Mis On Biofilmid?

{h1}

Biofilmid on niisked pinnad kinni jäävad mikroorganismide kihid. Nad võivad põhjustada kuni 80 protsenti infektsioonidest.

Biofilmid on ühe või enama tüüpi mikroorganismide kollektsioon, mis võivad kasvada mitmel erineval pinnal. Mikroorganismid, mis moodustavad biofilme, hõlmavad baktereid, seeni ja protistlikke aineid.

Üks ühine näide biofilmi hambakestest, hammaste pinnal tekkivate bakterite hõre kasv. Veekogus on veel üks näide. Mineraalide ja metallide puhul on leitud biofilme. Neid on leitud veealuse, maa-aluse ja maapinna kohal. Nad võivad kasvada taimekudedel ja loomakududel ning implanteeritud meditsiiniseadmetes, nagu kateetrid ja südamestimulaatorid.

Igal neist erinevatest pindadest on ühine määratletav omadus: need on märjad. Vastavalt Microbe Magazine'i avaldatud 2007. aasta artiklile on need keskkonnad perioodiliselt või pidevalt vee all. Biofilmid elavad niisketel ja niiskel pinnal.

Biofilmid on sellisesse keskkonda ennast väga pikka aega asustanud. Fossiilseid tõendeid biofilmide kohta on umbes 3,25 miljardit aastat tagasi, vastavalt ajakirjas Nature Reviews Microbiology avaldatud 2004. a artiklile. Näiteks Austraalias Pilbara Cratoni 3,2 miljardi aasta vanuses süvamere hüdrotermaalsetes kivimites on leitud biofilme. Sarnaseid biofilme leidub ka hüdrotermilises keskkonnas, nagu kuumaveeallikad ja süvamere tuulutusavad.

See rohekaspruun kibuvärv, mida leidub vetikambris leiduvates kivimites, on biojäätmed, mis koosnevad vetikatest.

See rohekaspruun kibuvärv, mida leidub vetikambris leiduvates kivimites, on biojäätmed, mis koosnevad vetikatest.

Krediit: USGS

Biofilmi moodustumine

Biofilmi tekkimine algab siis, kui vabalt ujuvad mikroorganismid, näiteks bakterid, puutuvad kokku sobiva pinnaga ja hakkavad rääkima juured. Montana ülikooli Biofilm Engineering Center'i sõnul on see esimene kinnitusetapp siis, kui mikroorganismid toodavad rakuvälise polümeerset ainet (EPS). EPS on suhkru, valkude ja nukleiinhapete (nt DNA) võrgustik. See võimaldab biokile mikroorganismidel kokku hoida.

Lisale järgneb kasvuperiood. Esimeste kihtide täiendavad mikroorganismide kihid ja EPS. Lõppkokkuvõttes loovad nad Biofilm Engineering'i keskuse sõnul sibulise ja keeruka 3D-struktuuri. Veekanalid läbivad biofilme ja võimaldavad toitainete ja jäätmete vahetamist Microbe tooteartikli järgi.

Mitu keskkonnatingimust aitab määrata, mil määral biokile kasvab. Need tegurid määravad ka selle, kas see on valmistatud ainult paar kihist rakkudest või oluliselt rohkem. "See sõltub tõepoolest biofilmist," ütles Robin Gerlach, professor Montana State University-Bozemani keemia- ja bioloogiatehnoloogia osakonnas. Näiteks mikroorganismid, mis toodavad suures koguses EPS-i, võivad kasvada suhteliselt paksudeks biofilmideks, isegi kui neil ei ole juurdepääsu paljudele toitainetele, ütles ta. Seevastu hapnikuga sõltuvate mikroorganismide puhul võib olemasolev kogus piirata nende suurenemist. Veel üks keskkonnategur on "nihkepinge" mõiste. "Kui biofilmil on voolu väga voolav, nagu on looduses, on biofilm üsna õhuke. Kui teil on biofilm aeglase voolava veega, nagu tiigis, võib see muutuda väga paksuks," Gerlach selgitas.

Lõpuks võib biofilmi sees olevad rakud lahkuda ja asetuda uuele pinnale. Kas rakkude hulk laguneb, või üksikute rakkude lõhkemist biofilmist ja otsima uut kodu. Vastavalt Biofilm Engineering Centerile on see viimane protsess tuntud kui "seemne hajumine".

Miks moodustada biofilmi?

Mikroorganismide puhul on biofilmi osana elamine teatud eelistega. "Mikroobide kogukonnad on tavaliselt stressi suhtes vastupidavamad," ütles Gerlach WordsSideKick.com. Potentsiaalsete stressorite hulka kuuluvad vee puudumine, kõrge või madal pH või mikroorganismidele nagu antibiootikumid, antimikroobsed ained või raskmetallid mürgiste ainete olemasolu.

