Jak Działają Biofilmy

{h1}

Biofilmy powstają, gdy pojedyncze mikroorganizmy przyczepiają się do uwodnionej powierzchni i przechodzą „zmianę stylu życia”. Dowiedz się więcej o biofilmach w tym artykule.

Na pierwszy rzut oka nie jest jasne, jaką płytkę nazębną, uporczywy szlam w odpływie prysznicowym i śliską, zanurzoną skałę mają wspólnego, oprócz tego, że mogą powodować ból głowy - lub w niektórych przypadkach ból zęba - do usunięcia. Gołym okiem prawie niemożliwe jest zobaczenie, co jest odpowiedzialne za te powierzchnie z podszewką.

Jeśli przyjrzysz się bliżej, za pomocą mikroskopu zauważysz, że te śluzowate skupiska nie są nudne. Zamiast tego są to często różnorodne, maleńkie społeczności żywych mikroorganizmów związane w matrycy lub gęstej, przyczepnej substancji. Kto by pomyślał, że brudna warstwa w muszli klozetowej to złożona kępa żywych, komunikujących się komórek?

Chociaż Antoni van Leeuwenhoek, odkrywca bakterii, opisał podobne formacje, badając własną płytkę nazębną w XVII wieku, dopiero w XX wieku naukowcy dysponowali narzędziami, których potrzebowali, aby przyjrzeć się rozwojowi struktur [źródła: Montana State University CBE, Costerton i Wilson].

Te kolonie, zwane także biofilmytworzą się, gdy pojedyncze mikroorganizmy przyłączają się do uwodnionej powierzchni i przechodzą „zmianę stylu życia”, rezygnując z życia jako pojedynczej komórki, aby żyć na powierzchni w przyczepnej matrycy komórkowej z innymi mikroorganizmami [źródło: Lemon i in.] Niektóre definicje stwierdzają, że komórki biofilmu „nieodwracalnie przyczepiają się” do powierzchni, co oznacza, że ​​nie można ich usunąć przez delikatne płukanie [źródło: Donlan].

Ale dlaczego powinniśmy dbać o biofilmy?

Na początek mogą przyczepiać się zarówno do żywych, jak i nieożywionych powierzchni (w tym ludzi), stwarzać problemy w dziedzinie medycyny, zmieniać praktyki produkcji przemysłowej, a nawet przyczyniać się do oczyszczania środowiska. Ponadto niektórzy badacze szacują, że biofilmy stanowią ponad połowę światowej biomasy [źródła: Montana State University CBE; Sturman]. Biofilmy są tak obfite, że zaskakujące jest to, że nie zauważamy ich więcej.

W tym artykule dowiemy się, jak działają biofilmy, w jaki sposób są one problematyczne i korzystne, oraz co badacze robią, aby je kontrolować. Na początek przyjrzyjmy się cyklowi życia biofilmu.

Co dokładnie powoduje, że komórka rezygnuje z latania solo? Dowiemy się na następnej stronie.

Cykl życia biofilmów: przed dołączeniem

Zanim zagłębimy się w cykl życia biofilmu, ważne jest, aby dowiedzieć się, co zwykle znajduje się w tych skupiskach komórek. Mikroorganizmylub organizmy zbyt małe, aby można je było zobaczyć gołym okiem, są elementami budującymi biofilmy. Różne gatunki bakterii, pierwotniaków, glonów, drożdży i grzybów mogą tworzyć biofilmy. Z większością biofilmów od kilku mikrony do setek mikronów (jeden mikron to jedna milionowa metra) grubości, nic dziwnego, że naukowcy wolą używać mikroskopów do tego zadania.

Czego potrzeba, aby rozpocząć biofilm?

