Plik biofilmy lub biofilmy Są to zbiorowiska mikroorganizmów przyczepionych do powierzchni, żyjące w samodzielnie wytworzonej macierzy zewnątrzkomórkowych substancji polimerowych. Zostały one po raz pierwszy opisane przez Antoine von Leeuwenhoek, kiedy badał „zwierzęce komórki” (tak nazwane przez niego), na płytce materiału z własnych zębów w XVII wieku..
Teoria, która konceptualizuje biofilmy i opisuje proces ich powstawania, została opracowana dopiero w 1978 r. Odkryto, że zdolność mikroorganizmów do tworzenia biofilmów wydaje się być uniwersalna..
Biofilmy mogą występować w środowiskach tak zróżnicowanych, jak systemy naturalne, akwedukty, zbiorniki do przechowywania wody, systemy przemysłowe, a także w wielu różnych mediach, takich jak wyroby medyczne i urządzenia do trwałości u pacjentów szpitalnych (na przykład cewniki).
Dzięki zastosowaniu skaningowej mikroskopii elektronowej i konfokalnej skaningowej mikroskopii laserowej odkryto, że biofilmy nie są jednorodnymi, nieustrukturyzowanymi osadami komórek i nagromadzonym mułem, ale raczej złożonymi, heterogenicznymi strukturami..
Biofilmy są złożonymi zbiorowiskami powiązanych komórek na powierzchni, zamkniętych w silnie uwodnionej matrycy polimerowej, której woda krąży przez otwarte kanały struktury..
Wiele organizmów, którym udało się przetrwać miliony lat w środowisku, na przykład gatunki z rodzajów Pseudomonas Y Legionella, stosować strategię dotyczącą biofilmu w środowiskach innych niż ich rodzime środowiska.
Indeks artykułów
-Polimerowe substancje zewnątrzkomórkowe wydzielane przez mikroorganizmy biofilmu, makrocząsteczki polisacharydów, białka, kwasy nukleinowe, lipidy i inne biopolimery, w większości wysoce hydrofilowe cząsteczki, krzyżują się, tworząc trójwymiarową strukturę zwaną macierzą biofilmu..
-Struktura matrycy jest wysoce lepkosprężysta, ma właściwości gumowe, jest odporna na rozciąganie i uszkodzenia mechaniczne.
-Matryca ma zdolność przylegania do powierzchni styku, w tym wewnętrznych przestrzeni porowatych mediów, poprzez zewnątrzkomórkowe polisacharydy, które działają jak przylegające dziąsła..
-Matryca polimerowa jest przeważnie anionowa i zawiera również substancje nieorganiczne, takie jak kationy metali..
-Posiada kanały wodne, przez które przepływa tlen, substancje odżywcze i substancje odpadowe, które można poddać recyklingowi..
-Ta macierz biofilmu działa jako środek ochrony i przetrwania przed niekorzystnym środowiskiem, bariera przed najeźdźcami fagocytarnymi oraz przed wnikaniem i dyfuzją środków dezynfekujących i antybiotyków..
-Formowanie się matrycy w niejednorodnych gradientach powoduje powstanie różnorodnych mikrosiedlisk, co umożliwia istnienie bioróżnorodności w biofilmie..
-W macierzy komórkowa forma życia radykalnie różni się od wolnego, niezwiązanego z nią życia. Mikroorganizmy biofilmu są unieruchomione, bardzo blisko siebie, zrzeszone w koloniach; fakt ten pozwala na intensywne interakcje.
-Interakcje między mikroorganizmami w biofilmie obejmują komunikację poprzez sygnały chemiczne w kodzie zwanym „wykrywaniem kworum”..
-Istnieją inne ważne interakcje, takie jak transfer genów i tworzenie synergistycznych mikrokonsorcjów..
-Fenotyp biofilmu można opisać za pomocą genów wyrażanych przez powiązane komórki. Ten fenotyp jest zmieniony w odniesieniu do szybkości wzrostu i transkrypcji genów.
-Organizmy w biofilmie mogą transkrybować geny, które nie dokonują transkrypcji ich planktonowych lub wolnych form życia.
-Proces tworzenia biofilmu jest regulowany przez określone geny, transkrybowane podczas początkowej adhezji komórek.
-W ograniczonej przestrzeni matrycy funkcjonują mechanizmy współpracy i konkurencji. Konkurencja generuje ciągłą adaptację w populacjach biologicznych.
-Generowany jest zbiorowy zewnętrzny układ pokarmowy, który zatrzymuje enzymy zewnątrzkomórkowe blisko komórek.
-Ten system enzymatyczny umożliwia sekwestrowanie, gromadzenie i metabolizowanie rozpuszczonych, koloidalnych i / lub zawieszonych składników odżywczych.
-Matryca funkcjonuje jako wspólny zewnętrzny obszar recyklingu, magazyn składników zlizowanych komórek, służący również jako zbiorowe archiwum genetyczne..
