Farklı tür mikropların barındığı bir topluluk: Biyofilm

Biyofilm, mikroorganizmalardan oluşan bir topluluktur

Farklı tür mikropların barındığı bir topluluk: Biyofilm

Biyofilm, mikroorganizmalardan oluşan bir topluluktur. Tek tür mikroorganizma içeren biyofilmler de vardır ama çoğunlukla farklı türde mikropların oluşturduğu bir kolektif biçiminde olur. Bir biyofilmdeki mikroplar arasında değişik bakteri türleri, mantargiller familyasının çeşitli üyeleri ve ayrıca protistler (bitki, hayvan veya mantar olarak sınıflandırılamayan ökaryotlar) bulunabilir.

En sık karşılaşılan biyofilm örneklerinden biri diş taşıdır (diş plağı ya da tartar adı da verilir); aslında insanlarda görülen enfeksiyonların %80’inde biyofilmlerin payı olduğu söylenebilir.

Hemen her türlü ortamdaki her çeşit yüzeyde biyofilme rastlanabilir; minerallerde, metallerde, sualtında, yeraltında, yeryüzünde, bitki dokularında, hayvan dokularında ve ayrıca vücut içine yerleştirilen kateter ve kalp pili gibi cihazlarda da oluştuğu gözlemlenmiştir. Tüm bu farklı yüzeylerin tek bir ortak yanı bulunur: Nem. Bu ortamların hepsi sürekli olarak çeşitli aralıklarla ıslanır. Biyofilmler, kuru ortamda oluşmaz.

Yapılan araştırmalar, biyofilm oluşumunun çok eskiye dayanan bir geçmişi olduğunu ortaya koyuyor. Fosil kayıtlarında biyofilmlerin tarihi 3,25 milyar yıl öncesine kadar gidiyor. Örneğin Avustralya’daki Pilbara Kratonu’nda denizin derinliklerindeki 3,2 milyar yıllık hidrotermal (sıcak sulu) kayalarda biyofilmler bulundu. Benzer biyofilmlere, kaplıcalar ve derin deniz bacaları gibi başka hidrotermal ortamlarda da rastlandı.

BİYOFİLM OLUŞUMU

Biyofilm oluşumunun, serbest gezen mikroorganizmaların uygun bir yüzeyde karşılaşarak, kök salmaları olduğu söylenebilir. Yüzeye tutunmanın ilk adımı, mikrobun yapışkan bir madde üretmesi ile başlar. Bu maddeye “hücre dışı polimerik madde” (İng. extracellular polymeric substance – EPS) adı verilir. EPS maddesi, şekerlerden, proteinlerden ve nükleik asitlerden (DNA gibi) oluşan bir ağdır. Biyofilmdeki mikroorganizmaların birbirlerine yapışmasını sağlar.

Tutunmanın ardından bir büyüme süreci gelir. İlk katmanın üzerine başka mikroorganizma ve EPS katmanları eklenir. Nihayetinde, soğan gibi katmanları olan, karmaşık bir 3-boyutlu yapı ortaya çıkar. Biyofilmde çaprazlama su kanalları bulunur ve bu kanallar sayesinde hem besin hem de atık taşınımı gerçekleşir.

Çok sayıda çevresel koşul, biyofilmin ne kadar büyüyeceği konusunda belirleyici olur. Bu etkenler ayrıca biyofilmin sadece birkaç hücre katmanından mı oluşacağını, yoksa çok daha kalın mı olacağını da belirler. Örneğin EPS üretimi fazla olan bir biyofilmin erişebildiği besin miktarı az olsa bile kalınlaşabilir. Öte yandan oksijene bağlı mikroplar söz konusu olduğunda, mevcut oksijen miktarı da büyümeyi sınırlayabilir. Bir diğer etken de kayma gerilimidir; örneğin debisi yüksek bir nehirdeki bir biyofilm fazla kalınlaşamazken, göldeki bir biyofilm oldukça fazla katmanlı hâle gelebilir.

Ayrıca, bir biyofilmdeki hücreler yuvadan ayrılıp, kendilerini başka bir yüzeye yerleştirebilir. Bazen bir hücre öbeği kopar; bazen de tekil hücreler biyofilm apartmanından ayrılarak başka yerlere taşınabilir.

BİYOFİLM NEDEN OLUŞUR?

Mikroorganizmalar için bir biyofilmin parçası olarak yaşamanın bazı avantajları vardır. Mikrop toplulukları genellikle strese daha dayanıklı olur. Su yokluğu, düşük ya da yüksek pH değeri veya zehirli maddeler (antibiyotik, antimikrobiyal, ağır metal vb) başlıca stres kaynakları arasında sayılabilir.

Biyofilmlerin bu dayanıklılığına ilişkin çok sayıda açıklama bulunuyor. Örneğin kaygan EPS kaplama, koruyucu bir engel görevi görebilir. Dehidrasyonu (kurumayı) engelleyebilir ya da morötesi (UV) ışınıma karşı kalkan olabilir. Ayrıca mikroplara zarar verebilecek çeşitli maddeler de EPS ile temas ettiklerinde bağlanarak ya da nötralize edilerek zararsızlaştırılabilir. Dolayısıyla, alt katmanlardaki hücrelere ulaşana kadar zehirli madde fazlasıyla seyreltik hâle getirilir.

Yine de bazı antibiyotiklerin EPS’ye nüfuz etme ve biyofilm katmanlarının içine işleme olanağı bulunur. Bu noktada ise bir başka koruyucu mekanizma devreye girer: Fizyolojik olarak uykuda olan bakterilerin varlığı. İşe yaramaları için tüm antibiyotiklerin belli bir düzeyde hücresel etkinliğe gereksinimi vardır. Yani eğer bakteriler fizyolojik olarak uykudaysa, bir antibiyotiğin baltalayabileceği pek bir süreç yok demektir.

Antibiyotiklere karşı bir diğer koruma çeşiti ise “ısrarcı” (İng. persister) denilen özel bakteriyel hücrelerin varlığıdır. Böyle bakteriler bölünmez ve çoğu antibiyotiğe karşı dirençlidir. Israrcılar, antibiyotiklerin hedeflerini kapatan maddeler üretir.

Genel olarak, bir biyofilm hâlinde birlikte yaşayan mikroorganizmalar, topluluklarının diğer üyelerinin varlığından istifade eder. Biyofilmlerde ototrofik ve heterotrofik mikroplar birlikte yaşar. Ototroflar, örneğin fotosentetik bakteriler veya algler, kendi besinlerini organik (karbon içeren) malzeme biçiminde üretebilir. Heterotroflar ise kendi besinini üretemez ve dış karbon kaynaklarına muhtaçtır. Biyofilmlerde birlikte yaşayan bu farklı türler, çoğunlukla birbirlerini besler. 

Kaynak: Bilimfili

Güncelleme Tarihi: 13 Mayıs 2018, 20:07
YORUM EKLE