بيوفيلم

بيوفيلم العنقوديّات الذّهبيّة موجود على سطح قسطر .

البيوفيلم (بالإنجليزية Biofilm) هو تجمع معقّد للكائنات المجهريّة، يتّسم بإفراز بوليمرات خارج خلوية محصّنة و لاصقة. تتميّز البيوفيلمات بالإرتكاز على سطح، التّغايريّة البنياويّة، التّنوّع الوراثي، التّفاعل المعقّد بين الخلايا، مادة بلمرية خارج الخلية متكوّن من موادّ مبلمرة/متماثرة. الكائنات الحيّة الّتي تستطيع العيش كخلايا وحيدة تتواجد بشكلين مختلفين: الأوّل هو المعروف بالخلايا العائمة و الحرّة (البلانكتونيّة) حيث أنّ الخلايا يمكن لها العوم و العيش في وسط سائل. أمّا الشّكل الثّاني فهو حالة الإلتصاق أين تكون الخلايا مكوّمة بإحكام و ملتصقة بشدّة ببعضها البعض و في غالب الأحيان تلتصق هذه الخلايا بسطح صلب. التّغيّر في السّلوك البكتيري يعود لعدّة عوامل مثل إدراك النّصاب (Quorum Sensing) إضافة إلى آليّات أخرى تختلف ما بين الفصائل.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تكوّن البيوفيلم

مراحل تطوّر البيوفيلم: المرحلة 1:الإرتكاز على سطح ; المرحلة 2:الإلتصاق غير العكسيّ; المرحلة 3: النّضج I; المرحلة 4: النّضج II;المرحلة 5: التّبعثر. كلّ مرحلة من تطوّر البيوفيلم في الرّسم البياني تمّ ازدواجها بصورة مجهريّة لبيوفيلم الزّائفة الزّنجاريّة في طريق نموّه. كل ّالصّور المجهريّة تظهر بنفس القياس .

تكوّن البيوفيلم يبدأ بارتكاز و التصاق كائنات مجهريّة عائمة بسطح. في البداية تلتصق المستعمرات الأولى بالسّطح عن طريق قوى ڤان در ڤالز الضّعيفة و الإنعكاسيّة. إذا لم يتمّ نزع المستعمرات عن السّطح فورا فإنّه يمكن لها أن تتثبّت بشكل دائم عن طريق جزيئات الإلتصاق الخلويّ مثل أشعار البكتيريا. تقوم المستعمرات الأولى بتسهيل عمليّة وصول الخلايا الأخرى بتوفير أشكال عديدة من أماكن الإلتصاق و بناء مادة بلمرية خارج الخلية يربط البيوفيلم ببعضه. لا تستطيع بعض الفصائل الإلتصاق بسطح لوحدها غير أنّه يمكن أن تثبّت نفسها بالمادة البلمرية خارج الخليّة أو مباشرة بالمستعمرات الأولى. عند غزو هذا السّطح و تكوين البيوفيلم تقوم الخلايا بالتّواصل عن طريق إدراك النّصاب (Quorum Sensing).

عندما يحدث الغزو، ينمو البيوفيلم تدريجيّا عن طريق انقسام الخلايا وجلب خلايا جديدة. آخر مرحلة في تكوّن البيوفيلم تعرف بالتّطوّر وهي تمثّل المرحلة التّي يكون قد اكتمل فيها تأسيس البيوفيلم، حينها يمكن للبيوفيلم أن يتغيّر فقط من ناحية الشّكل و الحجم. تطوّر البيوفيلم يسمح للخلايا أن تصبح أكثر مقاومة للمضادّات الحيويّة.


التشتت

تشتت البيوفيلم


خصائص البيوفيلم

تتواجد البيوفيلمات في العادة على سطوح صلبة مغمورة ب أو معرّضة لبعض السّوائل المائيّة رغم أنّه بإمكانها التّكوّن على أشياء عائمة، سطوح مبلّلة، سطوح الأوراق، خاصّة بالمناخات ذات الرّطوبة العالية. بتوفّر الموارد الكافية للنّموّ، يمكن للبيوفيلم أن ينمو بسرعة ليصبح عيانيّا(واضحا للعين المجرّدة). يمكن للبيوفيلم أن يحتوي على عدّة أنواع من الكائنات المجهريّة مثل: البكتيريا، العتائق، الفطريات، الحيوانات الأواليّة، الطّحالب أو الأشنيات. كلّ مجموعة تقوم بعمليّات أيضيّة متخصّصة غير أنّ بعض الكائنات المجهريّة تقوم بتكوين بيوفيلمات أحاديّة الفصيلة في ظروف معيّنة.

