Biyofilm Nedir? Biyofilm’in Oluşumu Neden Önemlidir?

Biyofilm, hücrelerin birbirine ya da bulundukları yüzeye yapıştıkları bir mikroorganizma kümesidir. Birbirlerine bağlı bu hücreler genellikle kendilerince üretilen hücre dışı polimerik (EPS) bir maddenin içine gömülüdürler.

Biyofilm EPS’si DNA, proteinler ve polisakkaritlerden oluşan polimerik bir karmaşadır. Biyofilmler canlı veya cansız yüzeylerde oluşabilmektedir. Doğal, endüstriyel ve hastane ortamlarında mikrobiyal hayatın baskın yönünü temsil etmektedir.

Bu yapılar mikroorganizmalar için bir nevi kalkan görevi görmektedir. Biyofilm yapısı içerisindeki mikroorganizmalar, konak hücre cevabı, antimikrobiyel tedavi ve olumsuz çevre koşulları gibi etkilerden korunabilmektedir.

Mikroorganizmaların kümeler halinde bulunması, Antonie van Leeuwenhoek’in gözlemlerine kadar dayanmaktadır. Antonie van Leewenhoek, kendi yapmış olduğu mikroskopta, ağız ve diş eti örneklerini incelemiş ve bakterilerin tek tek değil, kümeler halinde bulunduğunu gözlemlemiştir.

Kaynak: DLR

Fransız bilim insanı Louis Pasteur ise, pastörizasyon ile yapmış olduğu çalışmalar esnasında, şarabın asetikleşmesinin nedeninin bakteri kümelerinden kaynaklandığını keşfetmiştir. Ve bu keşfini görselleştirmek amacıyla resmetmiştir.

Henrici ise su bakterilerinin, serbestçe akan suda değil, daha çok batık yüzeylerde geliştiğini gözlemlemiştir. Zobel ve Ark ise deniz suyuna batırılmış cam slaytlarda bakterilerin tutunmasını incelemiştir. Bakterilerin tutunacak yüzey buldukları zaman serbest durumlarından daha hızlı çoğaldıklarını gözlemlemişlerdir.

Biyofilmlerin Keşfi

Biyofilm ilk defa (tıp alanında) 1970-1972 yıllarında kronik Pseudomonas Aeruginosa enfeksiyonu olan kistik fibrozis hastalarının gram boyama örneğinin rutin mikroskobik incelenmesi sırasında bakterilerin kümeler halinde toplu bulunması ile keşfedilmiştir.

Costerton ve Ark sonraki yıllarda, kistik fibrozlu bir akciğerde P. Aeruginosa kolonilerini elektron mikroskobu ile inceleyerek yapıyı daha iyi anlamaya çalışmışlardır. Bakterilerin birbirine ve yüzeye yapışması için bir glikokalis yapısının gerektiğini tespit etmişlerdir.

Ekip, daha sonraki çalışmalarında ise glikokaliks yerine biyofilm terimini kullanmaya başlamışlardır. 1995 yılında biyofilmlerin; mikroorganizmaların yüzeylere, ara yüzeylere ve birbirlerine tutunarak oluşturdukları popülasyon yapıları olduğu vurgulanmıştır.

Biyofilmlerin Oluşum Basamakları

Biyofilm 5 aşamadan geçerek oluşmaktadır. Bunlar: Gevşek Adezyon, Sıkı Adezyon, Mikrokoloni Oluşumu, Olgunlaşma, Kopma ve Ayrılma.

Biyofilmlerin oluşmasının aşamaları
Kaynak: Vibrant

Gevşek Adezyon

Mikroorganizmalar bu aşamada yüzeye tutunur. Mikroorganizmanın sahip olduğu özelliklerden çok ortamın uygunluğu, sıvı akışı, pH, sıcaklık, besin miktarı gibi çevresel faktörlerden etkilenmektedir. Bu aşama geri dönüşümlü bir aşamadır. Yani mikroorganizmalar tutunmuş fazdan serbest faza geçebilmektedir. Bu nedenle bu aşama gevşek adezyon aşaması olarak bilinmektedir.

Sıkı Adezyon

Ortamın koşullarından çok mikroorganizmanın özelliklerine bağlı olarak gerçekleşmektedir. Organizmanın sahip olduğu fimbriya gibi yapısal faktörler aracılığıyla gerçekleşmektedir. Bu aşamada mikroorganizma yüzeye ve birbirlerine sıkıca tutunmaktadır. Bu nedenle bu aşamaya sıkı adezyon adı verilmektedir.

Mikrokoloni Oluşumu

Yüzeye ve birbirlerine sıkıca tutulmuş mikroorganizmaların, mikrokoloniler şeklinde bulunduğu aşamadır.

Olgunlaşma

Mikrokoloni oluşumu sonrasında, biyofilm yapısı içerisindeki hücrelerin besin ve oksijen vb. zorunlu maddeleri alımı ve atık maddelerin uzaklaştırılması için mikrokanalların oluştuğu aşamadır. Bu kanallar sayesinde yapı 3 boyutlu şeklini kazanmaktadır.