Seal on palju võimalikke seletusi biokilede vastupidavuse kohta. Näiteks võib haiglane EPS-kate toimida kaitsva barjäärina. See võib aidata vältida dehüdratatsiooni või toimida ultraviolettvalguse vastu kaitstuna. Ka kahjulikud ained, näiteks antimikroobsed ained, pleegid või metallid, seotakse või neutraliseeritakse EPS-ga kokkupuutel. Vastavalt 2004. aasta artiklile Nature Review Microbiology, lahustatakse need kontsentratsioonideni, mis ei ole surmavad kauem, enne kui nad jõuavad biofilmis sügavale erinevatele rakkudele.

Siiski on teatud antibiootikumid võimelised tungima EPS-sse ja läbima biofilmi kihti. Siin võib esile kerkida teine ​​kaitsemehhanism: füsioloogiliselt seisvate bakterite esinemine. Selleks, et töötada hästi, vajavad kõik antibiootikumid teatavat rakulist aktiivsust. Seega, kui bakterid on alustuseks füsioloogiliselt seisavad, ei ole antibiootikum häirida.

Teine antibiootikumidevastane kaitseviis on spetsiaalsete bakterirakkude olemasolu, mida nimetatakse "persistentiteks". Sellised bakterid ei jaota ja on resistentsed paljude antibiootikumide suhtes. 2010. aasta ajakirja Cold Spring Harbor Perspectives in Biology kohaselt avaldab "persisters" funktsioone ainete tootmiseks, mis blokeerivad antibiootikumide sihtmärke.

Üldiselt saavad mikroorganismid, kes elavad koos biofilmina, oma kogukonna liikmete kohalolekust kasu. Gerlach tsiteerib näiteid autotroofsetest ja heterotroofsetest mikroorganismidest, mis elavad koos biofilmidega.Autotroofid, näiteks fotosünteesibakterid või vetikad, on võimelised tootma oma toitu orgaanilise (süsinikku sisaldava) materjali kujul, samal ajal kui heterotroofid ei saa ise toitu toota ega nõuda välist süsinikuallikat. "Nendes mitmeorganismi kogukondades satuvad nad tihti söödaks," ütles ta.

Biofilmid ja meie

Pidades silmas suurt hulka keskkonnasid, kus me kokku puutume biofilme, pole üllatav, et need mõjutavad paljusid inimelu aspekte. Allpool on mõned näited.

Skaneeriva elektroni mikrograafik näitab Candida albicansist moodustunud biokile kohta kateetri materjalist valmistatud intravaskulaarsest ketast.

Skaneeriva elektroni mikrograafik näitab Candida albicansist moodustunud biokile kohta kateetri materjalist valmistatud intravaskulaarsest ketast.

Krediit: CDC

Tervis ja haigus

Kuna uuringud on aastate jooksul edasi arenenud, on biofilmid - bakterid ja seened seotud mitmete tervislike seisunditega. 2002. aasta riiklike toetusetaotluste konkursil märkis riiklik tervishoiuinstituut (NIH), et biofilme moodustas "rohkem kui 80 protsenti mikroorganismide infektsioonidest".

Biofilmid võivad kasvada implanteeritud meditsiiniseadmetel, nagu proteesid, südameklappide, liigese proteesid, kateetrid ja südamestimulaatorid. See omakorda põhjustab infektsioone. Esimest korda täheldati seda nähtust 1980. aastatel, kui bakteriaalseid biofilme leiti intravenoossetel kateetritel ja südamestimulaatoritel. Vastavalt 2004. Aasta artiklile Nature Review Microbiology, teiste nakkuste hulgas, on bakteriaalsed biofilmid põhjustanud ka tsüstilise fibroosi põdevate inimeste endokardiiti ja kopsupõletikku.

"Põhjus, miks biofilmi moodustumine on tõsiseks mureks, on see, et biofilmi sees on bakterid antibiootikumidele ja muudele suurematele desinfektsioonivahenditele vastupidavamad, mida saaksite neid kontrollida," ütles Stanfordi mikrobioloogia ja immunoloogia professor AC Matin. Ülikool. Tegelikult on vabade ujukate bakteritega võrreldes võrrelduna mikroobiga esinevate toodetena biokile kasvanud antibiootikumide ja muude bioloogiliste ja keemiliste mõjurite suhtes resistentsus kuni 1500 korda suurem. Matin kirjeldas biofilmi resistentsust koos antibiootikumiresistentsuse üldise tõusuga bakterite hulgas kui "kahekordset vallandust" ja suurt väljakutse infektsioonide raviks.

Seente biofilmid võivad põhjustada ka nakkusi, kui kasvavad implanteeritud seadmetes. Pärmliigid, näiteks perekonnaliikmed Candida kasvab rinnaimplantaatidel, südamestimulaatoritel ja proteesiga südame ventiilidel vastavalt 2014. aasta artiklile, mis on avaldatud ajakirjas Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. Candida liigid kasvavad ka inimese keha kudedes, põhjustades selliseid haigusi nagu vaginiit (tupe põletik) ja orofarüngeaalne kandidoos (suu või kõri tekkiv pärmikinfektsioon). Kuid autorid märgivad, et nendel juhtudel ei näidatud ravimiresistentsust.

