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.,selvom du måske ikke være bekendt med begrebet biofilm, har du helt sikkert stødt på biofilm på en regelmæssig basis. For eksempel er pladen, der dannes på dine tænder og forårsager tandfald, en type bakteriel biofilm. “Gunk”, der tilstopper dine husholdningsafløb, er også en biofilm. Hvis du nogensinde har gået i en strøm eller flod, har du måske glidet på klipper, der var slimede med biofilm. En vedvarende infektion på en skrabe, du fik fra en sportsskade, var sandsynligvis en biofilm., Og så går det: biofilm-de er hvor du vil være.
så hvad er en biofilm?
en biofilm er sammensat af levende, reproducerende mikroorganismer, såsom bakterier, der findes som en koloni eller samfund. Med andre ord er biofilm i LIVE og har en kompleks social struktur, som forskere og ingeniører stadig forsøger at løsne, en struktur, der både beskytter dem og giver dem mulighed for at vokse.
hvordan danner biofilm?,
en biofilm dannes, når visse mikroorganismer (for eksempel nogle typer bakterier) klæber til overfladen af et objekt i et fugtigt miljø og begynder at reproducere. Mikroorganismerne danner en fastgørelse til objektets overflade ved at udskille et slimet, limlignende stof. Biofilm kan danne på næsten enhver tænkelig overflade: metaller, plast, naturlige materialer (f.eks sten), medicinske implantater, køkkenborde, kontaktlinser, vægge, et spabad eller swimmingpool (har du nogensinde bemærket, at siderne i et spabad eller swimmingpool virkede lidt slimet?,), menneskelige og animalske væv, og på og på. Faktisk, uanset hvor kombinationen af fugt, næringsstoffer og en overflade findes, vil biofilm sandsynligvis også findes.
En biofilm samfund kan være dannet af en enkelt type mikroorganisme, men i naturen biofilm næsten altid består af blandinger af mange arter af bakterier, samt svampe, alger, gær, protozoer, og andre mikroorganismer, sammen med ikke-levende snavs og korrosion produkter. For eksempel er over 500 bakteriearter blevet identificeret i typiske tandplak biofilm!
hvor stor kan en biofilm få?,
biofilm kan være så tynde, at man undgår detektion med det blotte øje—kun et par cellelag tykke. De biofilm, der næsten helt sikkert findes på din køkkenbord, er for eksempel generelt ikke detekterbare for øjet (medmindre du som nogle universitetsstuderende ikke vasker dine tællere meget ofte). De kan også vokse til at blive mange tommer tykke; sandsynligvis ikke på en bordplade (i det mindste håber vi ikke), men bestemt som alger på klipper i et vandløb.
Hvad får en biofilm til at holde sammen?,
ingeniører og forskere har opdaget, at biofilm holdes sammen af sukkerholdige molekylære tråde, kollektivt betegnet “ekstracellulære polymere stoffer” (en mundfuld af et udtryk, der i det væsentlige betyder “forbindelser eller stoffer, der dannes uden for cellernes vægge”) eller “EPS.”Cellerne producerer tråde af EPS og holdes sammen af disse tråde, så de kan udvikle komplekse, tredimensionelle, tilknyttede samfund, der er resistente over for angreb, der ville ødelægge individuelle celler, der ikke er en del af en biofilmkoloni.,
S. Dirckx, Center for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman
Figur 1. Biofilms Livscyklus.
1. Fritflydende eller planktoniske bakterier støder på en nedsænket overflade og inden for få minutter kan blive fastgjort. De begynder at producere slimede ekstracellulære polymere stoffer (EPS) og kolonisere overfladen.
2., EPS-produktion giver det nye biofilm-samfund mulighed for at udvikle en kompleks, tredimensionel struktur, der er påvirket af en række miljøfaktorer. Biofilm samfund kan udvikle sig inden for få timer.
3. Biofilm kan formere sig gennem frigørelse af små eller store klumper af celler, eller ved en type “såning spredning”, der frigiver individuelle celler. Enten type frigørelse tillader bakterier at fastgøre til en overflade eller til en biofilm nedstrøms for det oprindelige samfund.
Hvordan kan skadelige biofilm behandles?
Ah!, Nu kommer vi til kernen i biofilms-problemet. Læs dette lille afsnit omhyggeligt, for når du får punktet her, vil du forstå, hvorfor studiet af biofilm er så radikalt og vigtigt, og resten af denne hyperte .tbook vil give mening for dig. Du ser, den effektive behandling (dvs. ødelæggelse) af skadelige mikroorganismer, såsom bakterier, er blevet undersøgt i mange lange år fra det forkerte perspektiv! Det er rigtigt., Skadelige mikroorganismer blev undersøgt (og er desværre stadig i vid udstrækning) isoleret, ikke som medlemmer af en biofilmkoloni, hvor de faktisk normalt bor.
lad os diskutere dette ved hjælp af et eksempel. Har du nogensinde hørt om, siger, et mundskyl, der annonceres for at ” dræbe millioner af bakterier ved kontakt?”Det er nok en sandfærdig erklæring fra mundskyllefirmaet (hej, vi forsøger ikke at køre nogen ud af forretningen; vi vil dog gerne hjælpe dem med at gøre deres forretning bedre). Men overvej nu dette. Disse millioner af bakterier er indlejret i en PLA biofue biofilm i munden., Hvordan trænger mundskylen ind i biofilmen for faktisk at kontakte hver af disse millioner af individuelle bakterier? Godt spørgsmål. Husk, at vi sagde, at biofilm kan blive ret tykke, og at de ser ud til at have kapacitet til at danne forsvarsmekanismer mod angreb udefra.,
faktum er, at i dag er mundskyllevand, antibiotika, rengøringsmidler, desinfektionsmidler, og de fleste andre former for behandling formler er udviklet ved at afprøve deres virkning på skadelige mikroorganismer i en planktoniske tilstand (en tilstand, hvor mikroorganismer, der flyder i en løsning, som individer, ikke som en del af en biofilm koloni, der er knyttet til en overflade). Så selvom sådanne behandlinger faktisk kan dræbe millioner af bakterier ved kontakt, er effekten af disse behandlinger meget begrænset, når de anvendes til virkelige verdensmiljøer, hvor mikroorganismerne, der skal dræbes, faktisk er medlemmer af en biofilm.,
Den konklusion, og som i øjeblikket aggressivt forfulgt af biofilm forskere rundt om i verden, er, at den hele undersøgelse af behandling af skadelige mikroorganismer, skal revideres i lyset af denne nye forståelse af, hvordan de mikroorganismer, der reelt befinder sig i vores miljø: som biofilm. Den struktur, vækst, forsvarsmekanismer, reproduktion, og alle andre facetter af biofilm skal forstås, og nye behandlinger og metoder til evaluering af effektiviteten af disse behandlinger skal være udviklet.,
Dette er de store udfordringer, som dem, der kommer ind på biofilmsfeltet, står overfor. Der er allerede gjort store fremskridt, men der er meget mere at forstå og gøre, både med hensyn til at udvikle effektive behandlinger og i at uddanne samfundet om biofilm og deres konsekvenser. Derfor siger vi, at dette er et godt felt for unge at betragte som et karrierefokus inden for biologi, mikrobiologi, miljøteknik og videnskab, biokemi og andre discipliner.
Åh, og lad os afslutte historien om mundskyl., I betragtning af hvad der er kendt om tandplak nu, skulle du gurgle med et godt mundskyl i cirka fem minutter lige for at dræbe de millioner af bakterier, der findes på tænder, der er belagt med en “gennemsnitlig” mængde plak.
Hvad er de økonomiske virkninger af biofilm?
biofilm koster USA bogstaveligt talt milliarder af dollars hvert år i energitab, udstyrsskader, produktforurening og medicinske infektioner., Men biofilm tilbyder også et stort potentiale for bioremediering af farlige affaldssteder, biofiltering af kommunalt og industrielt vand og spildevand og dannelse af biobarriere for at beskytte jord og grundvand mod forurening. Kompleksiteten af biofilmaktivitet og adfærd kræver forskningsbidrag fra mange discipliner som biokemi, teknik, matematik og mikrobiologi. Ny indsigt i biofilms mysterier offentliggøres regelmæssigt i en lang række videnskabelige og tekniske tidsskrifter.