A Brief Introduction to Biofilms
|
|
|
|
|
Biofilm in pipe section.
Biofilm in stream in Yellowstone National Park.
Biofilm scraped from reverse osmosis membrane.
Dental plaque is biofilm.,i když nemusíte být obeznámeni s termínem biofilm, určitě jste se setkali s biofilmy pravidelně. Například plak, který se tvoří na zubech a způsobuje zubní kaz, je jedním typem bakteriálního biofilmu. „Gunk“, který ucpává vaše domácí odtoky, je také biofilm. Pokud jste někdy chodili v potoce nebo řece, možná jste sklouzli na skalách, které byly slizké s biofilmem. Trvalá infekce na škrábnutí, které jste dostali ze sportovního zranění, byla pravděpodobně biofilm., A tak to jde: biofilmy-jsou tam, kde chcete být.
takže co je biofilm?
biofilm se skládá z živých, reprodukujících mikroorganismů, jako jsou bakterie, které existují jako kolonie nebo komunita. Jinými slovy, biofilmy jsou naživu a mají složitou sociální strukturu, že vědci a technici se stále snaží rozluštit, strukturu, která je chrání a umožňuje jim růst.
jak se tvoří biofilmy?,
biofilm se tvoří, když určité mikroorganismy (například některé typy bakterií) přilnou k povrchu nějakého objektu ve vlhkém prostředí a začnou se množit. Mikroorganismy tvoří přílohu k povrchu předmětu tím, že vylučují slizkou látku podobnou lepidlu. Biofilmy se mohou tvořit na téměř jakýkoliv představitelný povrch: kovy, plasty, přírodní materiály (např. kameny), lékařské implantáty, kuchyňské linky, kontaktní čočky, stěny horké vaně nebo bazénu (všimli jste si někdy, že stranách vířivku nebo bazén vypadal mírně slizký?,), lidské a živočišné tkáně, a dál a dál. Ve skutečnosti, všude tam, kde existuje kombinace vlhkosti, živin a povrchu, budou pravděpodobně nalezeny i biofilmy.
komunita biofilmu může být tvořena jediným druhem mikroorganismu, ale v přírodě se biofilmy téměř vždy skládají ze směsí mnoha druhů bakterií, stejně jako hub, řas, kvasinek, prvoků a dalších mikroorganismů spolu s neživými nečistotami a korozními produkty. Například v typických biofilmech zubního plaku bylo identifikováno více než 500 bakteriálních druhů!
jak velký může biofilm dostat?,
biofilmy mohou být tak tenké, aby se zabránilo detekci pouhým okem-jen několik buněčných vrstev tlustých. Biofilmy, které téměř jistě existují na vašem kuchyňském pultu, například, jsou obecně nezjistitelné pro oko (pokud, stejně jako někteří vysokoškoláci, nemusíte umýt čítače velmi často). Mohou také růst, aby se staly tlustými mnoha centimetry; pravděpodobně ne na desce (alespoň doufáme, že ne), ale určitě jako řasy na skalách v potoce.
co dělá biofilm držet pohromadě?,
inženýři a vědci zjistili, že biofilmy jsou drženy pohromadě sladkými molekulárními prameny, souhrnně nazývanými „extracelulární polymerní látky“ (sousto termínu, který v podstatě znamená „sloučeniny nebo látky, které se tvoří mimo stěny buněk“) nebo „EPS.“Buňky produkují prameny EPS a jsou drženy pohromadě pomocí těchto pramenů, které jim umožní rozvíjet komplexní, trojrozměrný, připojené komunity, které jsou odolné vůči útokům, které by zničit jednotlivé buňky nejsou součástí biofilmu kolonie.,
P. Dirckx, Centrum pro Biofilmu Inženýrství, Montana State University, Bozeman,
Obrázek 1. Životní Cyklus Biofilmu.
1. Volně plovoucí nebo planktonické bakterie se setkávají s ponořeným povrchem a během několika minut se mohou připojit. Začínají produkovat slizké extracelulární polymerní látky (EPS) a kolonizovat povrch.
2., Výroba EPS umožňuje vznikající komunitě biofilmu vyvinout komplexní trojrozměrnou strukturu, která je ovlivněna řadou environmentálních faktorů. Biofilmové komunity se mohou rozvíjet během několika hodin.