Ogólnie rzecz biorąc, wszystko czego potrzebujesz to uwodniona powierzchnia zanurzona w wodzie lub innej wodny rozwiązanie, mikroorganizmy i sprzyjające warunki. Nie jest to jednak takie proste. Nie wszystkie biofilmy rosną w tym samym tempie, a nawet wymagają podobnych warunków, aby przetrwać - każdy rodzaj drobnoustroju ma swoje własne potrzeby. Mimo to istnieją pewne czynniki, które mogą wpływać na przyczepienie i wzrost biofilmu niezależnie od gatunku:

  • Dostępność składników odżywczych w uwodnionej próbce
  • Właściwości fizyczne i chemiczne powierzchni, w tym jej biegunowość
  • Grubość warstwa kondycjonującalub materiał już przymocowany do powierzchni
  • poziomy pH
  • Temperatura
  • Ilość ścinanielub szybkość przepływu wody w próbce
  • Poziomy przeciwdrobnoustrojowe w próbce
  • Liczba gatunków w próbie
  • Czy mikroorganizmy mogą poruszać się same
  • Struktury komórkowe drobnoustroju (przydatki)
  • Rodzaje interakcji metabolicznych między komórkami

Ostatecznie ważne jest, aby zrozumieć, że mikroorganizmy niekoniecznie „myślą” podczas tworzenia biofilmu; dzieje się tak tylko wtedy, gdy warunki są sprzyjające. Jeśli drobnoustrój zostanie popchnięty przez przepływ wody lub przypadkowo wpadnie na powierzchnię, może, ale nie musi, przylgnąć za pierwszym razem, a nawet w ogóle. Nie jest jasne, co powoduje, że komórka przyczepia się do powierzchni, a niektórzy badacze twierdzą, że kombinacja czynników - w tym szybkości ścinania, sił elektrostatycznych, warstw kondycjonujących (resztek już na powierzchni) i składników odżywczych dostępnych dla mikroorganizmu - ma większy wpływ niż pojedynczy czynnik [źródło: Sturman].

Biorąc pod uwagę, że mikroorganizmy często zdają się na swoje otoczenie, zadziwiające jest, jak coś tak małego jak bakteria może utrzymać się na powierzchni, aby osiedlić się w nowym domu.

Czytaj dalej, aby zrozumieć, dlaczego rozpoczęcie biofilmu jest obrzydliwym romansem.

Biofilmy w kosmosie

Próbowanie badania biofilmów na Ziemi to jedno, ale co z kosmosem? Naukowcy z Rensselaer Polytechnic Institute planują przyjrzeć się, jak mikrograwitacja wpływa na wzrost bakterii w biofilmach [źródła: Waldman, NASA]. Grupa planowała uruchomić biofilmy w kosmosie na pokładzie promu kosmicznego NASA Atlantis w 2010 roku. Infekcje biofilmem zwykle blokowane przez układ odpornościowy zdrowej osoby na Ziemi mogą stanowić problem dla astronautów w kosmosie, powiedziała Cynthia Collins, profesor z Rensselaer biorąca udział w badaniu. Powiedziała, że ​​badanie wzrostu biofilmu poza grawitacją Ziemi może prowadzić do lepszego leczenia astronautów, którzy mogą być bardziej narażeni na rozwój infekcji związanych z biofilmem, gdy są z dala od Ziemi.

Kolonizacja i rozwój biofilmu

Biofilmy często rosną jako glony wokół gorących źródeł, tworząc pokaz jasnych kolorów.

Biofilmy często rosną jako glony wokół gorących źródeł, tworząc pokaz jasnych kolorów.

Przejście z mikroorganizmu swobodnie poruszającego się do nieruchomego powoduje, że biofilmy są wyjątkowe w porównaniu do komórek rosnących w probówce. Ale w jaki sposób mikroorganizmy mogą przykleić się do powierzchni w dłuższej perspektywie?

Po pierwsze, musisz wiedzieć, że gdy swobodnie pływająca komórka rozpoczyna biofilm lub staje się częścią istniejącej, wykorzystuje różne geny do tworzenia białek i innych substancji, które pomogą jej dostosować się do nowego stylu życia. Wyłączenie i włączenie genów może spowodować zmianę zachowania komórki. Na przykład niektóre geny kontrolują, czy drobnoustrój, taki jak bakteria, może poruszać się samodzielnie, podczas gdy inne mogą nakazać komórce przejście w stan uśpienia, jeśli warunki są trudne. Jest podobny do genów, które pozwalają nam trawić enzymy w mleku jako niemowlęta, ale można je „wyłączyć” po okresie odsadzenia, co widać u osób ze stopniem nietolerancji laktozy [źródło: Bowen].

