بیوفیلم میکروبی

بیوفیلم میکروبی نوعی پوشش لزج روی سطوح جامد است که در طبیعت وجود دارد. یک یا بیش از یک گونه از باکتری ها ممکن است در تشکیل بیوفیلم دخالت کنند.

بیوفیلم نوعی لجن باکتریایی است که در هر جایی که آب باشد، رشد می کند. ۹۹ درصد تمام باکتری ها در درون بیوفیلم زندگی می کنند. در درون یک لایه لزج محافظت کننده، باکتری ها اجتماعاتی را می سازند که آن ها را قادر می نماید که مواد غذایی را که یک باکتری منفرد به تنهایی قادر به هضم و تجزیه آن ها نیست، را مصرف نمایند.

بیوفیلم میکروبی به سلول هایی گفته می شود که روی یک سطح تثبیت شده و عموما به وسیله یک ماتریکس از مواد پلیمری آلی، با منشاء میکروبی احاطه شده اند. این اگزو پلی ساکاریدها که بیش از ۹۰ درصد وزن خشک بیوفیلم را تشکیل می دهند؛ اتصال به سطوح، تشکیل میکروکلنی و مقاومت به مواد ضد میکروبی را تسهیل می نمایند.
تشکیل بیوفیلم درهر دو رده باکتری های گرم مثبت و گرم منفی مشاهده می شود. در حقیقت یکی از اصلی ترین مکانیسم های بقا باکتری ها در محیط های مختلف استفاده از همین توان تولید بیوفیلم و زندگی در آن می باشد.

بیوفیلم میکروبی باعث افزایش اتصال به سطوح بیولوژیکی و غیربیولوژیکی و ایجاد شرایط مبهم از وضعیت رشد آن ها می شود. در حقیقت باکتری ها برای در امان ماندن از شرایط نامساعد نظیر کمبود مواد غذایی یا فرار از سیستم ایمنی میزبان و مواجهه با مواد ضد میکروبی اقدام به تولید بیوفیلم می کنند.

قبل از تشکیل بیوفیلم سلول ها به صورت آزاد در محیط شناور هستند. با شروع اتصال سلول ها به سطح، باکتری از فرم پلانکتونیک به فرم بی پایه تغییر می کند. بیوفیلم باکتری دو نقش اساسی و مختلف دارد. اول این که می تواند باعث حفاظت جامعه سلول باکتریایی در برابر آسیب های خارجی و تهدید کننده حیات میکروب ها شود. همچنین باعث زمینه سازی ایجاد آسیب های حاد و مزمن برای میزبان می شود.
در بدن میزبان ماکروفاژها با سهولت بیشتری می توانند سلول های پلانکتونیک را فاگوسیت کرده و از بین ببرند. باکتری هایی که توان رشد در بیوفیلم را دارند به سادگی می توانند از دست سیستم ایمنی میزبان گریخته و بنابراین عفونت های مزمن ایجاد کنند.

انواع عفونت های ناشی از بیوفیلم:

بیوفیلم باکتری ها نقش به سزایی در ایجاد بیماری های عفونی به خصوص بیماری های مزمن در بدن میزبان دارند. طیف گسترده ای از عفونت ها با بیوفیلم و تشکیل آن در بدن ارتباط دارند. تخمینی وجود دارد که حدود ۸۰ درصد بیماری های عفونی ناشی از تاثیر بیوفیلم باشد. سیر پیشرفت عفونت ها بسته به نوع حاد و مزمن تفاوت دارد. عفونت های حاد سریع تر تشکیل شده و بروز پیدا می کنند، اما عفونت های مزمن سیر آهسته تری دارند.

بیوفیلم باکتری ها می تواند منجر به عفونت های واژینوز باکتریایی، عفونت های دستگاه ادراری، عفونت گوش میانی، تشکیل پلاک دندای یا لثه ای، عفونت های مرتبط با کاتترها و مفاصل مصنوعی، عفونت ناشی از لنز های تماسی و حتی عفونت هایی نظیر اندوکاردیت، عفونت سیستیک فایبروزیس، عفونت دریچه های مصنوعی قلبی که کمتر شایع هستند اما اهمیت بالایی دارند و حتی می توانند کشنده باشند، شوند. مطالعات اخیر روشن کرده است که بیوفیلم باکتریایی می توانند باعث ترمیم زخم های پوستی که دچار مشکل هستند شود و همین طور بازده مواد و ترکیبات از بین برنده میکروب ها کاهش چشم گیر پیدا کند. بیوفیلم در ۸۰ درصد بیماران تحت عمل جراحی سینوزیت یافت شده است. برخی مطالعات از تشکیل بیوفیلم در سطوح داخلی رحم گواهی می دهد.

