Biofilmy grozy: społeczności mikroorganizmów silne w gromadzie/ XVII Festiwal Nauki w Warszawie

Podczas wykładu "Biofilmy: zagrożenia i korzyści" dr Anna Grudniak z Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego wyjaśniła, że biofilmy to złożone społeczności mikroorganizmów. Mogą je tworzyć zwłaszcza bakterie, ale również grzyby, glony czy pierwotniaki. Biofilm potrafią wytwarzać niemal wszystkie gatunki bakterii (99,9 proc.), ale nie zawsze organizmy korzystają z tej możliwości. Aż 90 proc. takich struktur zamieszkują jakieś bakterie.

Początkowo biolodzy wychodzili z założenia, że biofilmy powstają zawsze na styku ciała stałego i cieczy. Z czasem jednak okazało się, że struktury te mogą tworzyć się również na innych granicach faz (np. na pograniczu dwóch niemieszających się cieczy).

Dr Grudniak wyjaśniła, jak powstaje biofilm. Mikroorganizmy osadzają się np. na dnie jakiegoś zbiornika. Tam wytwarzają wokół siebie macierz zewnątrzkomórkową, w której skład wchodzą głównie wielocukry. Tak chronione komórki stają się oporne na działanie szkodliwych czynników środowiska i są w stanie przeżyć w trudnych warunkach. Zagrożeniem nie jest np. dla takich komórek działanie antybiotyków. Wewnątrz biofilmu mikroorganizmy powoli tracą możliwość poruszania się, a ich metabolizm się zmienia - komórki wolniej się dzielą i wolniej rosną. W strukturze bardziej skomplikowanych biofilmów np. o charakterze grzyba, powstaje system kanalików, którymi do bakterii docierają substancje odżywcze i wymieniane są informacje. Ze struktury systematycznie usuwane są martwe komórki i produkty przemiany materii.

"Powstawanie biofilmów wewnątrz ciała człowieka jest o tyle groźne, że układ odpornościowy nie jest w stanie rozpoznać komórek mikroorganizmów ukrytych w biofilmie" - mówiła Anna Grudniak. Dlatego też struktury takie są przyczyną niektórych chorób - mukowiscydozy, wad zastawek serca, gruźlicy, schorzeń prostaty czy zapalenia ucha środkowego. Poza tym biofilmy tworzyć się mogą na implantach czy sztucznych elementach mających kontakt z ludzkim organizmem - np. na zastawkach serca, drenach dentystycznych czy soczewkach kontaktowych. "Właściwie nie ma tworzywa, na którym biofilm by się nie mógł wytworzyć" - powiedziała biolog. Przyznała jednak, że na powierzchni pewnych materiałów - np. metali szlachetnych - biofilmy tworzą się wolniej.

Grudniak podkreśliła, że wciąż trwają próby opracowania substancji, która niszczyłaby biofilmy, ale nie uszkadzałaby komórek ludzkiego organizmu. Badaczka z UW zdradziła, że uczeni pokładają pewne nadzieje w substancjach izolowanych z roślin, np. z nagietka lekarskiego. Naukowcy spodziewają się, że połączenie działania tej substancji z antybiotykami mogłoby skutecznie niszczyć patogeny budujące strukturę biofilmów.

Z problemem biofilmów boryka się również przemysł spożywczy. Dlatego wnętrza urządzeń pokrywać trzeba często środkami chemicznymi, które zapobiegają powstawaniu biofilmów. Zabezpieczyć nie da się na stałe wnętrza rur wodociągowych, dlatego wodę przed rozwojem mikroorganizmów i biofilmów zabezpiecza się ozonując ją, chlorując lub stosując ultradźwięki.

Jednak społeczności mikroorganizmów nie zawsze działają przeciw człowiekowi. Ludzie nauczyli się, jak można wykorzystać działanie takich struktur. Biofilmów używa się np. do bioremediacji - a więc np. usuwania zanieczyszczeń ze środowiska, np. w oczyszczalniach ścieków. Biofilmy wykorzystuje się również w farmacji, gdzie służą w produkcji określonych związków, np. niektórych enzymów, antybiotyków, etanolu, butanolu, czy kwasu octowego.

Ekspertka z UW podała, że jednym z bardziej spektakularnych biofilmów, jakie można obserwować przyrodzie jest zbiornik wodny w Yellowstone, gdzie mikroorganizmy redukujące siarczany układają się w charakterystyczną matę tworząc kolorowe wzory.

PAP - Nauka w Polsce

lt/ agt/