Niezależnie od gatunku wszystkie biofilmy zawierają pozakomórkowe substancje polisacharydowe, nazywany również EPS [źródło: Lemon i in.]. Termin może wydawać się skomplikowany, ale pomyśl o EPS jako o części lepkiej matrycy cukrów, białek i innego materiału genetycznego uwalnianego z komórek w biofilmie. EPS nie tylko pomagają utrzymać komórki biofilmu razem, ale odgrywają znaczącą rolę w ochronie kolonii. W większości przypadków EPS stanowią większość masy biofilmu [źródło: Christenson i Characklis].

Po zatrzaśnięciu na powierzchni komórka wytworzy lepką matrycę z EPS, aby lepiej się ukorzenić i ułatwić innym komórkom dołączenie do kolonii. Gdy inne komórki przykleją się do matrycy i zdecydują się zostać, wytwarzają również matrycę adhezyjną.

Zanim się zorientujesz, drobnoustroje w biofilmie stworzyły skomplikowane, trójwymiarowe struktury, które przypominają kleiste wieże oglądane pod mikroskopem. Podczas gdy niektóre biofilmy zawierają tylko kilka komórek, inne mogą mieć miliony - a czasem miliardy - komórek splecionych w jednym szlamie biofilmu. Ale, jak zauważymy później, wzrost biofilmu może być czasami spowolniony lub zatrzymany, głównie poprzez konkurencję między komórkami i czynnikami środowiskowymi [źródło: Sturman].

Co ciekawe, życie w społeczności ułatwia komórkom wysyłanie sygnałów do siebie nawzajem za pomocą tzw. Metody quorum sensing. To działanie pomaga komórkom przekazywać sobie nawzajem informacje o swoich sąsiadach i otoczeniu. Wykrywanie kworum powoduje zmiany w zachowaniu komórek i może zapewnić wgląd w to, dlaczego komórki decydują się oderwać od biofilmów; jednak znaczenie tych sygnałów nie jest jeszcze w pełni zrozumiane przez naukowców [źródło: Donlan].

Czy pojęcie siły w liczbach można zastosować do biofilmów? Przeczytaj o tym, w jaki sposób biofilmy są własnymi mikropiastami na następnej stronie.

Interakcja biofilmu

W pewnym sensie biofilmy są jak miasta. Podobnie jak mieszkańcy miast, mikroorganizmy przekazują samotne życie, by żyć wspólnie [źródło: Watnick i Kolter]. Wykorzystamy analogię Watnicka i Koltera opisującą biofilmy jako „miasta drobnoustrojów”, aby zrozumieć, w jaki sposób oddziałują komórki w biofilmie.

Jak omówiliśmy wcześniej, drobnoustroje kolonizują powierzchnie, aby zbudować fundament biofilmu. Przed uspokojeniem niektóre komórki poruszają się za pomocą wici lub inne mobilne budowle, dopóki nie znajdą odpowiedniego miejsca na nocleg - podobnie jak nowi mieszkańcy miasta odwiedzają różne dzielnice przed wyborem domu.

Po przeprowadzce nowi mieszkańcy mogą dodać pokój do nowego domu, aby stworzyć więcej miejsca dla ludzi w zatłoczonym domu. Dla porównania, komórki w biofilmie będą je wytwarzać pozakomórkowe substancje polisacharydowe (EPS), aby uwzględnić nowe komórki z zewnątrz i inne komórki utworzone w społeczności. Na poziomie podstawowym zarówno miasta, jak i biofilmy oferują swoim mieszkańcom ochronę przed siłami zewnętrznymi. W przypadku bakterii siłami tymi mogą być antybiotyki, a nawet ludzki układ odpornościowy [źródło: Lemon i in.]. Naukowcy uważają, że ogólna grubość i gęstość biofilmu zapewnia pewną ochronę [źródło: Montana State University CBE].