-Biofilm działa jako ochronna bariera strukturalna przed zmianami środowiskowymi, takimi jak wysychanie, działanie biocydów, antybiotyków, odpowiedzi immunologiczne żywiciela, środki utleniające, kationy metali, promieniowanie ultrafioletowe, a także stanowi ochronę przed wieloma drapieżnikami, takimi jak pierwotniaki fagocytarne i owady..
-Matryca biofilmu stanowi wyjątkowe środowisko ekologiczne dla mikroorganizmów, pozwalające na dynamiczny styl życia społeczności biologicznej. Biofilmy to prawdziwe mikroekosystemy.
Tworzenie się biofilmu to proces, w którym mikroorganizmy przechodzą od wolno żyjącego, jednokomórkowego stanu koczowniczego do wielokomórkowego stanu osiadłego, w którym późniejszy wzrost prowadzi do powstania struktur strukturalnych z różnicowaniem komórek.
Rozwój biofilmu następuje w odpowiedzi na pozakomórkowe sygnały środowiskowe i sygnały generowane samodzielnie.
Naukowcy, którzy badali biofilmy, zgadzają się, że możliwe jest skonstruowanie uogólnionego hipotetycznego modelu wyjaśniającego ich powstawanie.
Ten model tworzenia biofilmu składa się z 5 etapów:
Tworzenie się biofilmu rozpoczyna się od początkowego przylegania mikroorganizmów do powierzchni ciała stałego, gdzie są one unieruchamiane. Odkryto, że mikroorganizmy mają czujniki powierzchniowe i że białka powierzchniowe biorą udział w tworzeniu macierzy.
W organizmach niemobilnych, gdy warunki środowiskowe są sprzyjające, produkcja adhezyn na ich powierzchni zewnętrznej wzrasta. W ten sposób zwiększa swoją zdolność do adhezji komórka-komórka i powierzchnia komórki..
W przypadku gatunków mobilnych poszczególne mikroorganizmy lokują się na powierzchni i jest to punkt wyjścia do radykalnej zmiany ich stylu życia z koczowniczego wolno poruszającego się na siedzący, prawie siedzący..
Zdolność ruchu jest tracona, ponieważ w tworzeniu się macierzy oprócz substancji adhezyjnych uczestniczą różne struktury, takie jak wici, rzęski, pilusy i fimbria.
Następnie w obu przypadkach (mikroorganizmy ruchome i nieruchome) tworzą się małe agregaty lub mikrokolonie i generowany jest bardziej intensywny kontakt komórka-komórka; adaptacyjne zmiany fenotypowe w nowym środowisku zachodzą w skupionych komórkach.
Rozpoczyna się produkcja pozakomórkowych substancji polimerowych, następuje początkowe tworzenie się w monowarstwie, a następnie rozwój w wielowarstwowej.
Wreszcie biofilm osiąga etap dojrzałości, z trójwymiarową architekturą i obecnością kanałów, przez które przepływa woda, składniki odżywcze, substancje komunikacyjne i kwasy nukleinowe..
Macierz biofilmu zatrzymuje komórki i utrzymuje je razem, sprzyjając wysokiemu stopniowi interakcji z komunikacją międzykomórkową i tworzeniu synergistycznych konsorcjów. Komórki biofilmu nie są całkowicie unieruchomione, mogą się w nim poruszać, a także odrywać.
W zależności od liczby gatunków uczestniczących w biofilmie, ten ostatni można podzielić na:
Również w zależności od środowiska, w którym powstają, biofilm może być:
Z drugiej strony, w zależności od rodzaju interfejsu, na którym powstają, można je podzielić na:
Płytkę nazębną badano jako interesujący przykład złożonej społeczności żyjącej w biofilmach. Biofilmy płytek zębowych są twarde i nieelastyczne ze względu na obecność soli nieorganicznych, które nadają sztywności matrycy polimerowej..
Mikroorganizmy płytki nazębnej są bardzo zróżnicowane i w biofilmie występuje od 200 do 300 gatunków powiązanych.
Wśród tych mikroorganizmów są:
Innym ciekawym przykładem są ścieki bytowe, gdzie żyją w biofilmach przyczepionych do rur, mikroorganizmach nitryfikujących utleniających amon, azotyny i bakterie autotroficzne nitryfikacyjne..
Wśród bakterii utleniających amoniak tych biofilmów dominującymi liczbowo są gatunki z rodzaju Nitrosomonas, rozmieszczone w macierzy biofilmu.
Większość składników w grupie utleniaczy azotynowych to te z rodzaju Nitrospira, które znajdują się tylko w wewnętrznej części biofilmu.
Biofilmy subaerie charakteryzują się nieregularnym wzrostem na stałych powierzchniach mineralnych, takich jak skały i budynki miejskie. W tych biofilmach dominują grzyby, glony, sinice, bakterie heterotroficzne, pierwotniaki, a także mikroskopijne zwierzęta..