کنترل و حذف بیوفیلم:

 بهترین روش کنترل بیوفیلم ممانعت از توسعه و گسترش آن هاست. موثرترین اقدام بهداشتی و پاکسازی ترکیبی از روش های شیمیایی و فیزیکی است که از تجمع باقی مانده های محصولات غذایی و سلول های باکتریایی بر سطوح تجهیزات جلوگیری می نماید. پاکسازی توسط برس زدن، ساییدن و خراش دادن سطوح لازم است، زیرا یک سلول باکتریایی رها شده از محافظت یک بیوفیلم، مقاومت کمتری به مواد بهداشتی دارد.

مراحل تشکیل بیوفیلم:

در اولین مرحله اتصال و استقرار میکروارگانیسم با سطح زنده یا غیر زنده اتفاق می‌افتد. اتصال اولیه با سطح غیر اختصاصی بوده و توسط پیوندهای آب‌گریزی، واندروالسی و الکترواستاتیک صورت می‌پذیرد. در این حالت وضعیت میکروارگانیسم از فرم پلانکتونی به فرم ثابت تغییر می‌یابد.

پس از اتصال اولیه، پروتئین‌های سطح میکروب متصل‌شونده به ماتریکس به صورت اختصاصی اتصال باکتری را به سطح قوی‌تر می‌کند، با تکثیر باکتری میکروکلنی باکتریایی تشکیل می‌شود و به دنبال آن ساختار سه بعدی که همان بیوفیلم بالغ است شکل می‌گیرد. این بیوفیلم بالغ پس از مدتی متلاشی شده اما سلول‌های باکتریایی آزاد شده می‌توانند در مکان‌های دیگر ایجاد عفونت و کانون جدید بیوفیلم نمایند.

تشکیل بیوفیلم به وسیله تعاملات بین سلولی به نام سیستم حد نصاب شکل می‌گیرد. سیستم حد نصاب یک فرآیند وابسته به غلظت است که هم در باکتری‌های گرم مثبت و هم باکتری‌های گرم منفی وجود دارد. در این سیستم، باکتری‌ها به واسطه مولکول‌های کوچکی به نام مولکول‌های خودالقاگر با هم ارتباط برقرار می‌کنند. زمانی که تراکم باکتریایی در یک محیط به یک حد خاصی می‌رسد غلظت این مولکول‌های انتقال دهنده به حد آستانه رسیده و تغییرات وسیعی را در سطح بیان ژن القا می‌کنند. این تغییرات، فاکتورهای تهاجمی مختلفی را در باکتری تحت تأثیر (القا یا سرکوب) قرار می‌دهد. تغییرات محیط پیرامون میکروارگانیسم باعث تبدیل شدن فرم پلانکتونی به فرم بیوفیلمی می‌شود. در گذر از فاز پلانکتونی به فاز بیوفیلمی بیان ژن در سلول باکتریایی دستخوش تغییرات فراوانی می‌شود.
مولکول‌های سطح سلول، مسیرهای متابولیسمی خاص و تولید فاکتورهای مختلف به ماندگاری باکتری در شرایط بیوفیلم کمک می‌کنند. در فاز بیوفیلمی باکتری در یک ماتریکس خارج سلولی خودساز محصور می‌شود. وظیفه این ماتریکس خارج سلولی، حفظ ساختار سه بعدی بیوفیلم می‌باشد. مواد غذایی به دام افتاده درون ماتریکس تأمین کننده نیاز غذایی باکتری‌ها در بیوفیلم می‌باشد.

مهمترین باکتری‌های تشکیل دهنده بیوفیلم:

• E.coli
• P.aeruginosa
• S.epidermidis
• S.aureus
• E.cloacae
• K. pneumoniae
• Actinomycetes israelii
• Haemophilus influenzae
• Burkholderia cepacia

منابع:

Bacterial Biofilms: Development, Dispersal, and Therapeutic Strategies in the Dawn of the Post-antibiotic Era
Potential Role of Biofilm Formation in the Development of Digestive Tract Cancer with Special Reference to Helicobacter pylori Infection

مطالب مرتبط: روش دیسک دیفیوژن در تست آنتی بیوگرام – روش تعیین حداقل غلظت ممانعت کنندگی (M.I.C) – روش تعیین حداقل غلظت کشندگی (M.B.C)
خدمات مرتبط: خدمات میکروبیولوژی – خدمات علمی پژوهشی در حوزه علم بیوتکنولوژی