Również komunikacja z sąsiadami może być łatwiejsza, jeśli mieszkasz bliżej nich. Ta sama zasada dotyczy komórek w biofilmie podczas wykrywania kworum, gdy komórki znajdują się wystarczająco blisko, aby skutecznie sygnalizować. Naukowcy postawili hipotezę, że tę metodę można również zastosować do ustalenia granic między różnymi koloniami biofilmu [źródło: Watnick i Kolter]. Życie w biofilmach ułatwia komórkom koniugację lub przenoszenie materiału genetycznego.

Inną ważną koncepcją, o której należy pamiętać, jest to, że struktury biofilmu są elastyczne. Dlatego mogą być problematyczne. Większość naukowców używa tego terminu lepkosprężysty aby opisać biofilmy, co oznacza, że ​​można je rozciągać jak kit, gdy płyn ciągnie lub popycha kolonię [źródło: Montana State University CBE]. Te siły ścinające lub szybkości przepływu cieczy mogą kształtować kolonię biofilmu i powodować rozłączanie się lub zwijanie grudek.

Co jeśli nasi nowoprzybyli do miasta zmęczyli się życiem w zatłoczonym terenie? Mogą się przenieść gdzie indziej. Komórki w biofilmie mogą zrobić to samo, odłączając się od kolonii, odzyskując swoją mobilność i kontynuując życie jako pływające mikroorganizmy. Odłączanie może być trudniejszym zadaniem dla komórek osadzonych pod innymi warstwami komórek i EPS. Po odłączeniu drobnoustrój może nawet założyć własną biofilm lub żyć w innej uznanej społeczności komórkowej. Nie wiemy, co powoduje odłączenie, ale naukowcy twierdzą, że typ gatunku, presja środowiskowa i konkurencja w obrębie biofilmu odgrywają ważną rolę. Podobnie jak ludzie i inne zwierzęta, mikroorganizmy często przenoszą się gdzie indziej, aby przetrwać, gdy sytuacja staje się trudna.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, w jaki sposób te mikrobowe miasta mogą być szkodliwe dla ludzi.

Biofilmy i problemy medyczne

Tworzenie się biofilmu, które występuje w cewniku założonym na stałe, takim jak ten pokazany na mikrofotografii elektronowej, może prowadzić do zakażeń gronkowcem.

Tworzenie się biofilmu, które występuje w cewniku założonym na stałe, takim jak ten pokazany na mikrofotografii elektronowej, może prowadzić do zakażeń gronkowcem.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego czyszczenie zębów u dentysty jest konieczne? Sam już myjesz zęby, prawda?

Mając ponad 500 pojedynczych gatunków bakterii w naszych ustach, można bezpiecznie powiedzieć, że biofilmy mogą stanowić problem, jeśli im na to pozwolimy [źródła: Cromie; Montana State University CBE]. Szczotkowanie zębów usuwa płytka nazębna, rodzaj biofilmu na zębach, ale usunięcie go z trudno dostępnych miejsc w pobliżu naszych linii dziąseł często pozostaje w gestii higienistki dentystycznej. Płytka nazębna pozostawiona na zębach może prowadzić do ubytków i zapalenia przyzębia - medycznego określenia infekcji dziąseł.

Poza ustami problemy zdrowotne związane z biofilmami są częstsze, niż mogłoby się wydawać. Niepokojące w infekcjach biofilmu jest fakt, że niektóre nie są łatwe do pozbycia się i mogą tolerować leczenie przeciwdrobnoustrojowe, takie jak antybiotyki. Oznacza to, że niektóre leki nie będą działać u osób chorych na infekcje biofilmem. Biofilmy mogą powodować różne problemy zdrowotne, od zwykłego bólu ucha do konkretnej infekcji bakteryjnej występującej u osób cierpiących na chorobę genetyczną zwaną mukowiscydozą.

