Strategi Senter for biofilmforskning

Strategidokument

 

Senter for biofilmforskning er et virtuelt forskningssenter opprettet av Veterinærinstituttet, Nofima Mat og Universitetet i Oslo. Senteret samarbeider med en rekke forskningsmiljøer i inn- og utland, og forskningen er hovedsakelig konsentrert om bakterier og sopp som kan gi sykdom hos mennesker, dyr og fisk. I dette strategidokumentet påpekes forskningsbehov innen disse områdene.

Hvorfor er biofilm-forskning viktig?

Biofilm er avanserte samfunn av mikroorganismer, for eksempel bakterier, sopp og virus, som er pakket inn i et egenprodusert, beskyttende slimlag. Mikroorganismer foretrekker gjerne et liv i biofilm. Vi finner derfor biofilmer over alt i naturen der det finnes fuktighet og næring, også på slimhinner og på andre overflater i kroppen. Biofilm beskytter mikroorganismer mot antibiotika, desinfeksjonsmidler og immunapparatet bidrar til sykdom i kroppen er reservoarer for smitte utenfor kroppen er et risikomiljø for spredning av antibiotikaresistens og utvikling av nye ”superbugs” Biofilm har derfor stor betydning for spredning av sykdomsfremkallende mikroorganismer og utvikling av sykdom. Biofilm gir økt bruk av antibiotika og desinfeksjonsmidler Bakterier kan tåle så mye som 1000 ganger mer antibiotika når de er i biofilm enn når de er utenfor. Det samme er tilfelle for mange vanlig brukte desinfeksjonsmidler. Konvensjonell bekjempelse av mikroorganismer i biofilm krever derfor store mengde antibiotika eller desinfeksjonsmidler. Dette er lite bærekraftig idet det er uheldig for miljøet og gir dessuten økt risiko for utvikling av resistente bakterier og oppvekst av hardføre sopp Biofilm gir økt risiko for utvikling av “superbugs” Økt handel og transport, samt klimaendringer vil dessuten føre til at en rekke nye mikroorgansimer med nytt genmateriale vil etablere seg i Norge, bl.a. i biofilm. I biofilm er enorme mengder mikroorganismer tett samlet, og gener utveksles mellom dem. På denne måten kan for eksempel importerte antibiotikaresistens-gener raskt spres til andre bakterier. Det kan også oppstå såkalte ”superbugs” som er spesielt aggressive og farlige pga en kombinasjon av egenskaper fra forskjellige mikrober. Stort kompetansebehov Det er en lang tradisjon for å studere sykdomsfremkallende mikroorganismer under laboratorieforhold som ikke fremmer biofilmdannelse. Det er først i senere tid man har fått forståelsen for at biofilm er en naturlig måte å leve på også for disse organismene. Vi vet i dag at mikroorganismer har andre egenskaper når de er i biofilm. Det er derfor et stort behov for økt kompetanse på dette området.

 

 

 

Mattrygghet
Produksjon av mat	Ved produksjon og tillaging av mat kan maten utsettes for smitte fra utstyr og omgivelser. Mikroorganismer som bakterier, mugg og gjær kan overleve og vokse i biofilm i produksjonsmiljøet. For Listeria monocytogenes regner man at hovedårsak til utbrudd skyldes mat som er forurenset fra produksjonsmiljøet. E. coli og Salmonella er andre eksempler på bakterier som smitter gjennom mat og som er gode biofilmdannere. E. coli bakterier av den farlige VTEC-typen kan utvikles i biofilm gjennom spredning av toksingener. Biofilm kan være en risiko i prosessering av både kjøtt, fisk og vegetabiler. Økende grad av automatisering og robotisering, særlig med lukkede systemer gir økt risiko for biofilm og kryssmitte
Vegetabiler	I de senere årene har det vist seg at vegetabiler er en svært aktuell kilde til matbåren sykdom. Kildene til sykdomsfremkallende bakterier på vegetabiler kan være mange, men hvordan de overlever på f.eks. bladgrønnsaker eller frø med svært lite næring tilgjengelig er mindre kjent. På overflaten av vegetabiler er det et stort antall mikroorganismer og det er nærliggende å tro at det er biofilm der og at smittestoff kan inkorporeres og overleve i biofilmen (vist bl.a. på frø til spirer). Samspill med andre mikroorganismer som er til stede har betydning, men man har ikke så mye kunnskap om biofilm og betydningen av denne og hva som kan foregå i biofilmen på vegetabiler.
Vann	Det dannes lett biofilm i vannrør, vanntanker og lignende. Vanligvis består de av relativt ufarlige mikroorganismer, men smittestoffer kan også få fotfeste, vokse og utvikle seg i disse biofilmene. Biofilmen kan dermed bli et reservoar for smitte, både direkte og indirekte hvis for eksempel vannet brukes i lokaler for næringsmiddelproduksjon.
Produksjon av fôr	Bakterier finnes på overflater i fôrfabrikker og kan overleve i fabrikkmiljø i årevis. Det er for eksempel vist at Salmonella som overlever lenge  i fôrfabrikker er spesielt gode biofilmdannere. Kontroll av Salmonella koster norske fôrfabrikker store summer hvert år. En stopp i et større anlegg kan ha kostnader på 3-5 mill kroner. Skulle salmonellaforurenset fôr komme på markedet og infisere husdyr, vil de totale kostnadene mangedobles. Til sammenligning kan nevnes at de totale kostnadene ved salmonellautbruddet etter forurensingen i Lantmännens fôrfabrikk i Sverige i 2003 ble anslått å være 250-300 millioner.
Kompetanse-behov – mattrygghet	Det er viktig å skaffe mer kunnskap om hvilke forhold som fremmer biofilmdannelse av de enkelte smittestoffene, samt om materialbruk og utforming på produksjonsutstyr og lokaler. Dette er spesielt viktig ved økt grad av automatisering og robotisering og lukkede produksjonssystemer. Det er dessuten viktig å få økt fokus på biofilm knyttet til drikke-vann som kilde til uønskede mikroorganismer i prosessering av mat Det må utvikles nye strategier for både å hindre uønsket biofilmdannelse og å fjerne ferdig dannet biofilm. I tillegg til mer kunnskap om antibiofilmeffekt av tradisjonelle midler, vil bioprospektering være viktig (se nedenfor).

