2025. július 7., hétfő
Hogyan alakulnak ki a biofilmek?
írva által
Termékmenedzser mechanikai mérnöki fókuszálással, rendszerek tervezésével, valamint a termék, gyártás és műveletek közötti kapcsolat kiépítésével a maximális hatás elérése érdekében. Az irodán kívül szenvedélyes mászó vagyok, korábbi versenyző, és szabadidőmben továbbra is edzőként és útvonalakat szerkesztve tevékenykedem.
A biofilm fejlődésének áttekintése
A biofilm képződés általában öt szakaszt követ:
1. Tapadás
A biofilm képződés akkor kezdődik, amikor a szabadon lebegő (planktonikus) mikroorganizmusok érintkezésbe lépnek egy felülettel. Kezdetben az interakció visszafordítható, és fizikai erők (pl. van der Waals, elektrosztatikus, hidrofób interakciók) vezérlik.
Ha a környezeti feltételek kedvezőek, a baktériumok visszafordíthatatlanul rögzülnek, például pili, fimbriae vagy flagellum segítségével, és elkezdenek ragasztó anyagokat kibocsátani.
Felület típusok: természetes (kövek, fogak), ipari (csövek) vagy biológiai (szövetek, orvosi implantátumok)
Időtartam: percektől órákig
Ha a környezeti feltételek kedvezőek, a mikrobák folytatják a visszafordíthatatlan rögzülést.
2. Mikrokolóniák képződése
Miután a sejtek visszafordíthatatlanul rögzültek, szaporodni kezdenek és mikrokolóniákat képeznek, kis sejtcsoportokat, amelyek szorosan kötődnek a felülethez. A sejtek megkezdik az extracelluláris polimerek (EPS) előállítását – egy mátrixot, amely poliszacharidokból, fehérjékből, lipidből és extracelluláris DNS-ből (eDNS) áll.
Az EPS mechanikai stabilitást biztosít és tápanyagokat csapdába ejt.
A sejtek koordinálni kezdenek a quorum érzékelés révén, egy kémiai kommunikációs folyamat során.
A mikrokolóniák szolgálnak a fejlődő biofilm alapjaként.
3. Korai biofilm
A mikrokolóniák korai szakaszú biofilmmé alakulnak, amelyet kiemelkedőbb EPS termelés és további sejtek toborzása jellemez. A szerkezet egyre háromdimenziósabbá válik, fejlődő csatornákkal, amelyek segítik a folyadék és tápanyagok mozgását.
A génexpresszió megváltozik, hogy fokozza a biofilm-specifikus tulajdonságokat (pl. stressztolerancia, antibiotikum-rezisztencia)
Oxigén és tápanyagok mikrokörnyezeti gradiensai jelennek meg a fejlődő rétegekben.
Ez a szakasz egy együttműködő mikrobiális közösség megalapozását jelzi.
4. Érett biofilm
Az érett szakaszban a biofilm komplex és heterogén szerkezetté válik. Gyakran tornyokat, gombaszerű formákat vagy vastag filmeket alkot, amelyeken a hulladék- és tápanyagszállító vízcsatornák találhatók.
Multispeciális közösségek gyakoriak.
A sejtek fokozott reziszteniát mutatnak az antibiotikumokkal, az immunválaszokkal és a környezeti stresszel szemben.
Anyagcsere együttműködés és differenciálódás történik a sejtpopulációk között.
Ez a nagyon szervezett közösség hosszú időn keresztül fennmaradhat, és tipikusan a biofilm legellenállóbb formája.
5. Szóródás
Végül a környezeti jelek (pl. tápanyag-hiány, nyírási stressz, pH-változások) egy része a biofilmből eloszlásra utasít. A sejtek visszatérnek planktonikus állapotba, lehetővé téve új felületek kolonizálását.
A szóródás lehet aktív (enzimek lebontva az EPS-t) vagy passzív (mechanikai zavarás)
Elősegíti a biofilm elterjedését környezetekben vagy szövetekben.
Ez a fázis kritikus a biofilmképző organizmusok életciklusához és alkalmazkodóképességéhez.
Tudjon meg többet esettanulmányunkról: A mikrobiológiai szennyeződés megszüntetése az ózon gyümölcsmosó vízben
Valós példák a biofilm képződésére
A biofilmek nem korlátozódnak a laboratóriumokra vagy kórházakra - széleskörű valós környezetekben fordulnak elő, gyakran komoly következményekkel a teljesítményre, biztonságra és egészségre nézve.
Akvakultúra
Példa
A biofilmek a halastavak, hálók és recirkuláló rendszerek felületén alakulnak ki, és olyan kórokozókat rejtenek, mint Aeromonas vagy Vibrio, amelyek megfertőzhetik a halállományt és csökkenthetik a víz minőségét.