Son Aşama: Biyofilm Yapısından Kopma ve Ayrılma

Biyofilm yapısı içerisindeki hücreler, mikro kanallar sayesinde besin ve oksijen gereksinimlerini sağlamaktadır. Ancak, yapı içerisindeki hücre yoğunluğu doygunluğa ulaştıktan sonra, besin ve oksijen bazı hücrelere ulaşamamaya başlamaktadır. Bu doygunluk durumu Quorum Sensing (Yeter sayıyı algılama) mekanizması tarafından hücrelerin salgılamış olduğu sinyal molekülleri ya da peptit maddeler tarafından algılanmaktadır.

Biyofilm hücrelerinden bir kısmı yapıdan ayrılarak serbest duruma geçmektedir. Veya yapıdan tamamen ayrılarak yakın yüzeylere tekrar tutunup başka bir biyofilm oluşturmaktadır.

Biyofilm Oluşumu Neden Bu Kadar Önemlidir?

Mikroorganizmalar, her ne kadar soliter yaşama eğilim gösterseler de biyofilm oluşturarak toplu yaşama eğilimindedirler. Mikroorganizmaların bu eğilimi, su sistemleri, tıp gibi pek çok alanda kontaminasyon, ilaç direnci gibi pek çok soruna neden olmaktadır.

Tüm gıda zincirinde su kullanıldığı düşünüldüğünde suyun kalitesinin (içme suyu olarak kullanımı haricinde), gıda ürünlerinin kalitesi üzerinde de önemi bir kez daha anlaşılmaktadır. Gıda kaynaklı pek çok patojenin de sulama ve yıkama suyunda kullanılan sudaki patojenler olduğu için su kalitesi çok önemlidir.

Bununla birlikte çoğu su sistemlerinde biyofilm oluştuğu belirtilmektedir. Suda bulunan organik moleküller, suyun boru sistemlerine girmesi ile gruplaşarak yüzeye yapışmaktadır. Bu tutunma ilk etapta gevşek adezyon aşamasındaki çevre etkisi sebebiyle gerçekleşmektedir.

Boru sistemlerindeki biyofilm oluşumu, suyun kontaminasyonuna neden olmaktadır. Bununla beraber boru sistemlerinde korozyona neden olmaktadır. Ayrıca yüzeylerin aşınmasına da sebebiyet vermektedir. Bu nedenle, boru hatlarından gelen su, tüketimden önce mikroorganizma kontaminasyonu ve biyofilm açısından taranmalıdır.

Gıda işleme ortam ve ekipmanlarında biyofilm oluşumu, işlenmiş gıda kontaminasyonu açısından oldukça risklidir. Bu ortamlardaki biyofilmler gıdanın bozulmasına yol açabilmektedir. Ayrıca biyofilm içindeki mikroorganizmalar dezenfektanlardan korunarak hayatta kalma başarılarını arttırmaktadır. Bu durum, gıdanın raf ömrünün azalması ve hastalık geçiş riskinin artması gibi sonuçlara neden olmaktadır.

Bu riskleri en aza indirmek için rutin temizliğin yanı sıra, ek sanitasyon ve dezenfeksiyon işlemlerinin uygulanması oldukça önemli olmaktadır. Biyofilm oluşumunun gözlendiği bir başka alanda tıptır. Özellikle protez kalp kapakçıkları, sentral venöz kateterler, idrar sondaları, kontak lensler ve intrauterin cihazlar gibi çeşitli kalıcı tıbbi cihazlarda biyofilm oluşumu gerçekleştiği bildirilmektedir.

Sonuç

Biyofilmler, gıda, endüstri ve tıp alanlarında karşımıza çıkmaktadır. Biyofilmler, maddi ve sağlık açısından önemli sorunlara sebebiyet vermektedir. Bu nedenle, biyofilmlerin oluşumunun engellenmesi ya da oluşan biyofilmin ortadan kaldırılması için alana uygun stratejilerin geliştirilmesi oldukça önemlidir. Bu amaçla birçok çalışma yapılmış ve yapılmaya da devam etmektedir.

Kaynakça

N. Høiby, et al, 2017, A Short History Of Microbial Biofilms And Biofilm Infections. Alınma Tarihi: 10.04.2020, Alınma Yeri: Wiley

J. Costerton,et al,How Bacteria Stick, s.86-95, Alınma Tarihi: 10.04.2020, Alınma Yeri: ResearchGate

Hacer Arslan Canberi, Biyofilm Nedir? Biyofilm Oluşumu Neden Önemlidir?, 09.04.2018, Alınma Tarihi: 10.04.2020, Alınma Yeri: Evrim Ağacı

Diatek, Biyofilm Nedir?, 2015, Alınma Tarihi: 10.04.2020, Alınma Yeri: Diatek

Füsun Beğendik, Biofilms in Infectious Diseases and Clinical Microbiology, 03.10.2003, Alınma Tarihi: 10.04.2020, Alınma Yeri: FloraDergisi

Reklamlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir