A Brief Introduction to Biofilms
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Biofilm in pipe section.
Biofilm in stream in Yellowstone National Park.
Biofilm scraped from reverse osmosis membrane.
Dental plaque is biofilm.,même si vous ne connaissez peut-être pas le terme biofilm, vous avez certainement rencontré des biofilms régulièrement. Par exemple, la plaque qui se forme sur vos dents et provoque la carie dentaire est un type de biofilm bactérien. Le « crasse » qui obstrue les drains de votre ménage est également un biofilm. Si vous avez déjà marché dans un ruisseau ou une rivière, vous avez peut-être glissé sur des rochers visqueux avec du biofilm. Une infection persistante sur une éraflure que vous avez reçue d’une blessure sportive était probablement un biofilm., Et c’est ainsi: les biofilms—ils sont là où vous voulez être.
Donc qu’est ce qu’un biofilm?
un biofilm est composé de micro-organismes vivants et reproducteurs, tels que des bactéries, qui existent en tant que colonie ou communauté. En d’autres termes, les biofilms sont vivants et ont une structure sociale complexe que les scientifiques et les ingénieurs tentent toujours de démêler, une structure qui les protège et leur permet de se développer.
comment se forment les biofilms?,
Un biofilm se forme lorsque certains micro-organismes (par exemple, certains types de bactéries) adhérer à la surface d’un objet dans un environnement humide et commencent à se reproduire. Les micro-organismes forment un attachement à la surface de l’objet en sécrétant une substance visqueuse ressemblant à de la colle. Les Biofilms peuvent se former sur à peu près n’importe quelle surface imaginable: métaux, plastiques, matériaux naturels (tels que les roches), implants médicaux, comptoirs de cuisine, lentilles de contact, les murs d’un bain à remous ou d’une piscine (avez-vous déjà remarqué que les côtés d’un bain à remous ou d’une piscine semblaient légèrement visqueux?,), les tissus humains et animaux, et sur et sur. En effet, partout où la combinaison d’humidité, de nutriments et d’une surface existe, les biofilms seront probablement également trouvés.
une communauté de biofilms peut être formée par un seul type de micro-organisme, mais dans la nature, les biofilms sont presque toujours constitués de mélanges de nombreuses espèces de bactéries, ainsi que de champignons, d’algues, de levures, de protozoaires et d’autres micro-organismes, ainsi que de débris non vivants et de produits de corrosion. Par exemple, plus de 500 espèces bactériennes ont été identifiées dans les biofilms typiques de la plaque dentaire!
Quelle est la taille d’un biofilm?,
les Biofilms peuvent être si minces qu’ils ne peuvent être détectés à l’œil nu—seulement quelques couches cellulaires d’épaisseur. Les biofilms qui existent presque certainement sur votre comptoir de cuisine, par exemple, sont généralement indétectables à l’œil (sauf si, comme certains étudiants, vous ne lavez pas vos comptoirs très souvent). Ils peuvent également se développer pour devenir plusieurs pouces d’épaisseur; probablement pas sur un comptoir (du moins nous espérons pas), mais certainement comme des algues sur les rochers dans un lit de rivière.
Qu’est-ce qui fait qu’un biofilm colle ensemble?,
des ingénieurs et des scientifiques ont découvert que les biofilms sont maintenus ensemble par des brins moléculaires sucrés, collectivement appelés « substances polymères extracellulaires » (une bouchée d’un terme qui signifie essentiellement « composés ou substances qui se forment à l’extérieur des parois des cellules ») ou « EPS. »Les cellules produisent des brins D’EPS et sont maintenues ensemble par ces brins, ce qui leur permet de développer des communautés complexes, tridimensionnelles et attachées qui résistent aux attaques qui détruiraient des cellules individuelles ne faisant pas partie d’une colonie de biofilm.,
P. Dirckx, Centre de Biofilm de l’Ingénierie, de la Montana State University, Bozeman
la Figure 1. Le Cycle De Vie Biofilm.
1. Les bactéries flottantes, ou planctoniques, rencontrent une surface submergée et peuvent se fixer en quelques minutes. Ils commencent à produire des substances polymères extracellulaires visqueuses (EPS) et à coloniser la surface.
2., La production D’EPS permet à la communauté émergente des biofilms de développer une structure tridimensionnelle complexe influencée par divers facteurs environnementaux. Les communautés de biofilms peuvent se développer en quelques heures.
3. Les Biofilms peuvent se propager par détachement de petites ou grandes touffes de cellules, ou par un type de « dispersion par ensemencement » qui libère des cellules individuelles. L’un ou l’autre type de détachement permet aux bactéries de se fixer à une surface ou à un biofilm en aval de la communauté d’origine.
Comment traiter les biofilms nocifs?
Ah!, Maintenant, nous arrivons au cœur de la question des biofilms. Lisez attentivement cette petite section, car lorsque vous aurez le point ici, vous comprendrez pourquoi l’étude des biofilms est si radicale et importante, et le reste de cet hypertextbook aura du sens pour vous. Vous voyez, le traitement efficace (c’est-à-dire la destruction) des micro-organismes nuisibles, tels que les bactéries, a été étudié pendant de longues années dans une mauvaise perspective! C’est le droit., Les micro-organismes nuisibles ont été étudiés (et le sont encore, malheureusement, dans une large mesure) isolément, et non en tant que membres d’une colonie de biofilm, où ils résident normalement.
discutons de cela à titre d’exemple. Avez-vous déjà entendu parler, par exemple, d’un rince-bouche annoncé pour « tuer des millions de germes au contact? »C’est probablement une déclaration véridique de la société de rince-bouche (Hé, nous n’essayons pas de faire faillite; cependant, nous aimerions les aider à mieux faire leurs affaires). Mais maintenant, considérez ceci. Ces millions de germes sont intégrés dans un biofilm de plaque dans votre bouche., Comment le rince-bouche pénètre – t-il le biofilm pour entrer en contact avec chacun de ces millions de germes individuels? Bonne question. Rappelez-vous que nous avons dit que les biofilms peuvent devenir assez épais et qu’ils semblent avoir la capacité de former des mécanismes de défense contre les attaques extérieures.,
le fait est que les Bains de bouche, les antibiotiques, les nettoyants ménagers, les désinfectants et la plupart des autres formules de traitement d’aujourd’hui ont été développés en testant leur effet sur les micro-organismes nuisibles à l’état planctonique (un État dans lequel les micro-organismes flottent dans une solution en tant qu’individus, et non en tant Ainsi, bien que de tels traitements puissent effectivement tuer des millions de germes au contact, l’effet de ces traitements est sévèrement limité lorsqu’ils sont appliqués à des environnements réels dans lesquels les micro-organismes à tuer sont en fait membres d’un biofilm.,
la conclusion, et qui est actuellement activement poursuivie par les chercheurs de biofilm à travers le monde, est que toute l’étude du traitement des micro-organismes nuisibles doit être revisitée à la lumière de cette nouvelle compréhension de la façon dont ces micro-organismes se présentent réellement dans notre environnement: en tant que biofilms. La structure, la croissance, les mécanismes de défense, la reproduction et toutes les autres facettes des biofilms doivent être comprises, et de nouveaux traitements et méthodes pour évaluer l’efficacité de ces traitements doivent être développés.,
Ce sont les grands défis auxquels sont confrontés ceux qui entrent dans le domaine des biofilms. Beaucoup de progrès ont déjà été réalisés, mais il reste beaucoup à comprendre et à faire, tant en termes de développement de traitements efficaces que d’éducation de la société sur les biofilms et leurs implications. C’est pourquoi nous disons que c’est un bon domaine pour les jeunes à considérer comme un axe de carrière dans la biologie, la microbiologie, l’ingénierie et la science de l’environnement, la biochimie et d’autres disciplines.
Oh, et finissons l’histoire sur le rince-bouche., Compte tenu de ce que l’on sait sur la plaque dentaire maintenant, vous devrez vous gargariser avec un bon rince-bouche pendant environ cinq minutes d’affilée pour tuer ces millions de germes présents sur les dents recouvertes d’une quantité « moyenne » de plaque.
Quels sont les Impacts financiers des Biofilms?
les Biofilms coûtent littéralement des milliards de dollars aux États-Unis chaque année en pertes d’énergie, en dommages à l’équipement, en contamination des produits et en infections médicales., Mais les biofilms offrent également un énorme potentiel de bioremédiation des sites de déchets dangereux, de biofiltrage de l’eau et des eaux usées municipales et industrielles et de formation de biobarriers pour protéger les sols et les eaux souterraines de la contamination. La complexité de l’activité et du comportement des biofilms nécessite des contributions de recherche de nombreuses disciplines telles que la biochimie, l’ingénierie, les mathématiques et la microbiologie. De nouvelles informations sur les mystères du biofilm sont publiées régulièrement dans une grande variété de revues scientifiques et d’ingénierie.