Biyofilm
Yapılarından Nasıl
Yaralanabiliriz?
Nasıl Faydalanabiliriz?
• Yüzeye yapışık biyofilm büyümesi doğadaki bakterilerin ve diğer mikroorganizmaların ortak bir özelliğidir.
• Biyofilmler içinde, organizmalar yüksek yoğunlukta bulunurlar ve polisakkaritler ve diğer molekülleri içeren bir organik matris içinde paketlenirler.
• Biyofilmler içindeki organizmaların yakınlığı, tek tek organizmalar yerine konsorsiyumların katıldığı birçok metabolik süreç de dahil olmak üzere, mikrobiyal etkileşimleri ve sinyallemeyi kolaylaştırır.
• Biyofilm büyümesi aynı zamanda mikroorganizmaların kimyasal ve biyolojik streslere dayanmasını sağlar. Burada, atık su arıtımı, mikrobiyal yakıt hücreleri, taş işlerinin biyolojik onarımı
(biyokementasyon) ve Candida albicans enfeksiyonlarına karşı biyofilm koruması örneklerini kullanarak biyofilmlerin temsili faydalı yönlerini belgeleyen bazı güncel literatürü gözden geçireceğiz. Son olarak, istenen mikrobiyal ardışıklık ve faydalı biyofilm oluşumunun, kültür
koşullarının ve bakteriyel sinyalizasyonun manipülasyonu yoluyla teşvik edilebileceği bir kimyasal ekoloji stratejisini ele alacağız
Nasıl Faydalanabiliriz?
• Biyofilm büyümesi aynı zamanda mikroorganizmaların kimyasal ve biyolojik streslere dayanmasını sağlar.
• Bu ders kapsamında, atık su arıtımı, mikrobiyal yakıt hücreleri, taş işlerinin biyolojik onarımı
(biyokementasyon) ve Candida albicans enfeksiyonlarına
karşı biyofilm koruması örnekleri üzerinden biyofilmlerin
faydalı yönlerini tartışacağız.
Yararlı Biyofilm Yapısı
• Yararlı biyofilmler, atık su arıtımında sıkça kullanılır.
• Atıksu içindeki süspanse edilen katı madde, ayrışma
öncesinde bakteriyel biyofilmler tarafından hızla kolonize edilir.
• Biyofilm aracılıklı atık ayrışımı, insan atıklarıyla sınırlı değildir. Aynı zamanda tarımsal hayvan tesisleri ve gıda işleme fabrikalarında atık su arıtımında da
kullanılmaktadır.
Atık Suların Temizlenmesinde Biyofilm Yapılarından Faydalanma
• Burada, atık su bir biyofilm topluluğunun geliştiği bir çakıl yatağına püskürtülür ve biyofilm içerisindeki mikrobik
konsorsiyum, atıksuyun içindeki organik maddeyi parçalamaktadır.
• Biyofilm topluluklarına bağlı olarak, bu gibi biyofilm
biyoreaktörleri ile organik karbon ve/veya azotun
uzaklaştırılması sağlanabilir.
Atık Suların Temizlenmesinde Biyofilm Yapılarından Faydalanma
• Su ürünleri yetiştiriciliğinde (örneğin kültür balığı) ve büyük ölçekli akvaryumlarda artan NH4 + seviyeleri nitrojenli hayvan atıklarından kaynaklanmaktadır.
• Çözünmüş amonyak, birçok su yaşamı formları için
oldukça toksik olabilir ve bu nedenle NH4 + 'yi daha az toksik NO3'e dönüştürmek için nitrifiye bakterilerin
biyofilmlerini (amonyak oksitleyici ve nitrit oksitleyici
bakteriler) içeren biyolojik filtreler geliştirilmiştir.
Atık Suların Temizlenmesinde Biyofilm Yapılarından Faydalanma
• Bazı yeni biyo-reaktörlerde, aerobik nitrifikasyon ve
anaerobik denitrifikasyon işlemleri (NO3-N2'ye indirgeme) kombine edilir, böylece fazladan azotun sistemden
uzaklaştırılması sağlanır.
• Atık su filtreleri ile ilgili teknolojideki son gelişmelere,
biyofilmleri desteklemek için kullanılan materyallerdeki
inceltmeler, aşılama parametreleri ve potansiyel bakteri
avcılarının kontrolü dahil edilmiştir.
