바이오필름은 고체 표면에 부착되어 박테리아 및 기타 미생물 군집을 포함하는 얇지만 견고한 점액질 층으로 정의됩니다.
바이오필름 형성은 의료 산업에서 중요한 문제로 대두되었으며, 연구를 통해 바이오필름 형성 과정과 성장 및 확산 제어 방법에 대한 이해가 깊어졌습니다. 바이오필름은 생물체 또는 무생물 표면에서 형성될 수 있으며, 자연 환경, 산업 현장, 병원 등 다양한 환경에서 발생합니다.
생물막이 형성되려면 박테리아, 고체 표면, 그리고 습기가 필요합니다. 박테리아가 표면에 부착되면 증식하기 시작하고, 일정 임계점에 도달하면 표면에 점액질 막을 분비합니다. 이 막은 박테리아를 외부 환경으로부터 보호하고 항생제에 대한 저항력을 높여줍니다 (항생제가 막에 도달하지 못하게 합니다). 이렇게 살아있는 성장체로 변모한 생물막은 계속해서 자라다가 일부가 떨어져 나가면서 감염을 확산시킵니다.
생물막에서 흥미로운 점은 박테리아가 쿼럼 센싱(QS)이라는 과정을 통해 서로 소통한다는 것입니다. QS는 생물막 전체에 확산되는 작은 전달 분자를 통해 박테리아 세포 간에 이루어지는 소통 과정입니다. 박테리아는 또한 QS를 이용하여 환경적 스트레스에 반응하여 대사를 조절합니다. 예를 들어, 생물막이 산소 공급을 차단하면 박테리아는 혐기성(산소가 없는) 박테리아가 되어 질병을 유발하고 장기화시키는 능력이 더욱 강력해집니다. QS는 생물막의 두뇌 역할을 합니다. 이러한 특징 때문에 생물막은 살아있고, 생각하는 능력을 갖춘 위험한 감염 유발체이며, 항생제에 대한 내성까지 지니고 있습니다.
생물막이 항생제에 저항하는 또 다른 기전은 성장 속도와 관련이 있습니다. 생물막 내 세균의 성장 속도는 부유 상태의 세균(생물막이 없는 세균)보다 훨씬 느립니다. 세균은 항생제에 중독되어 죽기 위해서는 항생제를 대사해야 합니다. 대사 속도가 느리면 세균이 흡수하는 항생제의 양이 줄어들어 항생제에 대한 내성이 강해집니다. 생물막의 나이 또한 중요한 요소일 수 있는데, 생물막이 오래될수록 점액 생성이 증가하여 점액 내부로 영양분과 산소가 침투하기 어려워지기 때문입니다.
생물막과 가장 흔하게 연관되는 미생물에는 황색 포도상구균 , 표피포도상구균, 장구균 과 같은 그람 양성 세균 , 대장균, 폐렴간균, 프로테우스 미라빌리스, 녹농균 과 같은 그람 음성 세균 , 그리고 특히 칸디다 종과 같은 효모가 포함됩니다.
바이오필름은 만성 감염과 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, (P. aeruginosa) 은 낭포성 섬유증 환자의 폐에 바이오필름을 형성하며, 적극적인 항생제 사용에도 불구하고 녹농균 감염은 만성 염증과 폐 조직 손상을 유발하는 평생 지속되는 문제로 남아 있는 경우가 많습니다. 바이오필름을 형성하는 녹농균은 만성 상처 감염에도 관여하며, 사람과 동물의 상처 모두에서 바이오필름을 형성합니다. 또한 바이오필름은 만성 상처(치유되지 않는 상처)의 염증을 유발하는 주요 원인입니다.
바이오필름과 의료기기 관련 감염 사이의 연관성은 1972년부터 알려져 왔습니다. 의학 논문들은 카테터, 심장박동기 및 스텐트, 치과 임플란트, 인공관절, 유방 보형물, 인공호흡기 튜브 등 다양한 의료기기에서 바이오필름이 발생한다는 사실을 보고하기 시작했습니다. 실제로 병원 감염의 최대 50%가 이러한 이식형 의료기기에서 발생합니다. 이러한 표면에서 성숙한 바이오필름이 확산되는 것이 주요 감염 위험 요인입니다.
환자에게 질병을 유발하는 생물막의 능력을 감소시키고, 병원에서 항생제에 대한 내성을 강화하며, 상수도 시스템과 같은 공공장소에서 생물막을 제거하기 위해서는 새롭고 효과적이며 특이적인 항균 물질과 소독제를 개발해야 할 필요성이 분명히 존재합니다.
바이오필름 제어에 있어 중요한 진전은 의료용 차아염소산(HOCl) 생산 방법의 발견입니다. HOCl은 인체의 면역 체계에서 바이오필름을 공격하는 분자입니다. HOCl은 100년 이상 알려져 왔지만, 지난 20년간 HOCl 제조 방법이 개선되면서 바이오필름 제거에 새로운 길이 열렸습니다. 스텔렌보스에 위치한 생명공학 기업 토클로 랩스(Thoclor Labs)는 최근 몇 년간 트리펙티브® 플러스(Trifectiv® Plus)라는 브랜드로 의료용 HOCl을 개발하고 완성하는 데 있어 꾸준히 획기적인 성과를 거두었습니다. 트리펙티브® 플러스는 바이오필름 점액을 분해할 뿐만 아니라 바이오필름 형성에 관여하는 박테리아(항생제 내성 박테리아 포함), 바이러스, 곰팡이까지 사멸시킵니다. 또한 항염증 효과가 있어 일반 HOCl 제품보다 염증을 억제하고 상처 치유 속도를 최대 70%까지 향상시키는 장점을 제공합니다.
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