المادة البلمرية خارج الخليّة

تساهم البلمريات الخارجية في تماسك و اتّحاد البيوفيلم. هذه المادة المبلمرة خارجياً مكوّن من موادّ مبلمرة تدعى ال إ.ب.س (EPS)، اختصارا للموادّ المبلمرة الخارجيّة (extracellular polymeric substance) أو عديد السّكاريد الخارجي. يحمي النّسيج المبلمر الخلايا الموجودة به كما يسهّل عمليّة الإتّصال بين هذه الخلايا بواسطة إشارات بيوكيميائيّة.

أوجدت الدّراسات أنّ بعض البيوفيلمات تحتوي على قنوات مائيّة تساعد على توزيع الأغذية و جزيئات الإشارة. هذا النّسيج من المبلمرات قويّ جدّا إلى درجة أنّ في ظروف معيّنة، البيوفيلمات يمكن أن تصبح متحجّرة.

تتميّز البكتيريا الّتي تعيش بالبيوفيلم بخصائص مميّزة عن تلك الّتي تعيش حرّة عائمة. ذلك لأنّ المحيط الكثيف والمحمي داخل البيوفيلم يسمح للبكتيريا بالتّعاون و التّفاعل بطرق مختلفة. أحد فوائد العيش في هذا المحيط بالنّسبة للبكتيريا هو ازدياد المقاومة ضدّ المنظّفات الكيميائيّة و المضادّات الحيويّة إذ أنّ النّسيج البيوخلوي الكثيف و الطّبقة الخارجيّة للخلايا يحميان المجتمع الدّاخليّ (الخلايا المتواجدة في أغمار البيوفيلم). في بعض الأحيان يمكن لمقاومة المضادّات الحيويّة أن تتضاعف إلى الألف.

الموائل

بيوفيلم في متنزه يلوستون الوطني. أطول سجادة مرتفعة يبلغ طولها نصف متر.
Thermophilic bacteria in the outflow of Mickey Hot Springs, Oregon, approximately 20 mm thick.

البيوفيلمات واسعة الإنتشار. تقريبا كلّ نوع من أنواع الكائنات الحيّة المجهريّة، ليس فقط البكتيريا و العتائق، تمتلك آليّات تسمح لها بالإلتصاق بسطوح و ببعضها البعض.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

في الطّبيعة

يمكن أن تتواجد البيوفيلمات على الأحجار و الحصيّ في قاع المجاري و الأنهار كما يمكن أن تتكوّن على سطوح البرك الرّاكدة. يبدو أنّ البيوفيلمات تشكّل مكوّنات ضروريّة في السّلسلة الغذائيّة في الأنهار و المجاري، تتغذّى عليها اللاّفقّاريّات المائيّة الّتي بدورها تمثّل غذاءا للأسماك.

تنمو البيوفيلمات في برك حارّة، حامضيّة بمنتزه يلوستون الوطني (الولايات المتّحدة الأمريكيّة) و الأنهار الجليديّة بأنتاركتيكا.

في الميدان الصّناعي

في الميدان الصّناعي، يمكن للبيوفيلم أن يتكوّن داخل الأنابيب ممّا يؤدّي إلى إنسدادها، التّأكسد و الصّدأ. تكوّن البيوفيلم على الأرضيّة يمكن أن يؤثّر على الصّحّة في مناطق تحضير الأطعمة. البيوفيلمات المتواجدة بالنّظام التّبريدي للمياه تنقص من انتقال الحرارة، كما أنّها تؤوي بكتيريا الفيليقية.

يمكن أن تستخدم البيوفيلمات لأهداف بنائيّة، مثلا منشآت معالجة مياه المجاري تستعمل مرحلة للمعالجة أين يتمّ تمرير مياه المجاري عبر بيوفيلمات على مرشّحات، هذه البيوفيلمات تقوم باستخلاص و هضم الموادّ العضويّة. في مثل هذه البيوفيلمات، تقوم البكتيريا بنزع الموادّ العضويّة بينما تقوم الحيوانات الأواليّة و الدّولابيّات بنزع البقايا الصّلبة العالقة، إضافة إلى الجراثيم الممرضة و الكائنات الحيّة الأخرى. المرشّحات الرّمليّة البطيئة تعتمد على تطوّر البيوفيلم بنفس طريقة ترشيح الماء المتواجد بسطح البحيرات و الأنهار لجعلها مياها صالحة للشّرب.