Hatás
Növekvő mortalitás, rossz hal-egészség, csökkent takarmánykonverziós hatékonyság.
A mezőgazdaság
Példa
A biofilmek a csepegtető öntözővezetékek és elektronikák belsejében képződnek, különösen tápanyagban gazdag vagy újrahasznosított víz használata esetén.
Hatás
Az öntözőrendszerek eldugulása, egyenetlen vízeloszlás és csökkent hozam. Az öntözőrendszerek eldugulása, egyenetlen vízeloszlás és csökkent hozam.
Állattenyésztő óvodák / Haszonállatok
Példa
A biofilmek etetőberendezéseken, vízvezetékeken és talajfelületeken alakulnak ki az istállókban vagy pajtákban.
Hatás:
Folyamatos kórokozós tározók, mint például Salmonella, E. coli és Listeria, növelve a betegség kockázatát fiatal állatokban.
Élelmiszer- és italfeldolgozás
Példa
A biofilmek gyakran fordulnak elő a feldolgozó felületeken, csöveken és szállítószalagokon, különösen tejüzemekben, sörfőzdékben és húsfeldolgozó üzemekben.
Hatás
Élelmiszerek keresztszennyeződése, csökkent eltarthatóság, és nagyobb higiéniai megfelelőségi kockázatok.
Sportpálya-gazdálkodás
Példa
A biofilmek felhalmozódhatnak a golfpályák és sportpályák alatti vízelvezető és öntözőrendszerekben.
Hatás
Vízáramlási korlátozások, fűbetegségek előmozdítása, és helyi árvizek.
Tavak és tavacskák
Példa
A természetes biofilmek a köveken, üledékeken és víz alatti struktúrákon keletkeznek, de problémásak lehetnek a tápanyagtöltés (eutrofizáció) miatt.
Hatás
Káros algavirágzások táplálása, oxigénszint csökkentése és a biodiverzitásra gyakorolt hatás.
Következő a sorozatban
„Miért veszélyesek a biofilmek?”
Fedezze fel, hogyan kerülnek el a biofilmek immunválaszokat, ellenállnak az antibiotikumoknak, és okoznak tartós fertőzéseket orvosi és környezeti beállításokban.
Hivatkozások
De Schryver, P., Defoirdt, T., & Sorgeloos, P. (2014). Korai halálozási szindróma kitörések: Mikrobiális kezelési probléma a garnéla tenyésztésben? PLoS Pathogens, 10(4), e1003919.
https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003919Oron, G., DeMalach, Y., et al. (2001). Öntözőcseppek eldugulása baktériumtakarókkal: terepi és laboratóriumi tanulmányok. Öntözési Tudomány, 20(3), 147–152.
https://doi.org/10.1007/s002710000034Ammar, H., El-Din, S. M. N., et al. (2013). Biofilm képződés öntözőrendszerekben tisztított szennyvíz felhasználásával. Fejlett Kutatási Folyóirat, 4(3), 253–263.
https://doi.org/10.1016/j.jare.2012.06.001Vestby, L. K., Møretrø, T., et al. (2009). A biofilm képződési képességei Salmonella összefüggésben állnak a hal étkezési takarmány- és gyárban való tartósságával. BMC Állatorvosi Kutatás, 5, 20.
https://doi.org/10.1186/1746-6148-5-20Wilks, S. A., Keevil, C. W. (2013). Az Escherichia coli O157 túlélése biofilmben rozsdamentes acélon olyan körülmények között, amelyek a hús feldolgozásában találhatók. Nemzetközi Élelmiszer-Mikrobiológia Folyóirat, 158(3), 282–288.
https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2012.08.019Shi, X., Zhu, X. (2009). Biofilm képződés és élelmiszerbiztonság az élelmiszeriparban. Élelmiszer Tudomány és Technológia Trendek, 20(9), 407–413.
https://doi.org/10.1016/j.tifs.2009.01.054Srey, S., Jahid, I. K., Ha, S.-D. (2013). Biofilm képződés az élelmiszeriparban: élelmiszerbiztonsági aggály. Élelmiszer Ellenőrzés, 31(2), 572–585.
https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2012.12.001Valavi, R., & Dehghanisanij, H. (2017). A mikroszelektív öntözési rendszerek eldugulása: áttekintés. Vízellátási Folyóirat: Kutatás és Technológia - AQUA, 66(4), 251–264.
https://doi.org/10.2166/aqua.2017.090Battin, T. J., Besemer, K., Bengtsson, M. M., et al. (2016). A patak biofilmjeinek ökológiája és biogeokémiája. Nature Reviews Mikrobiológia, 14(4), 251–263.
https://doi.org/10.1038/nrmicro.2016.15
