, Rootsi ajakirjas Vatten mainib seda aga 1977. aastal esimest korda Poul Harremoës (1934–2003). Prof Harremoës oli nii Taanis kui ka rahvusvaheliselt väga tuntud teadlane, kes keskendus keskkonnateadustele – põhiliselt vee ja pinnase saaste küsimustele. Ta oli võtmeisikuks Taanis 1970ndatel aastatel keskkonnapoliitikas tehtud muudatuste läbiviimisel ning Euroopa keskkonnaagentuuri teaduskomitee liikmena juhtis raporti koostamist, mis tõi esile olulisima printsiibi teaduses ja poliitikas – ettevaatusprintsiibi. See aga väärib täiesti omaette lugu.

Kui sulle meeldis see postitus jaga seda oma sõpradega

[LoginRadius_Share]
 

Leia veel huvitavat lugemist

Värske Rõhk
Hea laps
LR
Keel ja kirjandus
Akadeemia
Kunstel
Muusika
Õpetajate leht
Täheke
TeaterMuusikaKino
Vikerkaar
Looming