Ale biofilmy są szczególnie przedmiotem zainteresowania pacjentów z nimi wszczepione wyroby medyczne. Znaleziono je na niektórych urządzeniach bardziej niż na innych, w tym:

  • Cewniki lub rurki włożone do ciała w celu przeprowadzenia leczenia lub usunięcia płynów ustrojowych (szczególnie cewników z żyły centralnej i cewników moczowych)
  • Stawy protetyczne
  • Mechaniczne zawory serca
  • Stymulatory serca
  • Szkła kontaktowe
  • Rurki dotchawicze, stosowane w celu ułatwienia oddychania lub podania znieczulenia
  • Wyroby wewnątrzmaciczne stosowane jako środki antykoncepcyjne

W warunkach szpitalnych drobnoustroje tworzące biofilmy zwykle przedostają się do ciała pacjenta przed przeniesieniem na implant lub do wnętrza pacjenta od samego pacjenta, gości lub personelu szpitala. Niektóre rodzaje biofilmów, takie jak te z rodzaju Staphylococcus, są bardziej szkodliwe, ponieważ uwalniają toksyny i mogą być wysoce odporne na antybiotyki, zwłaszcza jeśli tworzą biofilmy w ciele pacjenta (zobacz Jak działają zakażenia gronkowcem, aby przeczytać więcej).

Pozbycie się biofilmów, zwłaszcza bakterii gronkowca, może być wyzwaniem dla pacjentów z implantami, ale istnieje kilka opcji. Czasami usunięcie implantu załatwi sprawę, chyba że biofilm utworzy się na żywej tkance [źródło: Donlan]. Inne techniki obejmują nakładanie silniejszych dawek leków przeciwdrobnoustrojowych na powierzchnię implantu przed umieszczeniem go w ciele pacjenta lub eksperymentowanie z implantami wyłożonymi srebrem, który ma właściwości przeciwdrobnoustrojowe.

Niestety na dłuższą metę nie ma uniwersalnego leczenia biofilmów medycznych. Najbardziej obiecującą taktyką jest przede wszystkim zapobieganie tworzeniu się biofilmów. Pacjenci powinni zawsze skonsultować się z lekarzem w sprawie możliwych metod leczenia infekcji biofilmem.

Ciało ludzkie nie jest jedyną areną w naszej walce z niechcianymi warstwami biologicznymi. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, jak te trwałe klastry negatywnie wpływają na ustawienia branży i środowisko.

Uszkodzenie biofilmu dla środowiska i przemysłu

Jak się dowiedzieliśmy, te wspólne drobnoustroje mogą przystosować się do życia na wielu powierzchniach, w tym w zębach i ciele, ale ogromna większość biofilmów występuje w naturze. Na przykład możesz wyczuć obecność biofilmów na skałach w płytkim zbiorniku wodnym, tworząc śliską powierzchnię do przemierzania. W przeciwieństwie do biofilmów badanych w laboratorium, agregacje te występują naturalnie i są częścią większej ekosystem.

Dzisiaj nasz wpływ na środowisko często powoduje nierównowagę w ekosystemach. Na przykład spływ odpadów może spowodować, że na danym obszarze będzie wyższy poziom niektórych składników odżywczych niż zwykle. Dla niektórych mikroorganizmów oznacza to więcej jedzenia do jedzenia, w wyniku czego ich populacje mogą wymknąć się spod kontroli. Ale w celu rozbicia składników odżywczych niektóre drobnoustroje wymagają tlenu i wykorzystają więcej niż zwykle do rozbicia nadwyżki składników odżywczych. To usunięcie tlenu z ekosystemu może powodować problemy dla innych organizmów, które dzielą to samo siedlisko, czasami powodując martwe strefy. Jeśli otrzyma składniki odżywcze, które wymkną się spod kontroli, zarówno swobodnie pływające mikroorganizmy, jak i osiadłe biofilmy mogą rozkwitać i wykorzystywać cały tlen w danym obszarze, co sprawia, że ​​środowisko jest trudne lub niemożliwe do życia dla innych drobnoustrojów i zwierząt.

