Biofilm

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Biofilm wytworzony na kateterze przez gronkowca złocistego.
5 etapów powstawania biofilmu. 1. początkowe przywiązanie; 2. nieodwracalne przywiązanie; 3. dojrzewanie I; 4. dojrzewanie II; 5. rozproszenie. Każdemu etapowi powstawania biofilmu na schemacie odpowiada mikrofotografia powstającego biofilmu P. aeruginosa. Wszystkie mikrofotografie są przedstawione w tej samej skali.

Biofilm (z ang. filmwarstwa) zwany także błoną biologiczną (ang. biological membrane) – złożona wielokomórkowa struktura bakterii (i innych organizmów) otoczona warstwą substancji organicznych i nieorganicznych, produkowanych przez te drobnoustroje, wykazująca adhezję zarówno do powierzchni biologicznych jak i abiotycznych. Błona biologiczna może odkładać się na granicy faz niezależnie od ich rodzaju. Drobnoustroje wolno żyjące nazywane są planktonem.

Do najlepiej poznanych mikroorganizmów tworzących biofilm można zaliczyć:

Błona biologiczna jest strukturą złożoną pod względem architektury, jak i składu gatunkowego. Przyjmuje się, że w środowisku naturalnym nie występują biofilmy składające się z jednego gatunku. Warto też wspomnieć, że spotykano błony zapewniające środowisko życia organizmów z różnych domen. Przyjmuje się, że 95% drobnoustrojów w środowisku za podstawową formę bytowania przyjmuje formę błony biologicznej.

Formowanie się matrycy biofilmu ma na celu ochronę mikroorganizmów (tworzących biofilm) przed degradacyjną działalnością czynników środowiskowych, w tym na działanie antybiotyków. Biofilm ma udział w patogenezie chorób przewlekłych, zwłaszcza zakażeń towarzyszących stosowaniu cewników, drenów, zakładaniu implantów. Stanowi poważny problem w zakażeniach wewnątrzszpitalnych. Złożona struktura biofilmu i odmienne cechy fizjologiczne drobnoustrojów go tworzących, tłumaczą po części ich wysoką oporność na działanie różnych czynników bakteriobójczych, w tym oporność na antybiotyki.

Zwarta struktura biofilmu jest bardzo trudna do usunięcia, dlatego też mycie i dezynfekcja są ważnymi czynnikami mającymi na celu zapobieganie akumulacji materii mikrobiologicznej.

W stomatologii wyróżniamy biofilm wczesny oraz biofilm późny[1]. Różnią się one pod względem zawartości bakterii oraz grubością.

Do negatywnych aspektów obecności biofilmów zalicza się również zjawisko biofoulingu, czyli niepożądanego narastania materiału biologicznego na powierzchniach urządzeń[2]. Wskutek tego zjawiska dochodzi między innymi do zmniejszania wydajności wymienników ciepła[3], zmniejszania efektywności separacji membranowej[4] oraz wzrostu sił tarcia działających na kadłuby okrętów[5].

Obecność biofilmów może również wywierać pozytywne skutki, wynikające ze zdolności niektórych mikroorganizmów do rozkładu szkodliwych związków. Cecha ta wykorzystywana jest w procesie bioremediacji, czyli unieszkodliwianiu zanieczyszczeń obecnych w wodach podziemnych i glebach. Kontrolowaną degradację związków toksycznych prowadzi się również w przeznaczonych do tego celu bioreaktorach[6]. Dzięki obecności biofilmów możliwe jest znaczne zwiększenie wydajności procesów mikrobiologicznych. Wynika to ze znacznie większej gęstości biomasy w porównaniu do mikroorganizmów unoszących się w cieczy oraz z faktu, że znajdujące się na stałym podłożu mikroorganizmy nie są wymywane z urządzenia wraz z przepływającą cieczą[7]. Do tej pory opracowano wiele rozwiązań konstrukcyjnych bioreaktorów, w których dochodzi do zamierzonego narastania biofilmu. Do takich urządzeń zalicza się między innymi złoże biologiczne zraszane, rotacyjny bioreaktor dyskowy, bioreaktor fluidyzacyjny, czy bioreaktor z wewnętrzną cyrkulacją[8].

Przypisy

  1. Marcin Krufczyk, Płytka nazębna - biofilm - Dentysta.eu - Marcin Krufczyk, „Dentysta.eu - Marcin Krufczyk”, 17 stycznia 2017 [dostęp 2017-01-28] (pol.).
  2. Flemming i inni, Marine and industrial biofouling, Springer, 2009.
  3. P. Sriyutha Murthy i inni, Biofilm control for plate heat exchangers using surface seawater from the open ocean for the OTEC power plant, „International Biodeterioration & Biodegradation”, 53 (2), 2004, s. 133–140, DOI10.1016/j.ibiod.2003.11.003 [dostęp 2017-03-01].
  4. Flemming i inni, Biofouling—the Achilles heel of membrane processes, „Desalination”, 113 (2), 1997, s. 215-225.
  5. M. P. Schultz i inni, Economic impact of biofouling on a naval surface ship, „Biofouling”, 27 (1), , s. 87–98, DOI10.1080/08927014.2010.542809, ISSN 0892-7014, PMID21161774 [dostęp 2017-03-01].
  6. Szymon Skoneczny, Bolesław Tabiś, The method for steady states determination in tubular biofilm reactors, „Chemical Engineering Science”, 137, 2015, s. 178–187, DOI10.1016/j.ces.2015.06.024 [dostęp 2017-03-01].
  7. Szymon Skoneczny, Bolesław Tabiś, Dynamic properties of a continuous stirred tank biofilm bioreactor for aerobic processes, „AIChE Journal”, 2016, n/a–n/a, DOI10.1002/aic.15591, ISSN 1547-5905 [dostęp 2017-03-01] (ang.).
  8. Cristiano Nicolella, Mark C.M. van Loosdrecht, Sef J. Heijnen, Particle-based biofilm reactor technology, „Trends in Biotechnology”, 18 (7), s. 312–320, DOI10.1016/s0167-7799(00)01461-x.