Bioremediatsioon

Mõnikord on biofilmid kasulikud. "Bioremediatsioon on üldiselt elusorganismide või nende toodete - näiteks ensüümide - kasutamine kahjulike ühendite raviks või lagunemiseks," ütles Gerlach. Ta märkis, et biokile kasutatakse reovee, raskmetallide saasteainete, nagu kromaat, lõhkeainete nagu TNT ja radioaktiivsete ainete nagu uraan, töötlemisel. "Mikroobid võivad neid halvendada või muuta nende mobiilsust või mürgisust ja seega muuta need vähem kahjulikuks nii keskkonnale kui ka inimestele," ütles ta.

Nitrifikatsioon, kasutades biofilme, on üks reoveepuhastuse vormidest. Nitrafikatsiooni ajal muundatakse ammoniaak oksüdeerimise teel nitrititeks ja nitraatideks. Seda saab teha autotroofsete bakterite abil, mis kasvavad bioplasmatena plastpindadele, vastavalt ajakirja Water Research poolt avaldatud 2013. aasta artiklile. Need plastpinnad on vaid paar sentimeetrit ja jaotuvad läbi kogu vee.

Lõhkeainet TNT (2,4,6-trinitrotolueen) loetakse pinnaseks, pinnaveeks ja põhjavee saasteaineks. TNT keemiline struktuur koosneb benseenist (kuus süsinikuaatomist koosnev kuusnurkne aromaatne tsükkel), mis on seotud kolme nitrorühmaga (NO2) ja üks metüülrühm (CH3) Vastavalt 2007. aasta artiklile, mis ilmus ajakirjas Applied and Environmental Microbiology, mikroorganismid kahandavad TNT vähendamist. Enamik mikroorganisme vähendab kolme nitro-rühma, samas kui mõned ründavad aromaatset tsüklit. Uurijad - Ayrat Ziganshin, Robin Gerlach ja tema kolleegid - leidis, et pärmi tüvi Yarrowia lipolytica oli võimeline mõlemat meetodit TNT-d halvendama, kuid seda peamiselt aromaatse tsükliga rünnata.

Mikroobide kütuseelemendid

Mikrobioloogilised kütuseelemendid kasutavad orgaanilisi jäätmeid elektrienergia saamiseks baktereid. Mikroobid elavad elektroodi pinnal ja suunavad selle peale elektronid, luues lõpuks voolu, ütles Gerlach. Lõuna-California ülikooli online-ajakirjas Illumin avaldatud 2011. aasta artiklis märgitakse, et bakterid, mis toidavad mikroobseid kütuseelemente, murravad toitu ja kehavedelisi jäätmeid. See pakub odavat energiaallikat ja puhast säästvat energiat.

Käimasolevad uuringud

Meie maailm on täis biofilme. Vastavalt 2004. aasta artiklile Nature Review Microbiology oli tegelikult 20. sajandi keskpaigaks leitud rohkem baktereid bakterikultuure sisaldavate mahutite sisepinnal, kui vabalt ujuvad vedelkultuuri enda sees. Nende komplekssete mikroobide struktuuride mõistmine on aktiivne teadusuuringute valdkond.

"Biofilmid on hämmastavad kogukonnad. Mõned inimesed on neid võrdlenud paljukarjaliste organismidega, sest üksikute rakkude vahel on palju suhtlemist," ütles Gerlach. "Me jätkame nende tundmaõppimist ja me jätkame õppimist selle kohta, kuidas neid paremini kontrollida, nii kahjulike kahjude vähendamiseks kui ka meditsiini valdkonnas või suurema kasu saamiseks, nagu bioremediatsioonis. Me ei kavatse otsa saada huvitavaid küsimusi selles valdkonnas. "

Lisaressursid

  • CDC: seenhaiguste biofilmid ja ravimiresistentsus
  • Penn State: Kuidas mikroobne kütuseelement töötab?
  • USGS: Biofilmid voogudes aitavad luua igapäevaseid muutusi metallkontsentratsioonides


Video Täiendada: Les Miserables - Official Movie Trailer 2012 (HD).




Uurimistöö


Kas Maagaas Taastub?
Kas Maagaas Taastub?

Jaapan Quake Suurendab Riski Mujal Riigis
Jaapan Quake Suurendab Riski Mujal Riigis

Teadusuudised


Miks Vihma Jätab Selle Värske, Maandliku Lõhna
Miks Vihma Jätab Selle Värske, Maandliku Lõhna

Gatlinburgi Põletamine: Kuidas Tennessee Wildfire Levib Nii Kiiresti
Gatlinburgi Põletamine: Kuidas Tennessee Wildfire Levib Nii Kiiresti

Miks On Offshore Puurimine Nii Ohtlik?
Miks On Offshore Puurimine Nii Ohtlik?

Kaugel Südamest, Jälgige Perifeersete Arterite Haigust (Op-Ed)
Kaugel Südamest, Jälgige Perifeersete Arterite Haigust (Op-Ed)

Vägivaldsed Unenäod Võivad Ajukahjustusi Tekitada Aastakümneid Hiljem
Vägivaldsed Unenäod Võivad Ajukahjustusi Tekitada Aastakümneid Hiljem


ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com