Biyofilm özellikleri, oluşumu, çeşitleri ve örnekler



biyofilm veya biyofilm bunlar, kendiliğinden üretilen bir hücre dışı polimerik madde matrisinde yaşayan, bir yüzeye bağlı mikroorganizma topluluklarıdır. İlk olarak, on yedinci yüzyılda "animas" ı (böylece onun tarafından vaftiz edildiğini) incelediğinde, dişlerini on birinci yüzyılda kendi dişlerinin plakası üzerinde Antoine von Leeuwenhoek tarafından tarif ettiler..

Biyofilmleri kavramsallaştıran ve oluşum sürecini tanımlayan teori, 1978 yılına kadar geliştirilmemiştir. Mikroorganizmaların biyofilm oluşturma yeteneğinin evrensel gibi göründüğü keşfedilmiştir..

Biyofilmler, doğal sistemler, su kemerleri, su depolama tankları, endüstriyel sistemler gibi çeşitli ortamlarda ve ayrıca hastane hastalarında (örneğin kateterler gibi) kalıcılık için tıbbi cihazlar ve cihazlar gibi çeşitli ortamlarda bulunabilir..

Taramalı elektron mikroskobu ve konfokal taramalı lazer mikroskopisi kullanılarak, biyofilmlerin homojen olmadığı, hücrelerin yapılandırılmamış çökeltileri ve birikmiş silt, ancak karmaşık heterojen yapılar olduğu keşfedildi.

Biyofilmler, suları yapının açık kanallarından dolaşan yüksek oranda hidratlanmış bir polimer matrisinde bulunan bir yüzeydeki ilişkili hücrelerin karmaşık topluluklarıdır.

Çevrede milyonlarca yıl hayatta kalmaları konusunda başarılı olan birçok organizma, örneğin cins türleri Pseudomonas ve Legionella, Biyofilm stratejisini doğal ortamlarından farklı ortamlarda kullanırlar..

indeks

  • 1 Biyofilmlerin özellikleri
    • 1.1 Biyofilm matrisinin kimyasal ve fiziksel özellikleri
    • 1.2 Biyofilmlerin ekofizyolojik özellikleri
  • 2 Biyofilm oluşumu
    • 2.1 Yüzeye ilk yapışma
    • 2.2 Çok katmanlılarda tek tabakalı ve mikrokolonların oluşumu
    • 2.3 Polimerik hücre dışı matrisin üretimi ve üç boyutlu biyofilmin olgunlaşması
  • 3 Biyofilm çeşitleri
    • 3.1 tür sayısı
    • 3.2 Eğitim ortamı
    • 3.3 Oluşturuldukları arayüz türü
  • 4 Biyofilm örnekleri
    • 4.1-Diş plağı
    • 4.2 -Su suda biyolojik film
    • 4.3 - Hava altı biyofilmler
    • 4.4 - İnsan hastalıklarının nedensel ajanlarının biyofilmleri
    • 4.5 - Bubonik veba
    • 4.6 - Hastane venöz kateterleri
    • 4.7 - Sektörde
  • 5 Biyofilmlerin dezenfektan, mikrop öldürücü ve antibiyotiklere direnci
  • 6 Kaynakça

Biyofilmlerin özellikleri

Biyofilm matrisinin kimyasal ve fiziksel özellikleri

-Biyofilm mikroorganizmaları, polisakkaritlerin makromolekülleri, proteinleri, nükleik asitleri, lipidleri ve çoğu biyofilik olan diğer biyo-polimerler tarafından salgılanan hücre dışı polimerik maddeler, biyofilm matrisi olarak adlandırılan üç boyutlu bir yapıyı oluşturur..

-Matrisin yapısı oldukça viskoelastiktir, kauçuk özelliklere sahiptir, çekişe ve mekanik yırtılmaya karşı dayanıklıdır.

-Matris, yapışkan gözenekler gibi davranan hücre dışı polisakaritler vasıtasıyla, gözenekli ortamın iç boşlukları dahil, interfaz yüzeylerine yapışma yeteneğine sahiptir..

-Polimer matris ağırlıklı olarak anyoniktir ve ayrıca metal katyonlar gibi inorganik maddeler içerir..

-Oksijen, besin ve atık maddelerin geri dönüşümü mümkün olan dolaşımını sağlayan su kanallarına sahiptir..

-Biyofilmin bu matrisi, olumsuz ortamlarda korunma ve hayatta kalma aracı olarak çalışır, fagositik istilacılara karşı ve dezenfektan ve antibiyotiklerin girişine ve yayılmasına karşı bir engel görevi görür.

