A Brief Introduction to Biofilms

Biofilm in pipe section.
(N. Zelver)

Biofilm in stream in Yellowstone National Park.
(D. Davies)

Biofilm scraped from reverse osmosis membrane.
(C.Wend)

Dental plaque is biofilm.,
(Høflighet, ASM Image Library)

Selv om du kanskje ikke er kjent med begrepet biofilm, du har sikkert støtt på biofilm på en jevnlig basis. For eksempel, plakk som legger seg på tennene og forårsaker tannråte er en type bakteriell biofilm. Den «avfall» som tetter din husholdning avløp er også en biofilm. Hvis du har noen gang gått i en bekk eller elv, du kan ha glidd på steiner som var slimete med biofilm. En vedvarende infeksjon på en skrape du fikk fra en idrettsskade som trolig var en biofilm., Og slik fortsetter det: biofilm—de er der du ønsker å være.

Så hva er en biofilm?

En biofilm er sammensatt av levende, reprodusering av mikroorganismer, som bakterier, som eksisterer som en koloni, eller samfunnet. Med andre ord, biofilm er i live og har en kompleks sosial struktur som forskere og ingeniører er fortsatt prøver å løse, en struktur som både beskytter dem og lar dem til å vokse.

Hvordan gjøre biofilm form?,

En biofilm former når visse mikroorganismer (for eksempel enkelte typer bakterier) forholde seg til overflaten av enkelte objekt i et fuktig miljø og begynne å reprodusere. Mikroorganismer danne et vedlegg til overflaten av objektet ved sekresjon en slimete, lim-lignende stoff. Biofilm kan dannes på omtrent alle tenkelige underlag: metaller, plast, naturlige materialer (for eksempel steiner), medisinske implantater, kjøkkenbenker, kontaktlinser, veggene av en boblebadet eller bassenget (har du noen gang merke at de sider av en boblebadet eller bassenget virket litt slimete?,), mennesker og dyr vev, og videre og videre. Faktisk, uansett hvor kombinasjonen av fuktighet, næringsstoffer, og en overflate som finnes, biofilm vil sannsynlig bli funnet, så vel.

En biofilm fellesskap kan være dannet av en enkelt form for mikroorganismen, men i naturen biofilm nesten alltid består av blandinger av mange arter av bakterier, samt sopp, alger, gjær, protozoer, og andre mikroorganismer, sammen med ikke-levende materiale og korrosjon produkter. For eksempel, over 500 bakterie arter har blitt identifisert i typisk dental plakk biofilm!

Hvor stor kan en biofilm få?,

Biofilm kan være så tynn som å unngå å bli oppdaget av det blotte øye—bare et par celle lag tykk. Den biofilm som nesten helt sikkert finnes på kjøkkenbenken, for eksempel, er vanligvis umulig å oppdage for øyet (med mindre, som noen studenter, du trenger ikke vaske den tellere veldig ofte). De kan også vokse til å bli mange inches tykke, trolig ikke på en benk (minst vi håper ikke det), men det er sikkert som alger på stein i en streambed.

Hva gjør en biofilm holde sammen?,

Ingeniører og forskere har oppdaget at biofilm er holdt sammen av sukkerholdige molekylære tråder, samlet betegnet «ekstracellulære polymere stoffer» (en munnfull av et begrep som egentlig betyr «stoffer eller stoffer som danner utenfor veggene av celler») eller «EPS.»Cellene produserer tråder av EPS og holdes sammen av disse tilnærmingene, som tillater dem å utvikle komplekse, tre-dimensjonal, festet samfunn som er resistente mot angrep som ville ødelegge individuelle celler som ikke er en del av en biofilm koloni.,

Tillatelser

S. Dirckx, Senter for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman

Figur 1. Den Biofilm Livssyklus.

1. Frittflytende, eller planktoniske, bakterier møte en nedsenking i vann på overflaten og i løpet av minutter kan bli festet. De begynner å produsere slimete ekstracellulære polymere stoffer (EPS), og for å kolonisere overflaten.

2., EPS produksjon gjør det mulig for den nye biofilm samfunnet til å utvikle en kompleks, tre-dimensjonal struktur som er påvirket av en rekke miljøfaktorer. Biofilm samfunn kan utvikle seg i løpet av timer.

