biotechnologia


 
 

Biofilm

biofilm Biofilm to kompleks zagregowanych mikroorganizmów, rosnących na podłożu stałym. Mikrobiologiczny biofilm rozwija się podczas nieodwracalnej adhezji mikroorganizmów do powierzchni oraz produkcji zewnątrzkomórkowych polimerów, które ułatwiają adhezję i tworzą strukturalny matriks. Powierzchnią może być martwy materiał (plastik, szkło, metal, grudki ziemi) bądź też żywa tkanka.


Charakterystyka biofilmu

Biofilm cechuje heterogenność strukturalna, różnorodność genetyczna, złożoność interakcji oraz obecność zewnątrzkomórkowych substancji. W jego wnętrzu występuje wiele gatunków bakterii oraz Archaea. Mikroorganizmy te produkują zewnątrzkomórkowe polimery tworzące matriks, które chronią komórki oraz ułatwiają komunikację pomiędzy nimi za pomocą sygnałów chemicznych i fizycznych. Niedawno odkryto, że we wnętrzu niektórych biofilmów znajdują się kanały wodne, które ułatwiają rozprowadzanie substancji pokarmowych oraz sygnalnych. Bakterie występujące w biofilmie mogą się znacząco różnić od bakterii żyjących swobodnie. Jedną z zalet takiego środowiska jest zwiększona odporność na antybiotyki i detergenty, ponieważ macierz zewnątrzkomórkowa oraz zewnętrzna warstwa komórek chroni komórki występujące we wnętrzu struktury. Zewnętrzna warstwa komórek, bez względu na to jak długo biofilm funkcjonuje, naśladuje komórki młodego biofilmu. Są one duże oraz aktywne metabolicznie. Komórki te dzieląc się, przyczyniają się do wzrostu grubości biofilmu. Komórki wewnątrz tej struktury mają mniejszy dostęp do tlenu, w związku z tym wolnej rosną i są znacznie mniejsze. Znajdują się w stanie uśpionym. Aktywacji ulegają w momencie zniszczenia zewnętrznej warstwy komórek. Biofilm to struktura bardzo powszechna w przyrodzie. Płytka nazębna jest przykładem biofilmu. Biofilm może również odkładać się we wnętrzu rur, prowadząc do ich zniszczenia. W organizmie człowieka biofilm może powstawać na wszczepionych implantach, prowadząc do rozwoju infekcji.


Formowanie się biofilmu

Formowanie biofilmu rozpoczyna się w momencie adhezji mikroorganizmów do powierzchni. Pierwsi koloniści przylegają do powierzchni za pomocą słabych, odwracalnych wiązań. Jeżeli komórki nie zostaną usunięte z powierzchni, wtedy mogą przyczepiać się do podłoża za pomocą białek adhezyjnych. Pierwsi koloniści ułatwiają przytwierdzanie się kolejnych komórek poprzez tworzenie miejsc adhezji oraz produkcję matriks, które utrzymuje biofilm w całości. Tylko kilka gatunków posiada zdolności przyczepiania się do podłoża w pierwszej kolejności. Pozostałe mikroorganizmy przyłączają się do matriks bądź do wcześniejszych kolonistów. Po rozpoczęciu kolonizacji, biofilm rozwija się poprzez podziały komórek oraz przyłączanie się kolejnych. Zwykle powstaje on na podłożu zanurzonym w roztworze wodnym bądź w wilgotnym miejscu.


Znaczenie biofilmu

Biofilm wpływa na wiele aspektów naszego życia, dlatego takie ważne jest jego dokładne poznanie. Przede wszystkim przyczynia się do rozwoju wielu infekcji. Płytka nazębna to żółty biofilm na zębach, który jeżeli nie jest regularnie usuwany może prowadzić do próchnicy. Powstaje on również na implantach biomedycznych, prowadząc do rozwoju różnego typu stanów zapalnych. Może to przyczynić się do konieczności przeprowadzenia dodatkowych operacji, amputacji, a w najgorszym przypadku nawet śmierci. Najczęściej atakującymi w ten sposób patogenami są Escherichia coli, gronkowce oraz pałeczki. Biomedycznymi materiałami szczególnie podatnymi na formowanie się biofilmu są: sztuczne serce, protezy stawów, soczewki kontaktowe, zastawki serca, cewniki, szwy, protezy naczyń krwionośnych, spirale domaciczne oraz rozrusznik serca. Pomimo tego, że biofilm jest przyczyną powstawania wielu infekcji, ma również pozytywne znaczenie. Biofilmy wykorzystywane są w procesach uzdatniania wody, ponieważ rozkładają zanieczyszczenia. Bakterie bytujące w biofilmie wykorzystują te związki jako źródło energii bądź składniki budulcowe. Ubocznymi produktami tych procesów są woda, dwutlenek węgla oraz sole mineralne. Fakt ten jest również wykorzystywany w biofiltrach powietrza. Dodatkowo biofilm neutralizuje nieprzyjemne zapachy. Strukturę tą wykorzystuje się również do tworzenia tzw. biobarier, które mają za zadanie ograniczyć zanieczyszczenie gleby oraz wód podziemnych. Nie należy jednakże zapominać, że biofilm powstając wewnątrz wielu urządzeń mechanicznych oraz rur, prowadzi do ich zniszczenia.


Badania nad biofilmem

Ze względu na duży wpływ biofilmu na życia człowieka oraz jego otoczenie, bardzo ważne jest dokładne poznanie mechanizmów formowania się oraz funkcjonowania tej struktury. Dotychczas badania były prowadzone przede wszystkim w zawiesinach komórkowych, które zawierały pojedyncze komórki mikroorganizmów. Niestety komórki swobodnie żyjące zasadniczo różnią się od komórek tworzących biofilm. Z tego powodu powinno się skupić na badaniu komórek w kontekście biofilmu jako całości. W tym celu należy przede wszystkim ulepszyć techniki pozyskiwania oraz pomiaru tej struktury. Obecnie stosowane metody są niestety mało efektywne. Należy również rozwijać modele systemowe, które można wykorzystać do analizy biofilmu. Powinny one umożliwiać uzyskanie powtarzalnych oraz dokładnych wyników. Istotne jest także poznanie czynników indukujących i wpływających na tworzenie się biofilmu.


Agata Gajda


Źródło:
http://www.bionewsonline.com/n/what_is_biofilm.htm
http://www.cdc.gov/ncidod/eid/vol7no2/donlan.htm
http://www.stanford.edu/~amatin/MatinLabHomePage/Biofilm.htm
http://www.cs.montana.edu/ross/personal/intro-biofilms-s3.htm
Karatan E, Watnick P. 2009 Signals, regulatory networks, and materials that build and break bacterial biofilms. Microbiol Mol Biol Rev. 73(2):310-47.


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

82 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u