بیو فیلم چیست؟

بیو فیلم چیست؟

به اجتماع سلول هاي میکروبی که محکم به سطحی اتصال پیدا می کنند و با یک ماتریکس اگزو پلی ساکاریدي که داراي منشاء میکروبی است بیوفیلم می
گویند. بیوفیلم ممکن است از یک نوع گونه باکتریایی یا مخلوطی از چند گونه باکتریایی باشد. از بین بردن بیوفیلم ها هم از جنبه صنعتی و هم سلامتی
اهمیت دارد. هدف از این تحقیق بررسی کارایی باکتریوفاژها و فعالیت آنزیمی آنها به عنوان یک روش نابودي بیوفیلم می باشد. علاوه بر این، اختصاصی بودن
بالاي فاژها منجر شده است که از آنها به عنوان یک ابزار مفید در حذف انتخابی یک گونه پاتوژنی قوي در بیوفیلم هاي حاصل از چند گونه استفاده شود.
بسیاري از فاژها پلی ساکاریداز یا پلی ساکارید لیازهاي بسیار اختصاصی تولید می کنند که ماتریکس اگزو پلی ساکاریدي (EPS (حاصل از باکتري ها را
تجزیه می کند. آنزیم هاي فاژها بعد مرحله بلوغ بیوفیلم، اثر تجزیه کننده اي روي EPS ندارد و به همین دلیل استفاده از فاژها قبل از این مرحله اهمیت
دارد. دما و غلظت مواد تغذیه اي حساسیت به فاژ را تحت تاثیر قرار نمی دهد. در حذف باکتري ها از سطوح ترکیب دو فاژ یا یک فاژ در ترکیب با ترکیبات
آمونیومی 4 ظرفیتی و یا مواد ضد عفونی کننده اثر سینرژیستی مشاهده می شود.

