BİYOFİLM YAPISININ TANIMI

BİYOFİLM YAPISININ TANIMI

•

Antonie van Leeuwenhoek’un, mikroorganizmaları kendi yaptığı ilkel ışık

mikroskobunda keşfinden beri çıplak gözle görülemeyen bu yaşam formları hep merak konusu olmuştu. Zamanın ilerlemesiyle gelen teknolojik avantajlar

mikroorganizmalara daha farklı açılardan bakmamızı sağlamış ve gelişen teknoloji bize canlıların farklı ortamlarda, farklı formlarda bulunduğunu göstermiştir.

•

Claude E. Zobell 1933’de yaptığı bir çalışmada, bakterilerin besin ortamındaki planktonik formdan çok, yüzeye tutunmuş halde bulunduklarını kanıtlamıştır.

1970’lerin erken dönemlerinde Characklis, endüstriyel su sistemlerinde yaptığı çalışmalarda mikroorganizmaların yüzeye sadece sıkıca tutunmadığını, aynı

zamanda yüzeye tutunan formların klora da oldukça dirençli olduğunu göstermiştir.

Bu çalışmalardan itibaren, halk sağlığını ve gıda endüstrisini olumsuz yönde etkileyen bu durum, yakından takip edilmiş ve birçok çalışmaya konu olmuştur.

• Bugün biyofilm adı verilen mikroorganizma topluluklarının; katı yüzeylere, kendi ürettikleri hücre dışı polimerik matriks aracılıyla geri dönüşümlü veya dönüşümsüz olarak bağlanarak yeni bir yaşam formu oluşturduklarını biliyoruz. Biyofilm yapısı içerisinde mikroorganizmalar EPS sayesinde antibiyotiklere, dezenfektanlara, metalik katyonlara, ultraviyole ışınlarına ve konak immün yanıtına karşı korunmuş durumdadırlar (5). Biyofilmler canlı dokular üzerinde, dental plaklar, üriner kataterler gibi kalıcı medikal ürünler üzerinde, endüstriyel ve temiz su boru yüzeylerinde veya doğal sucul sistemlerde bulunabilirler.

• Biyofilm yapıları, yüzeye ve çevresel faktörlere bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Örnek olarak içme suyu sistemlerinde oluşan biyofilmler oldukça karmaşık yapıya sahip olup, filamentöz bakteriler ve temiz su diatomları içerir ve oluşan biyofilm yapısı sistemin

korozyonuna sebep olur. Bununla birlikte medikal ürünler üzerinde oluşan biyofilmler ise, bir ya da birden fazla bakteri gruplarının EPS ile yüzeye tutunmasıyla oluşur ve çeşitli

durumlarda konak organizma için patojen olabilirler.

• Biyofilm yapılarına uygulanan standart dezenfeksiyon

prosedürleri işlevsel değildir. Çünkü uygulanan yöntemler genellikle bakterilerin planktonik formları esas alınarak belirlenmektedir. Konağa uygulanan konveksiyonel

antibiyotik tedavileri genellikle başarısızlıkla

sonuçlanmaktadır. Bu nedenle, biyofilm yapıları ile

mücadelede son zamanlarda yoğunlaşılan konulardan biri de kullanılacak dezenfektanlar ve kullanım

konsantrasyonlarıdır.

• Mikroorganizmalar doğada ayrı ayrı hücrelerin saf kültürleri halinde bulunmazlar.

• Çoğunlukla, yüzeylerde ya da ara yüzeylerde akümüle olarak film, mat, flok, silaj ya da biyofilm gibi polimikrobiyal agregatlar oluştururlar.

• Biyofilm içerisinde mikroorganizmalar %10’dan daha az bir kütleye karşılık gelirken, matriks bileşenleri bu yapının yaklaşık % 90’ını oluşturur.

• Hücrelerin gömülü olduğu hücre dışı matriks materyalleri çoğunlukla

biyofilmi oluşturan hücreler tarafından üretilir.

•

Matriks hücre dışı polimerik bileşenler olarak bilinen farklı tipteki biyopolimerlerin birikimiyle oluşmaktadır.

•

Bu birikim üç boyutlu yapının iskeletini oluşturur.

•

Bu iskelet, yüzey adezyonundan ve kohezyondan sorumludur.

•

Biyofilm oluşumu, bütünüyle planktonik fazdan farklı bir yaşam biçimidir (Karatan ve Watnik, 2009).

•

EPS’nin çeşitli fonksiyonları biyofilm yaşam biçimine geniş ölçekte katkı sağlamaktadır.

•

EPS biyofilm hücrelerini immobilize eder ve bu hücreler birbirlerine olabildiğince yakın durur.

• Fiziksel yakınlık hücre-hücre iletişimini ve sinerjistik

mikrokonsorsiyum gibi etkileşimleri beraberinde getirir.

• Hücre dışı enzimlerin immobilize edilmesi çok yönlü bir dış sindirim sistemi meydana getirir ve bu sistem çözünmüş ve partikül yapıdaki bileşenlerin sulu fazdan alınmasına ve besin-enerji kaynakları olarak kullanılmasına imkan tanır (Das vd., 2013).

• Matriks aynı zamanda lize edilen hücrelerin bileşenlerini tuttuğu için

geri dönüşüm merkezi olarak da işlev görür. Bu bileşenlerin başında

yatay gen transferleri için kaynak teşkil eden DNA gelmektedir.

• Bazı bileşenleri çok güç metabolize olmasına karşın; EPS, aynı zamanda besinsel bir kaynak olarak da işlev görür.

• Matriks bileşenlerinin bütünüyle metabolize edilebilmesi için çok çeşitli bir enzim sistemi gerekmektedir.

• Matriks organizmaları kurumaya, oksidasyona ya da yüklü biyositlere, bazı antibiyotiklere ve metalik katyonlara, UV radyasyona, birçok

protozoon saldırısına ve konakçının immün savunmasına karşı korur.

• Ekolojik olarak, EPS’deki boşluklara hapsolmuş rekabet ve korporasyon

populasyonların stabil adaptasyonuna olanak sağlar.

• EPS, yapısında birçok polimer içerdiğinden yapısal analizinin tam anlamı ile yapılması çok güçtür (Flemming vd., 2007).

• EPS biyofilm sistemleri içerisinde mikroorganizmaların tipine, mevcut akış kuvvetlerine, sıcaklığa ve besinsel bileşenlerin

varlığına göre çok geniş bir çeşitlilik sergilemektedir.

• Flagella, pilus ve fimbriya gibi hücre dışı bakteriyal yapılar

matriksin stabilizasyonuna yardımcı olur (Zogaj vd., 2001).

• Bu yapı ayrıca, Gram negatif bakterilerin dış

membranlarından köken alan membran vezikülleri çeşitli enzimleri ve DNA’yı ihtiva etmektedir.

• Bu bileşenler bazı durumlarda, yok edici veziküllerin rekabetçi biyofilm organizmalarını hedeflemesi gibi,

matriksin niteliklerini değiştirebilmektedir (Schooling ve

Beveridge, 2006).