kirjoittanut
Tuotepäällikkö konetekniikan painotuksella, joka suunnittelee järjestelmiä ja yhdistää tuotteen, tuotannon sekä toiminnot saavuttaakseen parhaan mahdollisen vaikuttavuuden. Toimiston ulkopuolella olen intohimoinen kiipeilijä ja entinen kilpaurheilija, ja vapaa-ajallani valmennan edelleen sekä rakennan reittejä.
Tilaa kuukausittainen uutiskirjeemme vedestä
Saatamme lähettää sinulle sähköpostia, jos meillä on jotain uutisoinnin arvoista, jonka vesiensuojelun ammattilaisemme ovat kirjoittaneet
Biokalvon kehityksen yleiskatsaus
Biokalvon muodostuminen noudattaa yleensä viittä vaihetta:
1. Kiinnittyminen
Biokalvon muodostuminen alkaa, kun vapaasti kelluvat (planktoniset) mikro-organismit joutuvat kosketukseen pinnan kanssa. Aluksi vuorovaikutus on palautuvaa ja fysikaalisten voimien (esim. van der Waalsin voimat, sähköstaattiset ja hydrofobiset vuorovaikutukset) ohjaamaa.
Jos ympäristöolosuhteet ovat suotuisat, bakteerit kiinnittyvät pysyvästi käyttämällä ulokkeita, kuten pilejä, fimbrioita tai flagelloja, ja alkavat erittää tarttuvia aineita.
Pintatyypit: luonnolliset (kivet, hampaat), teolliset (putket) tai biologiset (kudokset, lääketieteelliset implantit)
Aikataulu: minuuteista tunteihin
Jos ympäristöolosuhteet ovat suotuisat, mikrobit siirtyvät peruuttamattomaan kiinnittymiseen.
2. Mikropesäkkeen muodostuminen
Kun solut ovat kiinnittyneet peruuttamattomasti, ne alkavat lisääntyä ja muodostaa mikropesäkkeitä, eli pieniä soluryppäitä, jotka ovat tiukasti kiinni pinnassa. Solut aloittavat solunulkoisten polymeeristen aineiden (EPS) tuotannon – tämä on matriisi, joka koostuu polysakkarideista, proteiineista, lipideistä ja solunulkoisesta DNA:sta (eDNA).
EPS tarjoaa mekaanista vakautta ja sitoo ravinteita.
Solut alkavat koordinoida toimintaansa quorum sensing -ilmiön (kemiallisen viestintäprosessin) avulla.
Mikropesäkkeet toimivat kehittyvän biokalvon perustana.
3. Varhainen biokalvo
Mikropesäkkeet siirtyvät varhaisen vaiheen biokalvoksi, jolle on ominaista laajempi EPS:n tuotanto ja uusien solujen värvääminen. Rakenteesta tulee yhä enemmän kolmiulotteinen, ja siihen kehittyy kanavia, jotka helpottavat nesteen ja ravinteiden liikkumista.
Geenien ilmentyminen muuttuu tehostaen biokalvolle tyypillisiä piirteitä (esim. stressinsieto, antibioottiresistenssi).
Hapen ja ravinteiden mikroympäristögradientteja syntyy kehittyvien kerrosten sisällä.
Tämä vaihe merkitsee yhteistyössä toimivan mikrobiyhteisön perustamista.
4. Kypsä biokalvo
Kypsässä vaiheessa biokalvosta tulee monimutkainen ja heterogeeninen rakenne. Se muodostaa usein torneja, sienimäisiä muotoja tai paksuja kalvoja, joissa on toisiinsa kytkeytyneitä vesikanavia jätteiden ja ravinteiden kuljetusta varten.
Monilajiset yhteisöt ovat yleisiä.
Soluilla on lisääntynyt vastustuskyky antibiooteille, immuunivasteille ja ympäristön stressille.
Solupopulaatioiden välillä tapahtuu metabolista yhteistyötä ja erilaistumista.
Tämä erittäin järjestäytynyt yhteisö voi säilyä pitkiä aikoja ja on tyypillisesti biokalvon sitkein muoto.
5. Hajoaminen
Lopulta ympäristön signaalit (esim. ravinteiden vähyys, leikkausjännitys, pH-arvon muutokset) saavat osan biokalvosta hajoamaan. Solut palaavat planktoniseen tilaan, mikä mahdollistaa uusien pintojen asuttamisen.
Hajoaminen voi olla aktiivista (entsyymit hajottavat EPS:ää) tai passiivista (mekaaninen häiriö).
Helpottaa biokalvon leviämistä ympäristöihin tai kudoksiin.
Tämä vaihe on kriittinen biokalvoa muodostavien organismien elinkaaren ja sopeutumiskyvyn kannalta.
Lue lisää tapaustutkimuksestamme: Mikrobiologisen kontaminaation eliminointi otsonoidussa hedelmien pesuvedessä
Käytännön esimerkkejä biokalvon muodostumisesta
Biokalvot eivät rajoitu vain laboratorioihin tai sairaaloihin – niitä esiintyy monissa erilaisissa todellisissa ympäristöissä, ja niillä on usein vakavia vaikutuksia suorituskykyyn, turvallisuuteen ja terveyteen.
