مقدمه

بیوفیلم نوعی تجمع باکتریایی است که اثر متقابل بر روی هم دارند و به سطح جامد یا به یکدیگر چسبیدهاند و آنها را ماتریکس خارجی از جنس پلی ساکاریدی احاطه کرده است. توانایی باکتریها برای چسبیدن به سطوح، به ویژه در ارگانیسمهای پاتوژن که از این خاصیت برای شروع بیماری استفاده میکنند، به عنوان یک پدیده مهم شناخته شده است.

در طبیعت معمولاً باکتریها به صورت کلونیهایی با جمعیت مخلوط رشد مینمایند و به ندرت به صورت ایزوله و یا کشت خالص یافت میشوند. بیوفیلم های مخاطی و پلاکهای دندانی، نمونههای شناخته شده این پدیده در انسان هستند. همچنین در طبیعت ماده لغزنده موجود بر روی سنگهای رودخانه و پوشش نازک ژل مانند بر دیواره داخلی گلدان که گلها به مدت یک هفته در آن نگهداری شدهاند، نیز نمونههایی از بیوفیلم هستند. تشکیل بیوفیلم به عنوان استراتژی جهانی باکتریایی جهت بقاء و جایگزینی بهتر نسبت به مواد غذایی مطرح است.

بیوفیلم ها اجتماعاتی از باکتریها، جانوران و گیاهان میکروسکوپی میباشند که به یک سطح متصل شدهاندو غالباً یک لایه ژله ای تولید میکنند. این لایه علاوه بر فراهم نمودن محیط مناسب برای زیست، به چسبیدن و باقی ماندن میکروبها بر روی سطوح کمک نموده و نقش محافظتی نیز دارد. در محیطهای آبی، سلولهای میکروبی به مواد جامد نظیر مواد معدنی و فلزات موجود در محیط چسبیده و واکنشهای معدنی شدن را شروع مینمایند. سلولهای تثبیت شده رشد نموده و پلیمرهای خارج سلولی که اغلب به شکل یک ماتریکس درهم از جنس فیبربل میباشند، را تولید مینمایند.

در اکثر موارد در بیوفیلم هایی که در محیطهای آبی تشکیل میشوند، مقادیر قابل ملاحظه ای از مواد و ذرات معدنی نظیر خاک رس، جذب شده و در این ساختار به دام میافتند. به طورکلی بیوفیلمها ساختار چند گونه ای۱ دارند؛ به این معنی که حاوی ساختارهای بسیار پیچیده با فضاهای خالی، مجراها، حفرات، منافذ و رشتهها میباشند که در این ساختار سلولها آرایش خوشه ای داشته و یا به صورت میکروکلونیها توسط حفرات بین آنها مجزا میگردند. این چنین ساختارهای پیچیده ای درانواع وسیعی از بیوفیلم ها گزارش شده است:

بیوفیلم های متانوژنیک در راکتورهای Fixed – bed

بیوفیلم های هوازی تشکیل شده در گیاهان موجود در آبهای آلوده بیوفیلم های تثبیت کننده ازت بیوفیلم های کشت خالص ویبریو پاراهمولیتیکوس و سودوموناس ائروژینوزا

حفرات درونی در رساندن مواد غذایی به لایههای زیرین بیوفیلم نقش مهمی را ایفا میکنند. بیوفیلم در سطوح مرطوب گاه به صورت پوشش پیوسته و گاه به صورت تکه تکه تشکیل میشود.

۱- Multi Species

۲

خواص بیوفیلم

بیوفیلم ها و اجتماعات میکروبی خواص فیزیکوشیمیایی دارند که برای عملکرد آنها در طبیعت، اهمیت زیربنایی دارند. این خواص عبارتاند از:

مقاومت نسبت به اصطکاک پایداری مکانیکی بیوفیلم ها و تودهها
مقاومت هیدرولیتیکی بیوفیلم در غشاءهای جدا کننده مقاومت به هدایت گرمایی در سطوح تغییرات دمایی مقاومت انتشاری ماتریکس بیوفیلم در راکتورهای بیوفیلمی

ظرفیت جذب سطحی، به خصوص مکانیسم بیوفیلم ها در جذب سطحی بیولوژیکی خواص اتصالی به ملکول های آب معماری ماتریکس و پیچیدگی ساختار پلی ساکاریدها و آنزیمهای خارج سلولی.
یکی از ترکیبات مهم که در ایجاد خواص فیزیکی و فیزیکو شیمیایی بیوفیلم ها نقش مهمی ایفاء میکند، ماتریکس اگزوپلی ساکاریدی میباشد.

میکروارگانیسمهای موجود در بیوفیلم

اگر چه میکروارگانیسمهای تشکیل دهنده بیوفیلم، زندگی پلانکتونی نیز دارند، اما بیوشیمی این میکروارگانیسمها متفاوت است. مطالعات اخیر نشان میدهد که این تغییر و تفاوت مربوط به خاموش شدن یک دسته از ژنها و روشن شدن یک دسته دیگر ژنی است. به عنوان مثال سودوموناس ائروژینوزا در حالت زندگی بیوفیلمی به سنتز آلژینات نیاز دارد. بنابراین ژنهای سنتز کننده آلژینات روشن میگردند. مطالعات نشان میدهد که رونویسی از ژن alg که محصول آن آلژینات میباشد، در زندگی بیوفیلمی چهار برابر بیش از حالت پلانکتونی صورت میگیرد.

اثرات زیانبار ناشی از تشکیل بیوفیلم کاهش ضریب انتقال حرارت در مبدلهای حرارتی و کندانسورها

گرفتگی خلل و فرج مخازن نفتی در مراحل ازدیاد برداشت چسبیدن میکروارگانیسمها بر روی بدنه کشتی به ضخامت ۱۰ میکرون که باعث افزایش مصرف سوخت شناور از ۰/۳ درصد تا یک
درصد میگردد. ضخامتهای زیاد گاهی تا ۵۰ درصد، مقدار مصرف سوخت را افزایش میدهند.

تشکیل بیوفیلم با ضخامت ۱۰۰۰ میکرون در لولههایی به قطر ۱۲/۵ میلی متر، سبب کاهش سرعت جریان به میزان ۵۰ درصد میگردد. مقاومت به بیوسایدها یا زیست کش ها.

ایجاد خوردگی.

تجزیه و تخریب پوششهای آلی از جمله رنگها و پوششهای اپوکسی.

۳

مزایای تشکیل بیوفیلم

فعالیتهای صنعتی و کشاورزی باعث آزاد شدن فلزات سنگین و سمی در محیط میشوند. این فلزات حیات اکوسیستمها و سلامتی انسان را به مخاطره میاندازند. باکتریها میتوانند کاتالیزکننده حالت سمی فلزات به حالتهای غیرسمی یا کم تحرک آنها باشند. نظیر احیای مستقیم CrIV (سمی و محلول) به CrIII (کمتر سمی و نامحلول)، اکسیداسیون MnII، انتقال فعال جیوه به خارج سلول توسط اپران.mer زیست درمانی به معنی استفاده از این موجودات در پاکسازی محیط از آلودگیهاست. میتوان سویههای باکتری مهندسی شده ای ایجاد کرد که توانایی زیادی در تجمع یونهای فلزی داشته باشند. تلاشهایی که در این راستا انجام شده شامل بیان بالای پپتیدها یا پروتئینهایی نظیر پلی هیستیدین ها یا متالوتیونین ها است که به فلزات سمی و محلول متصل میشوند و فلزات را از چرخه طبیعت جدا میسازند.