 

 

Dyrehelse
Biofilm i miljø som reservoar for smitte	Husdyrmiljøer er ideelle for dannelse av biofilm, varme, fuktige og med mye organisk materiale. Det er dessuten ofte sprekker i gulv og vegg, kroker og skruefester, slur, rør o.l. som er vanskelig å rengjøre. Smittestoffer kan overleve i biofilm i svært lang tid, sannsynligvis i flere år, og fremdeles være i stand til å smitte dyrene. Drikkevannsrør og utstyr er også særlig utsatt for biofilmdannelse. F.eks. kan biofilm i vannledninger i kyllinghus være reservoar for salmonella.
Biofilm som del av sykdom-utvikling	Bakterier kan danne biofilm på slimhinner de fleste steder i kroppen, f.eks. jur, urinveier og  luftveier. Både immunapparatet og antibiotika har problemer med å fjerne smittestoffene i biofilmen. Sykdommene blir gjerne kroniske, fører til vevsskade og er vanskelige å behandle.
Mastitt	Mastitt er den mest tapsbringende dyresykdommen i Norge. Den vanligste årsaken til mastitt i Norge er stafylokokker. Nyere undersøkelser tyder på at stafylokokkenes evne til å danne biofilm kan være viktig for sykdomsutvikling. Det kan også tenkes at evne til biofilmproduksjon også hos andre mastittbakterier, f.eks. streptokokker og E.coli, påvirker utvikling av mastitt. Mer kunnskap og fokus på forebygging og bekjempelse av om biofilm i jur kan dermed føre til en reduksjon av mastitt. Dette vil gi økonomisk gevinst og økt verdiskaping i husdyrbruket. Det vil også bidra til et bærekraftig landbruk ved å redusere bruken av antibiotika.
Sår	Nyere kunnskap viser at biofilm med sårbakterier skaper store problemer for sårheling bl.a. fordi den utgjør en fysisk barriere som hindrer hudceller i å vokse inn i såret. Bakteriene i biofilmen er godt beskyttet og lar seg derfor vanskelig fjerne, verken med antibiotika eller av kroppens immunsystem. Det er et stort behov for strategier for å hindre/fjerne biofilm i sår.
Kompetanse-behov – dyrehelse	Det er nødvendig med mer kunnskap om betydning av biofilm i sykdomsutvikling, for eksempel betydning av biofilm for mastitt som er Norges mest tapsbringende husdyrsykdom. Slik kunnskap kan legge grunnlag for både bedre forebyggende tiltak og behandling. Det er viktig å skaffe mer kunnskap om hvilke forhold som fremmer biofilmdannelse av de enkelte smittestoffene i husdyrrom, samt om betydningen av materialbruk og utforming på utstyr og lokaler. Det må utvikles nye strategier for både å hindre uønsket biofilmdannelse og å fjerne ferdig dannet biofilm. I tillegg til mer kunnskap om antibiofilmeffekt av tradisjonelle midler, vil bioprospektering være viktig (se nedenfor).