Biyofilmlerin ekofizyolojik özellikleri

-Matrisin homojen olmayan gradyanlarda oluşumu, biyoçeşitliliğin biyofilm içinde var olmasına izin veren çeşitli mikro habitatlar üretir..

-Matris içerisinde, hücresel yaşam tarzı, ilişkili olmayan, serbest yaşamdan kökten farklıdır. Biyofilmin mikroorganizmaları, kolonilere bağlı olarak birbirlerine çok yakın hareketsiz hale getirilmişlerdir; bu gerçek yoğun etkileşimlerin gerçekleşmesini sağlar.

-Biyofilm mikroorganizmaları arasındaki etkileşimler, "nisap algılama" adı verilen bir kodda kimyasal sinyaller yoluyla iletişimi içerir..

-Gen transferi ve sinerjik mikro yüklenicilerin oluşumu gibi başka önemli etkileşimler de vardır..

-Biyofilm fenotipi, ilişkili hücreler tarafından ifade edilen genler cinsinden tarif edilebilir. Bu fenotip, büyüme ve genetik transkripsiyon oranına göre değişmiştir..

-Biyofilm içindeki organizmalar, planktonik veya serbest yaşam formlarını transkripte etmeyen genleri kopyalayabilir.

-Biyofilm oluşum süreci, ilk hücre adezyonu sırasında kopyalanan spesifik genlerle düzenlenir.

-Matrisin sınırlı alanında, işbirliği ve rekabet mekanizmaları vardır. Rekabet biyolojik popülasyonlarda sabit bir adaptasyon yaratır.

-Hücre dışı enzimleri hücrelerin yakınında tutan kolektif bir dış sindirim sistemi üretilir.

-Bu enzimatik sistem, besin maddelerinin sekanslanmasına, biriktirilmesine ve metabolize edilmesine, çözünmesine, kolloidal ve / veya askıya alınmasına izin verir..

-Matris, ortak bir genetik arşiv işlevi gören ortak bir geri dönüşüm bölgesi, parçalanmış hücrelerin bileşenlerinin depolanması gibi işlev görür..

-Biyofilm, kurutma, biyositlerin etkisi, antibiyotikler, konağın immün yanıtları, oksitleyici ajanlar, metal katyonları, ultraviyole ışınımı gibi çevresel değişikliklere karşı koruyucu yapısal bir bariyer görevi görür ve fagositik protozoa ve böcekler gibi birçok avcıya karşı bir savunmadır..

-Biyofilmin matrisi, mikroorganizmalar için biyolojik topluma dinamik bir yaşam tarzı sağlayan eşsiz bir ekolojik ortam oluşturur. Biyofilmler gerçek mikro ekosistemlerdir.

Biyofilm oluşumu

Biyofilmlerin oluşumu, mikroorganizmaların göçebe tek hücreli, serbest yaşayan bir durumdan çok hücreli bir yerleşik duruma geçişi, daha sonraki büyümenin hücresel farklılaşma ile yapılandırılmış topluluklar ürettiği bir süreçtir.

Biyofilm gelişimi, hücre dışı çevresel sinyallere ve kendi kendine üretilen sinyallere yanıt olarak oluşur..

Biyofilm çalışmış olan araştırmacılar, oluşumlarını açıklamak için genelleştirilmiş bir varsayımsal model inşa etmenin mümkün olduğu konusunda hemfikirdirler..

Bu biyofilm oluşum modeli 5 aşamadan oluşmaktadır:

  1. Yüzeye ilk yapışma.
  2. Bir tek tabakanın oluşumu.
  3. Çok katmanlılarda mikro koloniler oluşturma göçü.
  4. Polimerik hücre dışı matris üretimi.
  5. Üç boyutlu biyofilmin olgunlaşması.

Yüzeye ilk yapışma

Biyofilm oluşumu, mikroorganizmaların hareketsiz kaldıkları katı yüzeye ilk yapışması ile başlar. Mikroorganizmaların yüzey sensörlerine sahip olduğu ve yüzey proteinlerinin matris oluşumunda rol oynadığı keşfedilmiştir..

Mobil olmayan organizmalarda, çevresel koşullar uygun olduğunda, dış yüzeylerinde adezin üretimi artar. Bu şekilde, hücre-hücre ve hücre-yüzey yapışma kapasitesi artar.

Mobil türler söz konusu olduğunda, bireysel mikroorganizmalar bir yüzeye yerleştirilir ve bu, göçebe mobil yaşam tarzında radikal bir değişime doğru başlangıç ​​noktasıdır;.

Hareket kapasitesi kaybedilir, çünkü matrisin oluşumunda farklı yapılar flagella, cilia, pilus ve fimbrias gibi yapıştırıcı maddelerin yanı sıra katılır.