W środowisku przemysłowym biofilmy są siłą, z którą należy się liczyć. Ponieważ większość zakładów produkcyjnych wykorzystuje wodę do chłodzenia sprzętu lub zależy od rur do transportu zasobów, istnieje znaczne ryzyko rozwoju biofilmów na tych urządzeniach i systemach rur. Według jednego szacunku biofilmy powodują szkody o wartości ponad miliarda dolarów każdego roku w środowisku przemysłowym, wpływając na zdrowie ludzi i zdolność firm do wydajnego wytwarzania swoich produktów [źródło: Montana State University CBE; Sturman]. Zakłady papiernicze są szczególnie narażone na problemy z biofilmem, ponieważ papier do produkcji wymaga dużej ilości wody i zapewnia ciepłe i pożywne środowisko dla rozwoju mikroorganizmów [źródło: Sturman].

Biofilmy mogą również negatywnie wpływać na jakość wody pitnej. Po oczyszczeniu ścieki przepływają przez czyste rury, które transportują je do naszych kranów. Ale w niektórych przypadkach biofilmy mogą być uciążliwe w tym procesie. Naukowcy z zakładów uzdatniania wody odkryli, że w rurach przenoszących czystą wodę nadal tworzą się biofilmy, które ponownie zanieczyszczają wodę. Po przestudiowaniu problemu dowiedzieli się, że oczyszczona woda pitna zawiera węgiel organiczny - smaczny posiłek dla bakterii. Na szczęście usunięcie węgla organicznego z przetworzonej wody ogranicza tworzenie się tych bakteryjnych biofilmów w rurach z czystą wodą, zapewniając bezpieczną podróż do kranu [źródło: Sturman].

Biofilmy mogą powodować problemy, ale mogą być również korzystne. Przejdź do następnej strony, aby przeczytać o tym, w jaki sposób technologia biofilmu może oczyścić bałagan z otoczenia.

Biofilmy i gatunki inwazyjne

Naukowcy odkryli, że woda balastowa, woda, którą statki gromadzą w łukach dla zachowania równowagi, również mieści biofilmy [źródło: Drake i in.]. Organizmy, od skorupiaków po bakterie, można transportować w zbiornikach balastowych. Ale kiedy statki zbierają wodę balastową w jednym porcie i uwalniają ją w innym, wtedy rzeczy stają się lepkie. Opróżnianie wody balastowej w nowym środowisku daje przewagę tym rodzimym organizmom, pozwalając im konkurować z rodzimymi gatunkami w zakresie żywności i zasobów. Podobnie jak na innych zanurzonych powierzchniach, biofilmy mogą kolonizować wewnątrz tych zbiorników. Po umieszczeniu w zbiorniku balastowym drobnoustroje z biofilmów mogą albo oderwać się od kolonii, albo zostać zeskrobane do nowego środowiska. Naukowcy twierdzą, że powinniśmy traktować inwazyjne mikroorganizmy w tych biofilmach i wodzie balastowej z taką samą ostrożnością jak inne organizmy inwazyjne, ponieważ mogą one rozprzestrzeniać niektóre patogeny lub mikroby wywołujące choroby.

Korzyści z biofilmów

Jak się właśnie dowiedzieliśmy, mikroorganizmy mogą powodować nierównowagę w środowisku, jeśli warunki są odpowiednie. Jak na ironię, mikroby też mogą być korzystne. Na przykład okazuje się, że te same głodne bakterie, które rozkładają węgiel w uzdatnionej wodzie, mogą również przywrócić równowagę w danym obszarze, jedząc nadmiar węgla, gdy sytuacja się pojawi.

Gdy olej przypadkowo skończy się w naturze (jak widać na wyciekach oleju), drobnoustroje powoli rozkładają cząsteczki oleju. Ponieważ olej składa się głównie z węgla, istnieje wiele bakterii, które rozkładają małe cząsteczki oleju na żywność.Przy takim sposobie myślenia można powiedzieć, że biofilmy mogą być potencjalnymi narzędziami do usuwania bałaganu środowiskowego. Wykorzystanie biofilmu w ten sposób jest przykładem bioremediacjalub przywrócenie środowiska ze zmienionego stanu do stanu naturalnego za pomocą mikroorganizmów. Chociaż zbiera olej i przepuszcza go przez filtr biofilmu pewnego rodzaju nie jest dziś powszechną metodą usuwania wycieków ropy, może być ciekawą opcją do zbadania w przyszłości.