3. Biofilmy se mohou šířit oddělením malých nebo velkých shluků buněk nebo typem „seeding dispersal“, který uvolňuje jednotlivé buňky. Buď typ oddělení umožňuje bakteriím připojit se k povrchu nebo k biofilmu za původním společenstvím.
jak lze léčit škodlivé biofilmy?
Ah!, Nyní se dostáváme k jádru problému biofilmů. Přečtěte si tuto malou sekci pečlivě, protože když získáte bod zde, pochopíte, proč je studium biofilmů tak radikální a důležité, a zbytek tohoto hypertextbooku vám dává smysl. Vidíte, účinná léčba (tj. zničení) škodlivých mikroorganismů, jako jsou bakterie, byla studována po mnoho let ze špatné perspektivy! Přesně tak., Škodlivé mikroorganismy byly studovány (a stále jsou, bohužel, do značné míry) izolovaně, nikoli jako členové kolonie biofilmů, kde ve skutečnosti obvykle žijí.
pojďme to probrat příkladem. Už jste někdy slyšeli o ústní vodě, která je inzerována, aby “ zabila miliony bakterií při kontaktu?“To je pravděpodobně pravdivé prohlášení společnosti ústní vody (hej, nesnažíme se nikoho vymanit z podnikání; rádi bychom jim však pomohli lépe podnikat). Ale teď to zvažte. Ty miliony bakterií jsou vloženy do plaku biofilmu v ústech., Jak ústní voda proniká do biofilmu, aby skutečně kontaktovala každý z těchto milionů jednotlivých bakterií? Dobrá otázka. Nezapomeňte, že jsme řekli, že biofilmy mohou být poměrně silné a že se zdá, že mají schopnost vytvářet obranné mechanismy proti vnějším útokům.,
faktem je, že dnešní ústní vody, antibiotika, čisticí prostředky pro domácnost, dezinfekční prostředky a většina dalších léčebných vzorců byly vyvinuty testováním jejich účinku na škodlivé mikroorganismy v planktonickém stavu (stav, ve kterém mikroorganismy plavou v roztoku jako jednotlivci, nikoli jako součást kolonie biofilmu připojené k povrchu). Takže, i když taková léčba skutečně může zabít miliony bakterií na kontakt, účinek těchto procedur je výrazně omezena, pokud jsou aplikovány do reálného prostředí, ve kterém mikroorganismy, být zabit jsou vlastně členové biofilmu.,
Na závěr, a ten, který je v současné době agresivně sleduje biofilmu vědci po celém světě, je to, že celá studie léčby škodlivých mikroorganismů musí být revidována ve světle této nové pochopení toho, jak tyto mikroorganismy vlastně prezentovat sami sebe v našem prostředí: jako biofilmy. Musí být pochopena struktura, růst, obranné mechanismy, reprodukce a všechny ostatní aspekty biofilmů a musí být vyvinuta nová léčba a metody hodnocení účinnosti těchto ošetření.,
to jsou velké výzvy, kterým čelí ti, kteří vstupují do oblasti biofilmů. Mnoho pokroku již bylo dosaženo, ale je mnohem více pochopit a dělat, a to jak z hlediska rozvoje účinné léčby, tak ve vzdělávání společnosti o biofilmech a jejich důsledcích. Proto říkáme, že je to dobrý obor pro mladé lidi, který je třeba považovat za profesní zaměření v biologii, mikrobiologii, environmentálním inženýrství a vědě, biochemii a dalších oborech.
Oh, a pojďme dokončit příběh o ústní vodě., Vzhledem k tomu, co je nyní známo o zubním plaku, budete muset kloktat dobrou ústní vodou asi pět minut rovně, abyste zabili ty miliony bakterií přítomných na zubech potažených „průměrným“ množstvím plaku.
jaké jsou finanční dopady biofilmů?
biofilmy stojí USA ročně doslova miliardy dolarů v energetických ztrátách, poškození zařízení, kontaminaci produktu a lékařských infekcích., Biofilmy však také nabízejí obrovský potenciál pro bioremediaci nebezpečných odpadních míst, biofiltrování komunálních a průmyslových vod a odpadních vod a vytváření biobarrierů k ochraně půdy a podzemních vod před kontaminací. Složitost biofilm aktivity a chování vyžaduje výzkumné příspěvky z mnoha oborů, jako je biochemie, Inženýrství, Matematika a mikrobiologie. Nové poznatky o záhadách biofilmu jsou pravidelně publikovány v široké škále vědeckých a inženýrských časopisů.