Sonra, her iki durumda da (mobil ve mobil olmayan mikroorganizmalar), küçük agregalar veya mikro koloniler oluşur ve daha yoğun bir hücre-hücre teması oluşturulur; Yeni çevrede, uyarlanmış fenotipik değişiklikler, gruplanmış hücrelerde meydana gelir..

Çok tabakalı bir tek tabaka oluşumu ve mikro koloniler

Hücre dışı polimerik maddelerin üretimi başlar, ilk tek tabaka oluşumu oluşur ve daha sonra çok tabakada gelişme.

Polimerik ekstraselüler matriksin üretimi ve üç boyutlu biyofilmin olgunlaşması

Son olarak, biyofilm, üç boyutlu bir mimariye ve suyun, besinlerin, iletişim kimyasal bileşiklerinin ve nükleik asitlerin dolaştığı kanalların varlığında olgunluk aşamasına ulaşır..

Biyofilmin matrisi hücreleri tutar ve hücreler arası iletişim ve sinerjistik konsorsiyumların oluşumu ile yüksek derecede etkileşimi teşvik ederek onları bir arada tutar. Biyofilmin hücreleri tamamen hareketsiz değildir, içinde hareket edebilir ve ayrıca kendilerini çıkarabilirler.

Biyofilm çeşitleri

Tür sayısı

Biyofilme katılan türlerin sayısına göre, ikincisi şöyle sınıflandırılabilir:

  • Bir türün biyofilmleri. Örneğin, biyofilmler Streptococcus mutans veya Vellionela parvula.
  • İki türün biyofilmleri. Örneğin, dernek Streptococcus mutans ve Vellionela parvula biyofilmlerde.
  • Polimikrobiyal biyofilmler, birçok türden oluşur. Örneğin, diş plağı.

Eğitim ortamı

Ayrıca oluştukları ortama göre biyofilmler:

  • doğal
  • endüstriyel
  • ev
  • Hospitalarias

Oluşturuldukları arayüz türü

Öte yandan, oluşturuldukları arabirim türüne bağlı olarak, bunları sınıflandırmak mümkündür:

  • Katı-sıvı interfaz biyofilmleri, Genel olarak su kemerleri ve tanklarda, borularda ve su tanklarında oluşanlar gibi.
  • Katı gaz fazlı biyofilmler (İngilizce Alt Aereal Biofilms'deki kısaltmaları için SAB); katı mineral yüzeylerde gelişen, doğrudan atmosfere ve güneş ışığına maruz kalan mikrobiyal topluluklardır. Binalarda, çıplak çöl kayalarında, dağlarda, diğerleri arasında bulunurlar..

Biyofilm örnekleri

-Diş plağı

Diş plağı, biyofilmlerde yaşayan karmaşık bir topluluğun ilginç bir örneği olarak incelenmiştir. Diş plakalarının biyofilmleri, polimerik matrise sertlik kazandıran inorganik tuzların varlığından dolayı sert ve elastik değildir..

Diş plağının mikroorganizmaları çok çeşitlidir ve biyofilmde ilişkili 200 ila 300 tür vardır.

Bu mikroorganizmalar arasında:

  • Cinsiyet streptokok; mine ve dentin demineralize eden ve diş çürüğü başlatan asidurik bakterilerden oluşur. Örneğin, türler: mutanlar, S. sobrinus, S. sanguis, S. salivalis, S. mitis, S. oralis ve S. milleri.
  • Cinsiyet Lactobacillus, dentin proteinlerinin asidofilik denatüre edici bakterileri tarafından oluşturulur. Örneğin, türler: Casei, L. fermentum, L. acidophillus.
  • Cinsiyet Actinomyces, bunlar asetik ve proteolitik mikroorganizmalardır. Bunlar arasında türler: viscosus, A. odontoliticus ve A. naeslundii.
  • Ve diğer türler, olarak: Candida albicans, Bacteroides forsythus, Porphyromonas gingivalis ve Actinobacillus actinomycetecomitans.

-Siyah sudaki biyofilmler

Başka bir ilginç örnek, amonyum, nitrit ve ototrofik nitrifikasyon bakterilerini oksitleyen mikroorganizmaları nitrifiye eden, borulara bağlı biyofilmlerde yaşadıkları evsel atık sulardır..

Bu biyofilmlerin amonyum oksitleyici bakterileri arasında, bunlar cins cinsinden baskın türler olarak bulunurlar. Nitrosomonas, Biyofilm matrisi boyunca dağıtılmış.