Atık Suların Temizlenmesinde Biyofilm Yapılarından Faydalanma
• Birçok biyolojik reaksiyon, mutlaka elektron akışı ile
sonuçlanan oksidasyon ve indirgeme reaksiyonlarını içerir.
• Sonuç olarak, mikrobiyal yakıt hücrelerinde biyofilm
elektron akışının istifade edilmesi konusunda büyük ilgi
var. Bir mikrobiyal yakıt hücresinin tasarımında
Biyofilmler: Koruyucu Komüniteler
• Mikrobiyal rekabet, biyofilmler de dahil bakteri popülasyonlarında doğal bir özelliktir.
• Yüksek organizmaların koruyucu filmler vasıtasıyla biyofilm oluşumunu teşvik ettiği çeşitli durumlar vardır.
• Bu özelliğin bir örneği yeşil macroalga, Ulva lactuca'dır. Bu organizma, Gram negatif bir deniz bakterisi olan
Pseudoalteromonas tunicate tarafından kolonileşmeyi teşvik eder.
• Bu endofitik bakteri, diğer istenmeyen bakteriler tarafından kolonizasyonu inhibe eden zehirli boya bileşiklerini üretir.
• Biyofilm yapısının koruyucu olduğu bir başka örnek buğdayda karşımıza çıkmaktadır.
• Pseudomonas chlororaphis (aureofaciens)buğday üzerinde
çoğalarak ve biyofilm yapısı oluşturarak, buğdayı mantar
enfeksiyonlarından korur.
İnsan Vücudunda Faydalı Biyofilm Var mıdır?
•
İnsan vücudunda bulunan mikroorganizmalar bizimmikrobiyotamızı oluşturur ve sayıları insan vücudundaki hücre sayısından on kat fazladır.
•
Mikrobiyomda bulunan bakteriler genellikle dokularınüzerinde ya da mukozanın içinde biyofilm yapısında bulunurlar.
•
Mikrobiyom aracılığı ile insanlar çeşitli enfeksiyonlara karşı korunurlar. Buna verilebilecek en iyi örnek, mikrobiyomaracılığı ile Clostridium difficile den korunmadır.
İnsan Vücudunda Faydalı Biyofilm Var mıdır?
•
C. difficile aslında normal floranın bir parçasıdır ancak çok az sayıda bulunur. Klindamisi,n gibi geniş etki spektrumuna sahip bir antibiyotiğin kullanılması sonucunda, normal floradakimikroorganizmaların sayısının azalması ile C. difficile sayısı artmaya başlar.
•
C. difficile'ye karşı normal flora korumasının mekanizmaları ile ilgili birçok teori öne sürülmüştür fakat bağırsak florasınınkarmaşıklığına bağlı olarak korunmanın mekanizmasının tam olarak ne olduğu halen bilinmemektedir.
İnsan Vücudunda Faydalı Biyofilm Var mıdır?
• Koruyucu biyofilmlere bir diğer örnek, ağız boşluğunun ve dişi üreme sistemin normal florasının patojen bir mantar olan Candida albicans’a karşı sağladığı korumadır.
• C. difficile'de olduğu gibi normal floranın azalması, C.
albicans'ın fazla büyümesine ve oral veya vajinal
kandidiazise neden olabilir.
Sonuç
• Biyofilm büyüme modu, 1980'lerin ortalarından günümüze kadar artış gösteren antimikrobiyal direnç ile ilişkilendirilmiştir
• Biyofilm yapısının olumsuz yönleri birçok tıbbi ve endüstriyel bağlamda tanımlanmıştır.
• Bununla birlikte, biyofilmlerin birçok olumlu yanı da vardır.
• Özellikle atık su arıtımında karbon ve azot giderimi sırasında biyofilm yapılarından faydalanılmaktadır.
• Biyofilmlerin diğer yararlı uygulamaları arasında, mikrobiyal yakıt hücrelerindeki kullanımı ve yüksek organizmaların istenmeyen mikroorganizmalara karşı korunması bulunmaktadır.
• Gelecekteki araştırmalardaki zorluklardan biri, bu teknolojiyi rafine etmek ve arzu edilen biyofilmlerin büyümesini ve kalıcılığını teşvik etmek için protokoller geliştirmek olacaktır.
