بیوفیلم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

زیست لایه (به انگلیسی: Biofilm) اجتماعی از سلولهای میکروارگانیسمی است که به یک سطح متصل شده‌اندوتوسط مواد پلی‌مری خارج سلولی پوشیده شده‌اند. گاهی زیست لایه را می‌توان به عنوان استراتژی دانست که بعضی از میکروارگانیسمها از آن استفاده می‌کنند تا بتوانند خود را از اثرات و نیروهای زیانباری که در محیط طبیعی و بدن میزبان است حفظ کرده و اینگونه شانس بقای خود را افزایش دهند.زیست لایه توسط گروه‌های مختلفی از باکتری‌ها ساخته می‌شود و به علت مشکلاتی که به وجود می‌آورند در پزشکی و صنعت از اهمیت بالایی برخوردارند. زیست لایه‌ها در سال ۱۹۷۸ توسط کاسترتون در مورد باکتری‌ها شرح داده شدند. در زیست لایه‌های باکتریال، باکتری‌ها می‌توانند از اجتماع یک گونه واحد باکتریایی باشند یا می‌توانند اجتماعی از چند گونه متفاوت باشند.[۱][۲]

ویژگی‌ها[ویرایش]

زیست لایه ایجاد شده توسط باکتری‌های گرمادوست در جریان خروجی چشمه آب گرم میکی، ایالت اورگن، حدود بیست میلیمتر ضخامت دارد.

زیست لایه‌ها و توده‌های میکروبی ویژگی‌های فیزیکی‌شیمیایی دارند که برای کارکرد آن‌ها در طبیعت، ارزش سرنوشت‌سازی دارند. این ویژه‌گی‌ها عبارتند از:

  • پایداربودن نسبت به اصطکاک.
  • پایداری مکانیکی زیست لایه‌ها و توده‌ها.
  • پایداری هیدرولیتیکی زیست لایه در غشاهای جدا کننده.
  • مقاومت به هدایت گرمایی در نوسان‌های دما.
  • مقاومت انتشاری ماتریکس زیست لایه در راکتورهای زیست لایه ای.
  • گنجایش جذب سطحی، به ویژه سازوکار زیست لایه ها در جذب سطحی بیولوژیکی.
  • ویژگی پیوند با ملکول‌های آب.
  • معماری ماتریکس و پیچیدگی ساختار پلی ساکاریدها و آنزیم‌های خارج سلولی.[۳][۴]

میکروارگانیسم های موجود در زیست لایه[ویرایش]

گرچه میکروارگانیسم‌های سازندهٔ زیست لایه زندگی پلانکتونی نیز دارند، اما بیوشیمی این میکروارگانیسم‌ها متفاوت است. بررسی‌های گذشته نشان داده است که این تغییر و تفاوت، به علت خاموش شدن یک دسته و پویا شدن دستهٔ دیگراز ژن‌ها می باشد. به‌عنوان مثال سودوموناس ائروژینوزا در حالت زندگی زیست لایه ای به سنتز آلژینات نیاز دارد. بنابراین ژن‌های سنتز کننده آلژینات پویا می‌گردند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که رونویسی از ژن alga که محصول آن آلژینات می باشد، در زندگی زیست لایه ای چهار برابر بیش از حالت پلاکتونی انجام می‌گیرد.[۵]

باکتری‌ها، مقدار کمی از ملکول‌هایی به نام مواد علائم دهنده حسی نظیر اسیل هوموسرین لاکتون را به طور پیوسته، ترشح می کنند. همزمان که شمار این باکتری ها افزایش می یابد، غلظت مواد علائم دهنده نیز افزایش می‌یابد. هنگامی‌که اندازهٔ این مواد به آستانه غلظت رسید، باکتری‌ها پاسخ داده و رفتار خود را با تغییر فعالیت ژن‌ها، تغییر می دهند. این حالت در گونه‌های مختلف باکتری‌ها، متفاوت است. سودوموناس ائروژینوزا، آلژینات تولید می کند. ژن‌هایی ممکن است فعال شوند که بر روی مسیرهای متابولیکی و تولید عوامل بیماری‌زایی اثر می گذارند.[۶]

پژوهش‌های مرکز CBC در سال ۲۰۰۰ میلادی نشان داد که میکروارگانیسم‌های موجود در زیست لایه نسبت به گونه‌های آزاد آن‌ها (میکروارگانیسم‌هایی با زندگی پلانکتونی) به ترکیبات ضد میکروبی مقاوم‌ترند. این بررسی‌ها نشان می‌دهد که بیش از چهل درصد پروتئین‌های موجود در دیواره سلولی باکتری‌ها و میکروب‌ها بین حالت پلانکتونی و زیست لایه ای متفاوت می باشند. این تغییر پروتئینی باعث تغییر جایگاه‌های هدف آنتی‌بیوتیکی بر روی این میکروارگانیسم‌ها می شود، بنابراین مکانیسم مرگ و پاسخ آن‌ها به آنتی بیوتیک‌ها متفاوت می‌شود. در بررسی های این مرکز در سال ۲۰۰۱ میلادی یک فاکتور سیگما شناسایی شده‌است که نوعی سیگنال باکتریایی جهت تغییر بیوشیمی زندگی زیست لایه ای را نشان می‌دهد. این مرکز اعلام کرده‌است که اگر بتوان فاکتور معکوس سیگما را کشف نمود، می توان زیست لایه ها را به سلول‌های مجزا و پلانکتونی تبدیل کرد.[۷]

کاربردهای زیست لایه[ویرایش]

صنعت و كشاورزى عامل آزاد کردن فلزات سنگين و سمى در محیط می‌توانند باشند. اين فلزات برای اكوسيستم و سلامتى انسان زیان‌بار هستند. باكترى‌ها می‌توانند كاتاليزكننده حالت سمى فلزات به حالت هاى غيرسمى يا كاهش تحرك آن‌ها باشند[۸].

منابع[ویرایش]

  1. Hall-Stoodley L, Costerton JW, Stoodley P (February 2004). "Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases". مجله نیچر 2 (2): 95–108. doi:10.1038/nrmicro821. PMID 15040259. 
  2. Lear, G; Lewis, GD (editor) (2012). Microbial Biofilms: Current Research and Applications. انتشارات دانشگاهی کایستر. ISBN 978-1-904455-96-7. 
  3. Nadell, Carey D.; Xavier, Joao B.; Foster, Kevin R. (1 January 2009). "The sociobiology of biofilms". FEMS Microbiology Reviews 33 (1): 206–224. doi:10.1111/j.1574-6976.2008.00150.x. 
  4. Stoodley, Paul; Dirk deBeer andZbigniew Lewandowski (August 1994). "Liquid Flow in Biofilm Systems". Appl Environ Microbiol. 60 (8): 2711–2716. 
  5. Allison, D. G. (2000). Community structure and co-operation in biofilms. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0-521-79302-5.
  6. An D, Parsek MR (June 2007). "The promise and peril of transcriptional profiling in biofilm communities". مجله عقیده رایج 10 (3): 292–6. doi:10.1016/j.mib.2007.05.011. PMID 17573234. 
  7. Hodgson, A.E., Nelson, S.M., Brown,M.R.W., Gilbert. Asimple in vitro model for growth control of bacterial biofilms. 1995. 
  8. Gudbjornsdottir B, Suihko ML, Gustavsson. Effect of Bacterial Biofilm on Corrosion and biocorrosion. March 2008.