Nitrit oksidanlar grubundaki ana bileşenler, cinse ait olanlardır. Nitrospira, sadece biyofilmin iç kısmında bulunur.

-Hava altı biyofilmler

Subaerial biyofilmler, kayalar ve kentsel yapılar gibi katı mineral yüzeylerdeki yamalardaki bir büyüme ile karakterize edilir. Bu biyofilmler mantarlar, algler, siyanobakteriler, heterotrofik bakteriler, protozoa ve ayrıca mikroskobik hayvanların baskın ilişkilerine sahiptir..

Özellikle, SAB biyofilmleri, enerji kaynağı olarak mineral inorganik kimyasal maddeleri kullanabilen kemolithotrofik mikroorganizmalara sahiptir..

Kemolithotrofik mikroorganizmalar H gibi inorganik bileşikleri oksitleme kabiliyetine sahiptir2, NH3, HAYIR2, S, HS, İnanç2+ ve metabolizmalarındaki oksidasyonların elektrik potansiyel enerji ürününden yararlanın.

Subaerial biyofilmlerde bulunan mikrobiyal türler arasında:

  • Cins bakteri Geodermatophilus; C cinsinin siyanobakterilerihrococcoccidiopsis, kokoid ve filamentli türler Calothrix, Gloeocapsa, Nostoc, Stigonema, Phormidium,
  • Cinsinin yeşil algler Chlorella, Desmococcus, Phycopeltis, Printzina, Trebouxia, Trentepohlia ve Stichococcus.
  • Heterotrofik bakteriler (subaerial biyofilmlerde baskın): Arthrobacter sp., Bacillus sp., Micrococcus. sp., Paenibacillus sp., Pseudomonas sp. ve Rhodococcus sp.
  • Kemogorganotrofik bakteri ve mantarlar Actynomycetales (streptomycetes ve Geodermatophilaceae), Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria ve bacteroides-sitophaga-Flavobacterium.

-İnsan hastalıklarına neden olan ajanların biyofilmleri

İnsan hastalıklarına neden olan ajanlar olarak bilinen bakterilerin çoğu, biyofilmlerde yaşar. Bunlar arasında: Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio fischeri, Vellionela parvula, Streptococcus mutans ve Legionella pneumophyla.

-Hıyarcıklı veba

Bubonik veba salgınının bu hastalığa neden olan bakteriyel ajanın nispeten yeni bir uyarlaması olan bit ısırığı ile bulaşması ilginçtir., Yersinia pestis.

Bu bakteri, vektörün üst sindirim sistemine (pire) bağlı bir biyofilm olarak gelişir. Bir ısırık sırasında, pire içeren biyofilmde yetersiz kalır Yersinia pestis dermiste ve böylece enfeksiyon başlar.

-Hastane venöz kateterleri

Eksplante santral venöz kateterlerde biyofilmlerden izole edilen organizmalar arasında, şaşırtıcı derecede çeşitli Gram pozitif ve Gram negatif bakterilerin yanı sıra diğer mikroorganizmalar bulunur..

Birçok bilimsel çalışma venöz kateterlerde Gram pozitif biyofilm bakterileri olduğunu bildirmiştir: Corynebacterium spp., Enterococcus sp., Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus spp., stafilokok aureus, Staphylococcus epidermidis, streptokok spp. ve Streptococcus pneumoniae.

Bu biyofilmlerden izole edilen Gram-negatif bakteriler arasında: Acinetobacter spp., Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter anitratus, Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogens, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida, Proteus spp. spp. ve Serratia marcescens.

Bu biyofilmlerde bulunan diğer organizmalar: Candida spp., Candida albicans, Candida tropicalis ve Mycobacterium chelonei.

-Sektöründe

Endüstrinin işleyişiyle ilgili olarak, biyofilmler boru tıkanıklıkları, ekipmana zarar verir, eşanjör yüzeylerini kapatırken ısı transferi veya metal parçaların korozyonu gibi proseslerde parazitler oluşturur..

Gıda endüstrisi

Beslenme branşındaki endüstrilerde filmlerin oluşumu operatif ve halk sağlığı açısından önemli sorunlar doğurabilir.

Biyofilmlerdeki ilgili patojenler gıda ürünlerini patojenik bakterilerle kirletebilir ve tüketicilerde ciddi halk sağlığı sorunlarına neden olabilir.

Gıda endüstrisi ile ilişkili patojenlerin biyofilmleri arasında şunlar vardır:

Listeria monocytogenes

Bu patojen biyofilm oluşumu, flagella ve membran proteinlerinin ilk aşamasında kullanılır. Dilimleme makinelerinin çelik yüzeylerinde biyofilm oluşturmak.