کلمات کلیدي : بیوفیلم، فاژ، اگزو پلی ساکاریدي، سینرژیست

مقاله بیو فیلم

مقالات شیمی
مقدمه :
فراهم نمودن محیط مناسب براي زیستن ، به بهترچسبیدن و پایدارماندن میکروب ها بر روي سطح ها کمک می کند و نقش محافظتی نیز دارد. در محیط- بیوفیلم ها اجتماعاتی از باکتري ها، جانوران و گیاهان میکروسکوپی می باشند که به یک سطح می چسبند و یک لایه ژله اي می سازند. این لایه افزون بر هاي آبی، سلولهاي میکروبی به مواد جامد مانند مواد معدنی و فلزات موجود در محیط می چسبند و واکنش هاي معدنی شدن را آغاز می نمایند. سلول های تثبیت شده رشد می کنند و پلیمرهاي خارج سلولی که بیشتر به شکل یک ماتریکس درهم از جنس فیبریل می باشند، را تولید می کنند.
میکروارگانیسمهاي درون بیوفیلم، توانایی حفظ محیط سطحی و درونی بیوفیلم در برابر عوامل گوناگون مانند pH ،اکسیژن محلول و دیگر عوامل آلی و معدنی می باشند. چنین پیدا است که میکروارگانیسمها درون بیوفیلم مواد معدنی را تولید می کنند و واکنش هاي جانشینی این مواد را به گونه اي انجام می دهند که با فرضیات ترمودینامیکی بر پایه واکنش هاي شیمیایی قابل پیش گویی نمی باشد. بیشتر بیوفیلم ها حاوي سلول هاي ارگانیسم ها وفرآوردهاي آنها (پلیمر هاي خارج سلولی) هستند.
توسعه و گسترش بیوفیلمها بر روي هر نوع سطحی که میکروارگانیسمها وجود دارند، امکان پذیر است. بیوفیلم ها در همه ي محیط هاي آبی دیده می شوند.
نقش اتصال باکتري ها در شرایط گوناگون بررسی شده است . تشکیل بیوفیلم یک فرایند پویایی است و شامل مراحل متعددي می باشد. ساخت بیوفیلم در هر سطحی که اندرون محیط باکتري باشد، انجام پذیر است.
از سویی به محیط رقابتی نیزبستگی دارد که در تشکیل بیوفیلم شرکت می کند. انتقال مواد مغذي در فاز مایع بسیار سریع تر از باکتري ها در بیوفیلم ها میباشد. این افزایش در میزان مواد غذایی، امکان ایجاد بیوفیلم را افزایش میدهد و
ویژگی هاي بیوفیلم :
از: بیوفیلم ها و توده هاي میکروبی خاصیت هاي فیزیکوشیمیایی دارند که براي کارکرد آنها در طبیعت، ارزش سرنوشت سازي دارند. این ویژه گی ها عبارتند
– پایداربودن نسبت به اصطکاك
– پایداري مکانیکی بیوفیلم ها و توده ها
– پایداري هیدرولیتیکی بیوفیلم در غشاءهاي جدا کننده
– مقاومت به هدایت گرمایی در نوسان هاي دما
– مقاومت انتشاري ماتریکس بیوفیلم در راکتورهاي بیوفیلمی
– گنجایش جذب سطحی، به ویژه سازوکاربیوفیلم ها در جذب سطحی بیولوژیکی
– خاصیت پیوند با ملکول هاي آب
– معماري ماتریکس و پیچیدگی ساختار پلی ساکاریدها و آنزیمهاي خارج سلولی.
یکی از ترکیب هاي مهم که در ایجاد خواص فیزیکی و فیزیکو شیمیایی بیوفیلم ها نقش مهمی دارد ، ماتریکس اگزوپلی ساکاریدي می باشد.
انواع اتصال :
دو نوع اصلی از سلول ها بر اساس نوع اتصالشان به سطح وجود دارد:
سسیل (sessile : (به سلول هایی که غیرمتحرك و ثابت هستند و درون بیوفیلم قرار دارند گویند.
سلول هاي پلانکتونی (planktonic : (سلول هایی که ازادانه در فاز ابکی شناور هستند و به بیوفیلم متصل نیستند.
سلول هاي ثابت شده روي سطح رشد و تولید مثل می کنند و همزمان به سایر سلول ها و همچنین سطح متصل می شوند این سلول ها پلی مرهاي خارج
سلولی (polymers extracellular (نیز تولید می کنند که از سلول ها به منظور تولید ماتریکسی از فیبرها (fibers of matrix (به بیرون ترشح می شوند.
مراحل تشکیل بیوفیلم :
به دلیل اهمیت بیوفیلم در بیو تکنولوژي ، تیمار آب هاي زائد ، عفونت هاي باکتریایی و آلودگی هاي صنعتی ، درك فاکتور هایی که بر چسبیدن و تشکیل
بیوفیم و میکروکلنی موثر است، براي کنترل و استفاده از چنین فرایند هایی ضروري است.
شکل1 -مراحل تشکیل بیوفیلم
پدیده تشکیل کلنی بر روي سطح را می توان به صورت 6 مرحله متوالی در نظر گرفت:
1 .وقایعی که ارکانیسم را به نزدیک سطح می آورد
2 .اتصال برگشت پذیر سلول هاي پلانکتونیک به سطح
3 .اتصال نا برگشت پذیر به سطح و تشکیل میکروکلنی
(Attachment) چسبیدن. 4
5 .رشد و تقسیم ارگانیسم چسبنده به سطح و تشکیل میکروکلنی و بیوفیلم و تشکیل پلیمر خارج سلولی EPS
فاز تفرق، این مرحله ، در صورتیکه عمل چسبیدن با تشکیل کلنی یر روي سطوح تازه و دست نخورده همراه شود در نظر گرفته می شود (بلوغ بیو فیلم).