Vesiviljely
Esimerkki
Biokalvoja kehittyy kalasäiliöihin, verkkoihin ja kiertovesijärjestelmiin, ja ne voivat suojata taudinaiheuttajia, kuten Aeromonas- tai Vibrio-lajeja, jotka voivat tartuttaa kalakantaa ja heikentää veden laatua.
Vaikutus
Lisääntynyt kuolleisuus, kalojen huono terveys, heikentynyt rehuhyötysuhde.
Maatalous
Esimerkki
Biokalvoja muodostuu tippukastelulinjojen ja suuttimien sisälle, erityisesti käytettäessä ravinnepitoista tai kierrätettyä vettä.
Vaikutus
Kastelujärjestelmien tukkeutuminen, epätasainen veden jakautuminen ja pienemmät sadot.Kastelujärjestelmien tukkeutuminen, epätasainen veden jakautuminen ja pienemmät sadot.
Eläinsuojat / Karja
Esimerkki
Biokalvoja muodostuu ruokintalaitteisiin, vesijohtoihin ja karsinoiden tai navettojen lattiapintoihin.
Vaikutus:
Taudinaiheuttajien, kuten Salmonella-, E. coli- ja Listeria-bakteerien, pysyvät pesäkkeet, mikä lisää nuorten eläinten tautiriskiä.
Elintarvikkeiden ja juomien jalostus
Esimerkki
Biokalvoja esiintyy yleisesti käsittelypinnoilla, putkissa ja kuljetinhihnoilla, erityisesti meijereissä, panimoissa ja lihanjalostuslaitoksissa.
Vaikutus
Elintarvikkeiden ristikontaminaatio, lyhentynyt säilyvyysaika ja merkittävät hygienianvastaavuusriskit.
Urheilunurmikoiden hallinta
Esimerkki
Biokalvoja voi kertyä golfkenttien ja urheilukenttien alaojitukseen ja kastelujärjestelmiin.
Vaikutus
Veden virtauksen rajoitukset, nurmikkotautien edistäminen ja paikalliset tulvat.
Järvet ja lammet
Esimerkki
Luonnollisesti esiintyviä biokalvoja muodostuu kiville, sedimentille ja vedenalaisille rakenteille, mutta ne voivat muodostua ongelmallisiksi ravinteiden kuormituksen (eutrofioitumisen) myötä.
Vaikutus
Haitallisten leväkukintojen ruokkiminen, happitason alentaminen ja vaikutukset luonnon monimuotoisuuteen.
Seuraavana sarjassa
”Miksi biokalvot ovat vaarallisia?”
Tutki, miten biokalvot välttävät immuunivasteita, vastustavat antibiootteja ja aiheuttavat sitkeitä infektioita lääketieteellisissä ja ympäristöolosuhteissa.
Lähteet
De Schryver, P., Defoirdt, T., & Sorgeloos, P. (2014). Early mortality syndrome outbreaks: A microbial management issue in shrimp farming? PLoS Pathogens, 10(4), e1003919.
https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003919Oron, G., DeMalach, Y., et al. (2001). Clogging of irrigation drippers by bacterial biofilms: field and laboratory studies. Irrigation Science, 20(3), 147–152.
https://doi.org/10.1007/s002710000034Ammar, H., El-Din, S. M. N., et al. (2013). Biofilm formation inside irrigation systems using reclaimed wastewater. Journal of Advanced Research, 4(3), 253–263.
https://doi.org/10.1016/j.jare.2012.06.001Vestby, L. K., Møretrø, T., et al. (2009). Biofilm forming abilities of Salmonella are correlated with persistence in fish meal- and feed factories. BMC Veterinary Research, 5, 20.
https://doi.org/10.1186/1746-6148-5-20Wilks, S. A., Keevil, C. W. (2013). Survival of Escherichia coli O157 in biofilms on stainless steel under conditions found in meat processing. International Journal of Food Microbiology, 158(3), 282–288.
https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2012.08.019Shi, X., Zhu, X. (2009). Biofilm formation and food safety in food industries. Trends in Food Science & Technology, 20(9), 407–413.
https://doi.org/10.1016/j.tifs.2009.01.054Srey, S., Jahid, I. K., Ha, S.-D. (2013). Biofilm formation in food industries: A food safety concern. Food Control, 31(2), 572–585.
https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2012.12.001Valavi, R., & Dehghanisanij, H. (2017). Clogging of microirrigation systems: A review. Journal of Water Supply: Research and Technology – AQUA, 66(4), 251–264.
https://doi.org/10.2166/aqua.2017.090Battin, T. J., Besemer, K., Bengtsson, M. M., et al. (2016). The ecology and biogeochemistry of stream biofilms. Nature Reviews Microbiology, 14(4), 251–263.
https://doi.org/10.1038/nrmicro.2016.15