Biofilmy mają nawet swoje miejsce w przemyśle wydobywczym. Dość często w warunkach górniczych cenna ruda jest oddzielana od normalnej skały. Ale w obecności wody i tlenu niektóre rodzaje kruszonej skały mogą stworzyć roztwór kwasu siarkowego, jeśli zostaną pozostawione same sobie. Po zajściu reakcji kwas i inne spływy są trudne do oczyszczenia i mogą zanieczyścić pobliskie źródła wody. Ale jeśli usuniesz część równania, materiał skalny nie stanie się kwaśny i będzie można go utylizować w różny sposób. Okazuje się, że umieszczenie bakterii tworzących biofilm, które potrzebują tlenu na tych skałach, zdejmie element z jego powierzchni i uniemożliwi powstawanie odpływu kwasu [źródło: Sturman].

Oprócz bioremediacji można zastosować biofilmy filtry zraszające biofilm do oczyszczania ścieków [źródło: Sturman]. W tym procesie biofilmy są hodowane na skałach lub kawałkach plastiku, aby powoli usuwać ścieki z wody. Na małą skalę proces ten jest wystarczająco wydajny, ale większość miejskich centrów uzdatniania wody nadal wykorzystuje większe ilości bakterii do oczyszczania ścieków.

Biofilmy działają również korzystnie na inne organizmy w przyrodzie. W podziemiach mikroorganizmy utworzą biofilm wokół ryzosfery lub obszaru między korzeniami a glebą u roślin. Interakcje chemiczne w tym symbiotycznym związku zapewniają obu stronom dostęp do składników odżywczych, które w innym przypadku byłyby niedostępne. Tworzenie się biofilmu na korzeniach roślin jest jednym z wielu przykładów tego, dlaczego biofilmy są ważne z ekologicznego punktu widzenia.

Myślisz, że znasz już biofilmy? Dowiedz się, jak walczyć z niechcianymi koloniami.

Narzędzia do walki z biofilmami

Największy problem z biofilmami polega na tym, że wydają się one tworzyć na obszarach, które są albo trudno dostępne, albo zbyt delikatne do leczenia. Usunięcie cewnika zainfekowanego bakteriami biofilmu i zastąpienie go nowym, załatwi sprawę; ale co z ludźmi, którzy przetrwają przy pomocy sztucznej zastawki serca?

Znalezienie odpowiedzi nie jest łatwe. W zależności od biofilmu niektóre z nich można delikatnie zeskrobać, a inne mogą być wystarczająco mocne, aby skorodować powierzchnię, którą nazywają domem. I pomimo twojego poprzedniego sukcesu w myciu ciśnieniowym domu lub stosowaniu przepływu wody w celu pozbycia się brudu, zwiększenie przepływu wody z kranu nie spowoduje oderwania biofilmów. Pewnie, usuniesz niektóre komórki w krótkim okresie, ale biofilm przyzwyczai się do wyższego ścinania płynów i na dłuższą metę wyhoduje cieńszy, ale bardziej uporczywie przyczepiony biofilm [źródło: Sturman]. Nawet jeśli uda ci się usunąć biofilm na siłę, jak możesz zapewnić eksmisję każdej ostatniej komórki?

Dlatego naukowcy badają biofilmy na poziomie molekularnym. Chcą wiedzieć, które warunki stworzą różne gatunki drobnoustrojów odłączyć z kolonii biofilmu i powierzchni. Naukowcy zbliżają się już do zrozumienia tego związku u niektórych gatunków. W jednym badaniu naukowcy odkryli specyficzne białko, które wydawało się kontrolować oderwanie u kilku rodzajów bakterii [źródło: Davies i in.]. Podobnie, inni badacze skupiają się na poszukiwaniu genów, które pozwalają komórkom przyczepić się do powierzchni lub biofilmu w nadziei, że mogą odkryć, jak odłączyć drobnoustroje, a nawet osłabić matrycę komórkową, aby zwiększyć skuteczność środków przeciwdrobnoustrojowych.

