Analiza zjawiska biofilmu - warunki jego powstawania i funkcjonowania

Adhezja komórek bakteryjnych do różnego typu powierzchni możliwa jest dzięki wytwarzanym przez mikroorganizmy polimerom zewnątrzkomórkowym oraz takim strukturom, jak fimbrie i rzęski. Dojrzała postać biofilmu składa się z wielu mikrokolonii, a komórki mikroorganizmów połączone są ze sobą zewnątrzkomórkową substancją polimeryczną (EPS). W skład EPS wchodzą polisacharydy, białka, kwasy nukleinowe, surfaktanty, lipidy oraz woda. Komórki wewnątrz biofilmu charakteryzują się specjalizacją do pełnienia różnych funkcji i wykazują cechy odmienne niż komórki żyjące w postaci wolnej. Konstrukcja i organizacja tych skupisk chroni mikroorganizmy przed niekorzystnym wpływem czynników zewnętrznych. Prawidłowe funkcjonowanie wytworzonego biofilmu zapewnia sygnalizacja międzykomórkowa (quorum sensing), oparta na cząsteczkach sygnałowych, które swobodnie dyfundują z jednej komórki do drugiej. Biofilm występuje powszechnie i bierze aktywny udział w wielu ważnych procesach mikrobiologicznych zachodzących w przyrodzie. Powoduje też poważne straty w gospodarce oraz ułatwia rozprzestrzenianie się trudnych do leczenia zakażeń medycznych. Zasiedlanie sieci wodociągowej przez biofilm stanowi zagrożenie sanitarne konsumentów wody. Poznanie struktury, mechanizmu powstawania oraz funkcjonowania biofilmu jest niezbędne do poprawy skuteczności prowadzonych przy jego udziale procesów technologicznych, a także do opracowania nowych, skutecznych metod jego zwalczania.

Adhesion of bacterial cells to a diversity of surfaces is attributable primarily to the extracellular polymers produced by some microorganisms, and, additionaly, to such structures as fimbria and cilia. A mature biofilm is composed of many different microcolonies, where microbial cells are integrated with each other by an extracellular polymeric substance (EPS). An EPS consists of polysaccharides, proteins, nucleic acids, surfactants, lipids and water. The cells in the biofilm interior are highly specialized forms capable of fulfilling a variety of functions, and their properties differ noticeably from those of the free cells. The structure and organization of these specialized microbial clusters protect them against adverse external influences. Proper functioning of the biofilm is guaranteed by quorum sensing via signaling molecules that freely diffuse from one bacterium to another. Being active participants in various microbiological processes, biofilms have now become commonplace. They are largely to blame for heavy losses in a country's economy, and for the potential to spread infections that are difficult to treat. The colonization of a water-pipe network by a biofilm carries serious risk to public health. In conclusion, good knowledge of the biofilm structure, as well as the proper understanding of the mechanisms underlying the formation and functioning of a biofilm, is a requisite not only for upgrading the efficiency of a technological process conducted in the presence of a biofilm, but also for developing new and effective methods of biofilm degradation.