Süt endüstrisinde biyofilmler üretilebilir Listeria monocytogenes Sıvı süt ve süt ürünlerinde. Borulardaki, tanklardaki, konteynırlardaki ve diğer cihazlardaki süt artıkları, onları mevcut besinler olarak kullanan bu patojenin biyofilmlerinin geliştirilmesine yardımcı olur.

Pseudomonas spp.

Bu bakterilerin biyofilmleri, zemin, drenaj gibi gıda endüstrisi tesislerinde ve et, sebze ve meyveler gibi gıda yüzeylerinde ve ayrıca düşük süt asitli türevlerinde bulunabilir..

Pseudomonas aeruginosa Biyofilmin polimer matrisinin oluşumunda kullanılan, paslanmaz çelik gibi çok sayıda inorganik malzemeye yapışarak kullanılan birkaç hücre dışı maddenin salgılanması.

Pseudomonas Biyofilm içerisinde diğer patojenik bakterilerle birlikte bulunabilir zehirlenmeye neden olan mikrop ve Listeria.

zehirlenmeye neden olan mikrop spp.

Türleri zehirlenmeye neden olan mikrop bakteriyel etiyoloji zoonozlarının ilk neden ajanları ve besin toksoinfeksiyonu salgınlarıdır.

Bilimsel çalışmalar göstermiştir ki zehirlenmeye neden olan mikrop Gıda işleme tesislerinin tesislerinin biyofilm, çimento, çelik ve plastik yüzeylerine yapışabilir.

Türleri zehirlenmeye neden olan mikrop Yapışma özelliklerine sahip yüzey yapılarına sahiptirler. Ek olarak, polimer matrisinin ana bileşeni olan hücre dışı bir madde olarak selüloz üretir..

Escherichia coli

Biyofilm oluşumunun ilk aşamasında flagella ve membran proteinleri kullanır. Ayrıca, biyofilmdeki matrisin üç boyutlu kafesini üretmek için hücre dışı selüloz da üretir..

Biyofilmlerin dezenfektan, mikrop öldürücü ve antibiyotiklere direnci

Biyofilm, onu oluşturan mikroorganizmalara, dezenfektanların, mikrop öldürücülerin ve antibiyotiklerin etkisine karşı koruma sağlar. Bu özelliğe izin veren mekanizmalar şunlardır:

  • Antimikrobiyal ajanın biyofilmin üç boyutlu matrisi boyunca gecikmeli penetrasyonu, çok yavaş difüzyon ve etkili konsantrasyona ulaşmada zorluk.
  • Biyofilmde büyüme hızı ve düşük mikroorganizma metabolizması değişmiş.
  • Değişen direnç genlerinin ekspresyonu ile biyofilm büyümesi sırasında mikroorganizmaların fizyolojik tepkilerinde değişiklikler.

referanslar

  1. Bakteriyel Biyofilmler. (2008). Mikrobiyoloji ve İmmünolojide Güncel Konular. Tony Romeo Editör. Cilt 322. Berlin, Hannover: Springer Verlag. pp301.
  2. Donlan, R.M. ve Costerton, J.W. (2002). Biyofilmler: klinik olarak ilgili mikroorganizmaların hayatta kalma mekanizmaları. Klinik Mikrobiyoloji Yorumları.15 (2): 167-193'te açıklanmaktadır. doi: 10.1128 / CMR.15.2.167-193.2002
  3. Fleming, H.C. ve Wingender, F. (2010). Biyofilm matrisi. Doğa Değerlendirmeleri Mikrobiyoloji. 8: 623-633.
  4. Gorbushina, A. (2007). Kayaların üzerinde yaşam. Çevresel Mikrobiyoloji. 9 (7): 1-24. doi: 10.1111 / j.1462-2920.2007.01301.x
  5. O'Toole, G., Kaplan, H.B. ve Kolter, R. (2000). Mikrobiyal gelişim olarak biyofilm oluşumu. Mikrobiyolojinin Yıllık Değerlendirmesi.54: 49-79. doi: 1146 / annurev.microbiol.54.1.49
  6. Hall-Stoodley, L., Costerton, J.W. ve Stoodley, P. (2004). Bakteriyel biyofilmler: doğal ortamdan bulaşıcı hastalıklara. Doğa Değerlendirmeleri Mikrobiyoloji. 2: 95-108.
  7. Whitchurch, C.B., Tolker-Nielsen, T., Ragas, P. ve Mattick, J. (2002). Bakteriyel biyofilm oluşumu için hücre dışı DNA gereklidir. 259 (5559): 1487-1499'da açıklanmaktadır. doi: 10.1126 / bilim.295.5559.1487