Wysiłki badawcze koncentrują się również na sposobach implantacji urządzeń medycznych przy jednoczesnym ograniczeniu infekcji biofilmem. Dominuje idea, że ​​zastosowanie kombinacji technik może działać w zależności od gatunku w warstwie biologicznej i stanu pacjenta. Jeśli chcesz przyczynić się do zapobiegania rozprzestrzenianiu się mikroorganizmów w środowisku medycznym, pamiętaj o umyciu rąk, unikaniu niepotrzebnego dotykania pacjentów i wysłuchaniu personelu medycznego na temat tego, co możesz zrobić, aby ograniczyć rozprzestrzenianie się drobnoustrojów.

Być może największą bronią przeciwko niechcianym biofilmom jest przede wszystkim zapobieganie ich kolonizacji. Utrzymanie powierzchni w czystości jest zawsze krokiem we właściwym kierunku.

Ostatecznie ważne jest, aby zdawać sobie sprawę, że do czasu pojawienia się zaawansowanych mikroskopów niewiele wiadomo o biofilmach. Teraz te kolonie są dogłębnie badane przez tysiące naukowców z różnych dyscyplin na całym świecie. Przed nami jeszcze długa droga, ale naukowcy ciężko pracują, aby odpowiedzieć na najtrudniejsze pytania biofilmu. Każde odkrycie pogłębia naszą wiedzę o tych fascynujących koloniach i przybliża nas do kontrolowania biofilmów i wykorzystywania ich na lepsze.

Aby uzyskać więcej zasobów na temat biofilmów, sprawdź następną stronę.

Czarna śmierć, kleszcze i - biofilmy?

Trudno powiedzieć, który organizm był naprawdę odpowiedzialny za dżumę dymieniczą, chorobę, która spowodowała miliony zgonów w XIV wieku. Kleszcze były odpowiedzialne za rozprzestrzenianie choroby ze szczurów na ludzi, ale badacze przyglądają się samej bakterii - jednemu gatunkowi zwanemu Yersinia pestis. Współczesne badania pokazują, że bakterie te tworzą biofilm w obszarze między strukturą przełyku kleszcza a żołądkiem, blokując jego spożycie i głodując zwierzę [źródło: Darby]. Dlaczego więc zaraza wciąż się rozprzestrzeniała, skoro kleszcze niosące bakterie umarły z głodu? Cóż, ponieważ kleszcze były ciągle głodne, próbowały jeść częściej, a ludzie, niestety, byli na końcu tych prób.


Suplement Wideo: Technologia enzymatyczna w wykrywaniu i usuwaniu biofilmu.




Badania


Najlepsze Zdjęcia Tygodnia Na Ziemi - 25 Maja 2012 R
Najlepsze Zdjęcia Tygodnia Na Ziemi - 25 Maja 2012 R

Plankton Bloom Colours Sea Off Russian Island
Plankton Bloom Colours Sea Off Russian Island

Science News


Badanie: Hormon Kontroluje Seks Sezonowy
Badanie: Hormon Kontroluje Seks Sezonowy

Niepokój W „Uncanny Valley” Może Zacząć Się W Niemowlęctwie
Niepokój W „Uncanny Valley” Może Zacząć Się W Niemowlęctwie

Tropical Storm Heidi Ma Na Celu Australię
Tropical Storm Heidi Ma Na Celu Australię

Jezus Zmieniający Kształt Opisany W Tekście Starożytnego Egiptu
Jezus Zmieniający Kształt Opisany W Tekście Starożytnego Egiptu

Zdjęcia: Szczenięta Lwów Morskich Robią Plusk
Zdjęcia: Szczenięta Lwów Morskich Robią Plusk


PL.WordsSideKick.com
Wszelkie Prawa Zastrzeżone!
Kopiowanie Jakichkolwiek Materiałów Pozostawiono Tylko Prostanovkoy Aktywny Link Do Strony PL.WordsSideKick.com

© 2005–2020 PL.WordsSideKick.com