Biyofilm Yapısının
Oluşum Aşamaları
•
Bakteriler doğal ortamlarında planktonik form olarak adlandırılan formda, herhangi bir yüzeye bağlı olmadan serbest halde yaşarlar.Oksijen, besin ihtiyacı, radyasyon gibi çevresel koşullardaki
değişiklikler bakterilerin canlılıklarını devam ettirebilmeleri ve bu zorlu koşullara karşı kendilerini koruyabilmeleri amacıyla biyofilm yapısı oluşturmalarına neden olabilir. Şartlar uygun olduğunda
bakteriler bulundukları biyotik ya da abiyotik yüzeylere tutunarak bu yapıyı oluşturma eğilimine girerler. Biyofilm yapısının oluşumu dört ana aşamada incelenebilir. Bu aşamalar;
• 1) Mikrobiyal tutunma,
• 2) Bakteri hücrelerinin EPS üreterek yüzeye bağlanması,
• 3) Koloni oluşturma ve biyofilm yapısının olgunlaşması ve
• 4) Olgun biyofilmdeki hücrelerin göçü basamaklarından
oluşmaktadır.
Mikrobiyal Tutunma
• Biyofilm yapısının oluşumunun ilk aşaması olan mikrobiyal tutunma geri dönüşümlü ve geri dönüşümsüz olarak iki aşamada incelenebilir.
•
• Geri Dönüşümlü Tutunma
• Geri dönüşümlü tutunma bakteri hücreleri ile yüzey arasında zayıf etkileşimler kurularak gerçekleştirilen tutunmadır. Bu tutunmada kuvvetler zayıf olduğu için bakteri hücresi ile yüzey arasındaki bağ çok çabuk bozulabilir. Bu zayıf etkileşimler genellikle hidrofobik etkileşimler, elektrostatik güçler ve Van der Walls etkileşimleridir. Geri dönüşümlü tutunmada bakteri hücresi ile yüzey arasında tam bir yapışma söz konusu değildir .
•
• Geri Dönüşümsüz Tutunma
• Bakteri hücreleri uygun yüzey buldukları zaman biyofilm yapısının oluşturmadan önce yüzeyde yaşamlarını devam
ettirmelerini sağlayacak besin maddeleri aramaya başlarlar. Daha sonra geri dönüşümlü tutunmadan farklı olarak Dipol-Dipol etkileşimleri, kovalent bağlar ve hidrojen bağları gibi güçlü bağlarla yüzeye bağlanarak geri dönüşümsüz olarak yüzeye
tutunma gerçekleştirirler. Bir sonraki aşamada ise bakteri hücreleri kendi salgıladıkları ekstrasellüler polimerik maddeler ve bazı bakterilerdeki flagella ve pili gibi hücre dışı uzantıları ile yapışma gerçekleştirirler. Sadece EPS üreten bakterilerde değil, EPS üretimi yapmayan bakterilerin de bu tutunmayı gerçekleştirebildiği araştırmacılar tarafından belirtilmiştir.
Bakteri Hücrelerinin EPS Üreterek Yüzeye Bağlanması
• Biyofilm içerisinde bulunan bakteri hücreleri, kendi
ürettikleri hücre dışı polimerik maddeler ile hem yüzeye tutunurlar hem de kendilerini çevresel streslerden,
ultraviyole ışımalarından, antibiyotiklerden, protozoon saldırılarından ve konak immünitesinden korurlar.
• EPS, yüzeye tutunmayı kolaylaştırdığı ve hücreler
arasındaki kohezyon kuvvetini arttırdığı için biyofilm
yapısı bakımından oldukça önemlidir.
Bakteri Hücrelerinin EPS Üreterek Yüzeye Bağlanması
(devam)
• EPS, yaygın olarak bilinenin aksine İngilizcede “exopolymeric substances”
kelimesinin değil, “exopolysaccharides” kelimesinin kısaltmasıdır.
• EPS matriksi başlıca polisakkaritlerden, proteinlerden, nükleik asit ve lipitlerden oluşur.
• EPS, içinde yukarıda belirttiğimiz dört temel organik bileşenin çok farklı formlarını barındırabilir.
• Biyofilm yapısı içerisinde sürekli olarak devam eden yaşam döngüsü,
bakteri çeşitliliğine de bağlı olarak EPS’nin farklı tiplerde biyopolimerler içermesine neden olur.
Bakteri Hücrelerinin EPS Üreterek Yüzeye Bağlanması
(devam)
• Doğada kendi başına oluşan ve büyüyen bu sistem, EPS sayesinde adeta küçük bir şehir gibi organize olmuştur.
• Hücreler arasında oluşan su kanalları, besinlerin ve atıkların uzaklaştırılması için kan dolaşım sistemi gibi görev yapar.
• Lize olmuş bakteri hücrelerinden salınmış genetik materyaller yatay gen transferi için kaynak oluştururken, bu hücrelerin atıkları da EPS içerisinde geri dönüştürülür ve biyofilm hücreleri tarafından kullanılır.
• Hücre dışına salınan enzimler EPS içerisinde bu atıkların geri dönüşümünde ve suda çözünmüş halde bulunan besinlerin hücre içerisine alınmasında rol oynar.
Koloni Oluşumu ve Biyofilm Yapısının Olgunlaşması
•
EPS sayesinde bakteriler ve yüzey arasında bağlantı kararlı hale geldikten sonra, bakteriler yüzeyde mikrokoloniler oluştururlar.•
Biyofilm yapısında bakterilerin üremesi ve bu mikrokolonilerin sayıca artması, EPS’nin organizasyonuna bağladır.•
EPS içerisinde mikroorganizmaların yaşamaları için gerekli düzen kılcal kanallar aracılığı ile sağlanır.•
Besinler bu kılcal borular içerisinde suda çözünmüş olarak dolaşır.Koloni Oluşumu ve Biyofilm Yapısının Olgunlaşması (devam)
• Bakterilerin toksik atıkları da bu kanallara bırakılır.
• Kanallar içerisindeki dolaşım pasif difüzyon ile sağlanırken, dışarıdan besin maddelerinin alımı kolaylaştırılmış difüzyon ile gerçekleştirilir.
• Ancak difüzyonun belirli limitlerinin olması nedeniyle, olgun biyofilm yapılarında alt katmanlarda besin ve oksijen alışverişi oldukça azdır.
• Bu durum alt katmanda bulunan bakterilerin metabolizma hızını etkiler.
• Metabolizma hızının düşmesi ekzopolisakkaritlerin üretimini azaltır ve hücreler alt tabakadan üst tabakaya doğru göç etme eğilimi göstermeye başlar.
• Mikrokolonilerin bu göç eğilimi biyofilm tabakasına mikroskobik mantar formunda sütun benzeri yapılar oluşmasına neden olur.