3. Biofilm kan overføres gjennom løsrivelse av små eller store klumper av celler, eller av en type «seeding spredning» som frigjør individuelle celler. Enten type avløsning tillater bakterier å feste seg til en overflate eller en biofilm nedstrøms av den opprinnelige samfunnet.

Hvordan kan skadelig biofilm bli behandlet?

Ah!, Nå her vi kommer til kjernen av biofilm problemet. Les denne lille delen nøye, fordi når du får poeng her, vil du forstå hvorfor studier av biofilm er så radikal og viktig, og resten av denne hypertextbook vil gjøre fornuftig for deg. Du ser, effektiv behandling (dvs., ødeleggelse) av skadelige mikroorganismer, slik som bakterier, har blitt studert i mange, lange år fra feil perspektiv! Det er riktig., Skadelige mikroorganismer som ble undersøkt (og fortsatt er, dessverre, til en stor grad) i isolasjon, og ikke som medlemmer av en biofilm colony, hvor de faktisk normalt bor.

La oss diskutere dette ved hjelp av et eksempel. Har du noen gang hørt om, la oss si, et munnvann som er annonsert til å «drepe millioner av bakterier på kontakt?»Det er trolig en ærlig uttalelse fra munnvann selskapet (hei, vi ikke prøver å kjøre noen ut av virksomheten, men vi ønsker å hjelpe dem med å gjøre virksomheten bedre). Men nå vurdere dette. De millioner av bakterier som er forankret i en plakett biofilm i munnen., Akkurat hvordan gjør munnvann trenge biofilm til å faktisk ta kontakt med hver av de millioner av enkelte bakterier? Godt spørsmål. Husk at vi sa at biofilm kan bli ganske tykk, og at de synes å ha kapasitet til å danne defensive mekanismer mot eksterne angrep.,

Det er et faktum at dagens munnskyllevann, antibiotika, rengjøringsmidler, desinfeksjonsmidler, og de fleste andre behandling formler ble utviklet av testing deres effekt på skadelige mikroorganismer i en planktoniske state (en tilstand hvor mikroorganismer flyte i en løsning som individer, og ikke som en del av en biofilm koloni festet til en overflate). Så, selv slike behandlinger kan faktisk drepe millioner av bakterier på kontakt, effekten av disse behandlingene er sterkt begrenset når de er brukt til virkelige omgivelser der mikroorganismer for å bli drept er faktisk medlemmer i en biofilm.,

Den konklusjon, og en som er for tiden å være aggressivt forfulgt av biofilm forskere rundt om i verden, er at hele studie av behandling av skadelige mikroorganismer må bli tolket i lys av denne nye forståelsen av hvordan disse mikroorganismer faktisk befinner seg i miljøet: som biofilm. Strukturen, vekst, forsvarsmekanismer, reproduksjon, og alle andre aspekter av biofilm må forstås, og nye behandlinger og metoder for å vurdere effekten av disse behandlingene må utvikles.,

Dette er de store utfordringene overfor dem som går inn i feltet av biofilm. Mye fremgang har allerede blitt gjort, men det er mye mer for å forstå og gjøre, både i form av å utvikle effektive behandlinger og for å utdanne samfunnet om biofilm og deres implikasjoner. Det er derfor vi sier at dette er et godt felt for unge mennesker til å vurdere som en karriere fokus i biologi, mikrobiologi, miljø ingeniør-og realfag, biokjemi, og i andre fag.

Oh, og la oss avslutte historien om munnvann., Gitt det som er kjent om dental plakk nå, du ville ha til å gurgle med en god munnvann for om fem minutter rett til å drepe av de millioner av bakterier til stede på tennene belagt med en «gjennomsnittlig» sum av plakk.

Hva er de Økonomiske konsekvensene av Biofilm?

Biofilm koste USA bokstavelig talt milliarder av dollar hvert år i energi-tap, skader, produkt forurensning og medisinsk infeksjoner., Men biofilm tilbyr også et stort potensiale for bioremediating farlig avfall nettsteder, biofiltering kommunale og industrielle vann-og avløpsanlegg, og å danne biobarriers å beskytte jord og grunnvann fra forurensning. Kompleksiteten av biofilm aktivitet og atferd krever forskning bidrag fra mange fagområder som biokjemi, engineering, matematikk og mikrobiologi. Ny innsikt i livets mysterier av biofilm blir publisert regelmessig i et bredt utvalg av realfag og tekniske tidsskrifter.

A Brief Introduction to Biofilms (Norsk)