يمكن للبيوفيلم أن يساعد في التّخلّص من النّفط من المحيطات و الشّبكة البحريّة الملوّثة. يتمّ تصفية الزّيوت و النّفط عن طريق نشاط الإنحلال الهيدروكربوني لمجموعة الكائنات المجهريّة الحيّة، خاصّة بواسطة بعض الكائنات المتخصّصة و المكتشفة مؤخّرا والّتي تمّ تسميتها البكتيريا المتخصّصة في أكسدة الهيدروكربون(HCB).

في جسم الإنسان

تتواجد البيوفيلمات كذلك على أسنان معظم الحيوانات و تعرف باللّويحة السّنّيّة الّتي يمكن أن تؤدّي إلى تطوّر مرض نخر الأسنان أو أمراض اللّثّة.

البيوفيلم والأمراض المعدية

أثبتت الدّراسات العلميّة أنّ للبيوفيلمات علاقة بأنواع مختلفة من الأمراض الميكروبيّة في جسم الإنسان (حوالي 80% من كلّ الأمراض المعدية).

في البيئة المائية

بيوفيلم من البحر الميت

In shellfish and algae farms, biofouling microbial species tend to block nets and cages and ultimately outcompete the farmed species for space and food.[1] Bacterial biofilms start the colonization process by creating microenvironments that are more favorable for biofouling species. In the marine environment, biofilms could reduce the hydrodynamic efficiency of ships and propellers, lead to pipeline blockage and sensor malfunction, and increase the weight of appliances deployed in seawater.[2] Numerous studies have shown that biofilm can be a reservoir for potentially pathogenic bacteria in freshwater aquaculture.[3][4][5][6] As mentioned previously, biofilms can be difficult to eliminate even when antibiotics or chemicals are used in high doses.[7][8] The role that biofilm plays as reservoirs of bacterial fish pathogens has not been explored in detail but it certainly deserves to be studied.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

البيوفيلم حقيقي النوى

انظر أيضاً

المراجع

  1. ^ Braithwaite R, McEvoy L (2004). Marine biofouling on fish farms and its remediation. Advances in Marine Biology. 47. pp. 215–252. doi:10.1016/S0065-2881(04)47003-5. ISBN 9780120261482. PMID 15596168.
  2. ^ Qian PY, Lau SC, Dahms HU, Dobretsov S, Harder T (2007). "Marine biofilms as mediators of colonization by marine macroorganisms: implications for antifouling and aquaculture". Mar. Biotechnol. 9 (4): 399–410. doi:10.1007/s10126-007-9001-9. PMID 17497196.
  3. ^ Cai W, De La Fuente L, Arias CR (September 2013). "Biofilm formation by the fish pathogen Flavobacterium columnare: development and parameters affecting surface attachment". Appl. Environ. Microbiol. 79 (18): 5633–42. doi:10.1128/AEM.01192-13. PMC 3754160. PMID 23851087.
  4. ^ King RK, Flick Jr GJ, Pierson D, Smith SA, Boardman GD, Coale Jr CW (2004). "Identification of bacterial pathogens in biofilms of recirculating aquaculture systems". Journal of Aquatic Food Product Technology. 13: 125–133. doi:10.1300/j030v13n01_11.
  5. ^ Bourne DG, Høj L, Webster NS, Swan J, Hall MR (2006). "Biofilm development within a larval rearing tank of the tropical rock lobster, Panulirus ornatus". Aquaculture. 260 (1–4): 27–38. doi:10.1016/j.aquaculture.2006.06.023.
  6. ^ Wietz M, Hall MR, Høj L (2009). "Effects of seawater ozonation on biofilm development in aquaculture tanks". Systematic and Applied Microbiology. 32 (4): 266–277. doi:10.1016/j.syapm.2009.04.001. PMID 19446976.
  7. ^ Karunasagar I, Pai R, Malathi G (1994). "Mass mortality of Penaeus monodon larvae due to antibiotic-resistant Vibrio harveyi infection". Aquaculture. 128 (3–4): 203–209. doi:10.1016/0044-8486(94)90309-3.
  8. ^ Lawrence JR, Korber DR, Hoyle BD, Costerton JW, Caldwell DE (October 1991). "Optical sectioning of microbial biofilms". J. Bacteriol. 173 (20): 6558–67. doi:10.1128/jb.173.20.6558-6567.1991. PMC 208993. PMID 1917879.

وصلات خارجية