 

 

 

Fiskehelse
Biofilm i miljø som reservoar for smitte	Vann er et utmerket miljø for biofilmproduksjon (”begroing”), og det vil dannes biofilm på alle faste overflater i vann, for eksempel fiskeoppdretts-installasjoner. Disse biofilmene vil i stor grad bestå av miljøorgansimer, men sykdomsfremkallende bakterier, sopp og virus, kan også etablere seg og overleve i disse biofilmene, og bidra til gjentatte sykdomsutbrudd. Vi har i dag svært lite kunnskap om den mulige betydningen av dette.
Biofilm som del av sykdom	Mikroorganismer kan danne biofilm på slimhinner, f.eks. gjeller.  Både immunapparatet og antibiotika har problemer med å fjerne smittestoffene i biofilmen. Sykdommene blir gjerne kroniske, fører til vevsskade og er vanskelige å behandle. Dannelsen av biofilm på eller i fisken kan være et mulig bidrag til sykdomsutvikling, for eksempel ved å hindre sårheling. Vi har i dag begrensede bærekraftige metoder for å forhindre og behandle sykdomsutbrudd hvor biofilm spiller en rolle,.
Kompetanse-behov – fiskehelse	Det finnes svært lite kunnskap om biofilmegenskaper hos smittestoffer hos fisk til tross for at det meste i vann er dekket av biofilm. Det er derfor et stort behov for kunnskap om dette og om betydningen av biofilm i utvikling og spredning av sykdom hos opprettsfisk.

 

 

 

Bioprospektering

Det må utvikles nye strategier for både å hindre uønsket biofilmdannelse og å fjerne ferdig dannet biofilm. I tillegg til mer kunnskap om antibiofilmeffekt av tradisjonelle midler, vil bioprospektering være viktig. I denne sammenheng vil bioprospektering være meget viktig. Det er allerede funnet noen lovende stoffer i en marin makroalge og i noen landplanter. Det er høyst sannsynlig at det finnes flere aktuelle kandidater både i sjøen og på land, som kan bidra til bedre mattrygghet, bedre helse og en bærekraftig matproduksjon.   Det er lite sannsynlig at naturen kan produsere tilstrekkelig volum av interessante biologisk aktive forbindelser for bruk i bekjempelse av samfunnsproblemer. Det vil derfor være nødvendig at man har et apparat som kan fremstille disse forbindelsene i industriell skala. Her vil organisk syntese spille en nøkkelrolle. Organisk syntese er også viktig for muligheten til å lage analoger av interessante forbindelser.  Analoger vil eventuelt kunne ha høyere aktivitet enn de naturlig forekommende forbindelsene eller de kan ha lavere toksisitet, ulik løselig osv. Kort sagt vil organisk syntese kunne være med på å ”finstemme” de naturlig forekommende forbindelsene slik at de blir mer praktisk anvendbare.

 

 

 

Humanhelse
Tannhelse	Hull i tennene (karies) og tannløsning (periodontitt) er tannsykdommer som rammer svært mange individer og koster samfunnet årlig store summer. Både karies og periodontitt er forårsaket av bakterier i biofilm. Effektive metoder for å hindre eller redusere biofilm på tenner vil spare enkelt individer for plager og samfunnet for store omkostninger.
Sår	Nyere kunnskap viser at biofilm med sårbakterier skaper store problemer for sårheling bl.a. fordi den utgjør en fysisk barriere som hindrer hudceller i å vokse inn i såret. Bakteriene i biofilmen er godt beskyttet og lar seg derfor vanskelig fjerne med verken antibiotika eller av kroppens immunsystem. Kroniske sår utgjør et betydelig helseproblem med enorme kostnader. Problemet er økende pga økt levealder og livsstilsykdommer som diabetes. Det er derfor et stort behov for strategier for å hindre/fjerne biofilm i sår.
Implantater	Moderne medisin innbefatter utstrakt bruk av implantater, stents og ulike katetere. Slike implanterte fremmedlegemer vil kunne dekkes av ulike biofilmbakterier og forårsake infeksjoner. Slike infeksjoner er vanskelig å bekjempe og krever ofte at implantatet må fjernes, noe som fører til store plager for pasient og omkostninger for samfunnet. Økt kunnskap om de aktuelle bakteriene og faktorene som bidrar til biofilmdannelse vil øke muligheten for å utvikle nye metoder for å forebygge og behandle implantatinfeksjoner.

 

Kompetanse-behov – humanhelse

Det er nødvendig med mer kunnskap om betydning av biofilm i sykdomsutvikling, Slik kunnskap kan legge grunnlag for både bedre forebyggende tiltak og behandling. Det er også viktig å skaffe mer kunnskap om metoder for å hindre eller redusere biofilmdannelse i kroppen, for eksempel på tenner, i sår, og på implantater. I tillegg til mer kunnskap om antibiofilmeffekt av tradisjonelle midler, vil bioprospektering være viktig.

 

Reklame