امروزه روشن شده است که اگزوپلیساکارید بیرونی ، نقش بسزایی در کلونیزه شدن انواع میکروارگانیسمها در سطح هاي گوناگون دارد. گمان میرود که در
بیوفیلم می شود. همچنین بیوفیلم بدست آمده در واکنش هاي دوسویه ي پلیمرهاي مختلف ترشح شده در داخل یک بیوفیلم، بسیاراستوارتر خواهد بود. بیوفیلم ساخته شده از گونه هاي گوناگون باکتري ها، اگزوپلیساکارید برآمده از یک گونه منجر به افزایش مقاومت سایر گونهها و یا تقویت استقرار آنها در
ازهم گسستن بیوفیلم ها :
با افزایش سن یک بیوفیلم، باکتريهاي چسیبده براي تنازع بقاء و ایجاد کلونیهاي تازه باید ازبیوفیلم جدا و رها شوند. بدین روي سلول هاي دختر به
تنهایی و یا توده اي از بیوفیلم جدا میشوند(4 .(در فرم توده اي، عمل جدا شدن به صورت دوره اي رخ می دهد و در هر زمان تکه ي بزرگی از سلولهاي
باکتري ها از بیوفیلم خارج میشوند. علت این پدیده ممکن است؛ تغییر سرعت جریان مواد شیمیایی موجود در مایع و یا تغییر خواص باکتري هاي موجود
در بیوفیلم باشد. باکتريهاي رها شده میتوانند به نقطه تازه اي منتقل شده و فرآیند تشکیل بیوفیلم را آغاز کنند.
کنترل و ازمیان بردن بیوفیلم :
بهترین روش کنترل بیوفیلم پیشگیري از گسترش آنهاست. اقدام هاي بهداشتی و پاکسازي موثرترین راه است.در این باره ،ترکیبی از روشهاي شیمیایی و
فیزیکی که بتواند از انباشت ماندههاي فرآورده هاي غذایی و سلولهاي باکتریها بر سطح دستگاه ها جلوگیري کند.کارساز خواهد بود هدف پاکسازي، شکستن
پیوندهاي EPS در لایه سطحی می باشد. پاکسازي از طریق عوامل پاك کننده شیمیایی و اغلب همراه با بکارگیري نیروي فیزیکی (اغتشاش آبی) می
ها و تجزیه چربی ها و پروتین ها، پس مانده غذایی را به حالت تعلیق درآورده و در خود حل می کنند . باشدکه استفاده از درجه حرارت بالا، نیاز به نیروي فیزیکی را کاهش می دهد . پاك کننده هاي شیمیایی باکاهش کشش سطحی، امولسیفیه کردن چربی
از راه هاي مختلف می توان با بیوفیلم ها مقابله کرد مثل پاك کننده ها و مواد ضدعفونی کننده، سکواسترانت ها، اوزن، آب فوق داغ (120 درجه سانتیگراد) و
آب الکترولیز شده خنثی.
باکتریوفاژها و بیوفیلم :
امروزه محققان به روش جدیدي که در آن از باکتریوفاژها براي از بین بردن بیوفیلم ها استفاده می شود، دست یافتند. باکتریوفاژها که ویروس هایی هستند
که میزبان آنها باکتري ها می باشند. باکتریوفاژها می توانند به کمک اندامک هاي سلول باکتري پروتئین ها و دیگر مواد مورد نیاز براي رشد خود را تولید کنند. از جمله متابولیت هایی که باکتریوفاژها توسط سلول باکتري تولید می کنند آنزیم ها می باشد. آنزیم هاي تولیدي اغلب از نوع لیاز هستند و ماکرومولکول ها به مواد ریزي که قابل جذب سلول هستند تجزیه می کنند. پروتئازها و آنزیم هاي تجزیه کننده پلی ساکاریدها از جمله آنزیم هاي مهم تولیدي توسط باکتریوفاژها هستند. با توجه به اینکه ساختمان ماتریکس بیوفیلم ها عمدتا از پروتئین و پلی ساکارید ساخته شده است می توان بوسیله آنزیم هاي ساخته شده توسط باکتریوفاژ، ماتریکس بیوفیلم ها را تجزیه کرده و سلول ها را در معرض محیط قرار داد. در این حالت که سلول ها در محیط آزاد هستند آن مقاومت قبلی را نسبت به تغییرات محیط ندارند و براحتی از بین می روند.
شکل2 -مکانیسم از بین رفتن ساختار بیوفیلم بوسیله باکتریوفاژ
تحقیقات انجام شده نشان داده که استفاده از باکتریوفاژ E79 براي از بین بردن بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا، و یا باکتریوفاژ T4 جهت از بین بردن بیوفیلم اشریشیاکلی مناسب بود. استفاده فاژها در مراحل بعد از بلوغ بیوفیلم اثر چندانی بر بیوفیلم ندارد و استفاده از آنها در مراحل ابتدایی اهمیت دارد. باکتریوفاژ
تنها در از بین بردن ماتریکس بیوفیلم ها می توانند نقش داشته باشند و براي از بین بردن سلول ها، استفاده از مواد ضدعفونی کننده در کنار باکتریوفاژها اهمیت پیدا می کند.
نتیجه گیري:
باکتریوفاژها توسط آنزیم هایی که به کمک باکتري ها تولید می کنند می توانند ماتریکس بیوفیلم ها را تجزیه کنند البته اغلب فاژها تنها می توانند قبل از مرحله بلوغ موثر باشند. بهترین راه از بین بردن سلول هاي تشکیل دهنده ي بیوفیلم استفاده باکتریوفاژها در کنار مواد ضدعفونی کننده است.

باکتریوفاژ