Nước plasma xử lý màng sinh học như thế nào

Bạn có biết các bệnh nhiễm trùng liên quan đến biofilm (màng sinh học) chiếm ít nhất 65% tổng số bệnh nhiễm trùng ở người, nhưng không có thuốc kháng sinh đặc trị màng sinh học? ¹

Biofilm là một tập hợp phức tạp của các loại vi khuẩn và nấm được  bao bọc bởi các polymer ngoại bào (EPS), thường hình thành trên bề mặt vật thể có hoặc không có sự sống. Một ví dụ thường gặp về biofilm là lớp cao trong răng người, hoặc lớp màng nhầy trong các đường ống thoát nước. Trong một số trường hợp, các biofilm lơ lửng trong môi trường nước khi chúng không bám vào giá thể mà bám vào nhau (VD: trong bùn thải). ² EPS là lớp nhầy có thành phần gồm proteins, các phân tử đường (polysaccharide), và DNA do vi sinh vật tiết ra, giúp gắn kết các vi sinh vật với nhau và giúp chúng bám dính trên các bề mặt. ³ Hình 1 mô tả quá trình hình thành biofilm.

Vi sinh vật có xu hướng sống bám vào nhau và hình thành biofilm do những lợi ích mà lớp màng sinh học này đem lại, bao gồm khả năng bảo vệ, sự trao đổi gen và giảm nhẹ gánh nặng trao đổi chất. Do đó so với vi khuẩn đơn lẻ, biofilm sẽ khó xử lý hơn rất nhiều. Chưa có phương pháp đặc trị cho biofilm vì thuốc kháng sinh không thể thâm nhập vào lớp màng này để tiếp xúc với vi sinh vật. ⁴ Biofilm có khả năng kháng thuốc kháng sinh thông thường cao hơn từ 10 đến 1.000 lần so với vi sinh vật đơn lẻ.¹ Thậm chí, biofilm còn có khả năng bảo vệ vi sinh vật khỏi một số chất diệt khuẩn, các ion kim loại, tia UV và kháng thể của vật chủ.³

Tuy nhiên, các chất có hoạt tính mạnh trong nước plasma vừa góp phần phá vỡ lớp EPS, giải phóng các vi sinh vật khỏi lớp màng bảo vệ, vừa làm gián đoạn quá trình trao đổi gen, và phá hủy tế bào của vi sinh vật.²  Nói cách khác, nước plasma “bào mòn” lớp màng sinh học thông qua các phản ứng hóa học với các thành phần như protein, DNA của lớp màng này, sau đó vi khuẩn được giải phóng và bị tiêu diệt khi tiếp xúc với các hoạt chất của nước plasma (Hình 2). Đó là lý do vì sao, PAW tỏ ra hiệu quả hơn so với các phương pháp thông thường trong việc xử lý các biofilm.

Ban Truyền thông, Viện Nghiên cứu Công nghệ Plasma

Tài liệu tham khảo

1. Costerton JW, Stewart PS, Greenberg EP. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Science. 1999 May 21; 284(5418):1318-22
2. Mai-Prochnow, A., Zhou, R., Zhang, T. et al. Interactions of plasma-activated water with biofilms: inactivation, dispersal effects and mechanisms of action. npj Biofilms Microbiomes 7, 11 (2021)
3. Flemming, HC., Wingender, J. The biofilm matrix. Nat Rev Microbiol 8, 623–633 (2010)
4. Reffuveille F, de la Fuente-Núñez C, Mansour S, Hancock RE. A broad-spectrum antibiofilm peptide enhances antibiotic action against bacterial biofilms. Antimicrob Agents Chemother. 2014; 58(9):5363-5371.