W szczególności biofilmy SAB zawierają mikroorganizmy chemolitotroficzne, które mogą wykorzystywać nieorganiczne związki mineralne jako źródła energii..
Mikroorganizmy chemolitotroficzne mają zdolność utleniania związków nieorganicznych, takich jak H.dwa, NH3, NIEdwa, S, HS, Fedwa+ i wykorzystać energię potencjalnego produktu elektrycznego utleniania w ich metabolizmie.
Wśród gatunków drobnoustrojów obecnych w subaerialnych biofilmach są:
Wiele bakterii znanych jako czynniki wywołujące choroby ludzkie żyje w biofilmach. Wśród nich są: Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio fischeri, Vellionella parvula, Streptococcus mutans Y Legionella pneumophyla.
Interesujące jest przenoszenie dżumy dymieniczej przez ukąszenie pcheł, stosunkowo niedawna adaptacja czynnika bakteryjnego, który powoduje tę chorobę., Yersinia pestis.
Bakteria ta rośnie jako biofilm przyczepiony do górnego przewodu pokarmowego wektora (pchły). Podczas ukąszenia pchła wyrzuca biofilm zawierający Yersinia pestis w skórze właściwej i tak zaczyna się infekcja.
Organizmy wyizolowane z biofilmu na eksplantowanych centralnych cewnikach żylnych obejmują zadziwiający zestaw bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych, a także innych mikroorganizmów..
Kilka badań naukowych podaje, że bakterie Gram-dodatnie z biofilmów w cewnikach żylnych: Corynebacterium spp., Enterococcus sp., Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus spp., Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Paciorkowiec spp. Y Streptococcus pneumoniae.
Wśród bakterii Gram-ujemnych wyizolowanych z tych biofilmów odnotowano: Acinetobacter spp., Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter anitratus, Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogens, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida, Proteus spp., Providencia spp. Y Serratia marcescens.
Inne organizmy występujące w tych biofilmach to: Candida spp., Candida albicans, Candida tropicalis Y Mycobacterium chelonei.
Jeśli chodzi o działalność przemysłu, biofilmy powodują zatykanie rur, uszkodzenia sprzętu, zakłócenia w procesach, takich jak przenoszenie ciepła podczas pokrywania powierzchni wymienników lub korozję części metalowych..
Tworzenie się filmu w przemyśle spożywczym może powodować poważne problemy operacyjne i zdrowotne.
Powiązane patogeny w biofilmach mogą zanieczyszczać produkty spożywcze bakteriami chorobotwórczymi i powodować poważne problemy zdrowotne konsumentów.
Wśród biofilmów patogenów związanych z przemysłem spożywczym są:
Ten patogenny czynnik wykorzystuje w początkowej fazie tworzenia biofilmu wici i białka błonowe. Tworzy biofilmy na stalowych powierzchniach krajalnic.
W przemyśle mleczarskim biofilmy Listeria monocytogenes w płynnym mleku i produktach mlecznych. Pozostałości mleczne w rurach, zbiornikach, pojemnikach i innych urządzeniach sprzyjają rozwojowi biofilmów tego patogenu, który wykorzystuje je jako dostępne składniki odżywcze..
Biofilmy tych bakterii można znaleźć w obiektach przemysłu spożywczego, takich jak podłogi, odpływy i na powierzchniach produktów spożywczych, takich jak mięso, warzywa i owoce, a także niskokwasowych pochodnych mleka..
Pseudomonas aeruginosa wydziela różne substancje zewnątrzkomórkowe, które są wykorzystywane do tworzenia polimerowej matrycy biofilmu, przylegając do dużej liczby materiałów nieorganicznych, takich jak stal nierdzewna.
Pseudomonas mogą współistnieć w biofilmie w połączeniu z innymi chorobotwórczymi bakteriami, takimi jak Salmonella Y Listeria.
Gatunek Salmonella są pierwszym czynnikiem sprawczym chorób odzwierzęcych o etiologii bakteryjnej i ognisk toksoinfekcji pokarmowych.
Badania naukowe to wykazały Salmonella mogą przywierać jako biofilmy do powierzchni betonowych, stalowych i plastikowych w zakładach przetwórstwa spożywczego.
Gatunek Salmonella mają struktury powierzchniowe o właściwościach adhezyjnych. Dodatkowo wytwarza celulozę jako substancję zewnątrzkomórkową, która jest głównym składnikiem matrycy polimerowej..
Wykorzystuje wici i białka błonowe w początkowym etapie tworzenia biofilmu. Wytwarza również pozakomórkową celulozę, aby generować trójwymiarową siatkę macierzy w biofilmie..
Biofilmy zapewniają ochronę mikroorganizmom, które je tworzą, przed działaniem środków dezynfekujących, środków bakteriobójczych i antybiotyków. Mechanizmy, które umożliwiają tę funkcję, są następujące:
Jeszcze bez komentarzy