البيوفيلم (بالإنجليزية Biofilm) هوتجمع معقّد للكائنات المجهريّة، يتّسم بإفراز بوليمرات خارج خلوية محصّنة ولاصقة. تتميّز البيوفيلمات بالإرتكاز على سطح، التّغايريّة البنياويّة، التّنوّع الوراثي، التّفاعل المعقّد بين الخلايا، مادة بلمرية خارج الخلية متكوّن من موادّ مبلمرة/متماثرة. الكائنات الحيّة الّتي تستطيع العيش كخلايا وحيدة تتواجد بشكلين مختلفين: الأوّل هوالمعروف بالخلايا العائمة والحرّة (البلانكتونيّة) حيث أنّ الخلايا يمكن لها العوم والعيش في وسط سائل. أمّا الشّكل الثّاني فهوحالة الإلتصاق أين تكون الخلايا مكوّمة بإحكام وملتصقة بشدّة ببعضها البعض وفي غالب الأحيان تلتصق هذه الخلايا بسطح صلب. التّغيّر في السّلوك البكتيري يعود لعدّة عوامل مثل إدراك النّصاب (Quorum Sensing) إضافة إلى آليّات أخرى تختلف ما بين الفصائل.

تكوّن البيوفيلم

تكوّن البيوفيلم يبدأ بارتكاز والتصاق كائنات مجهريّة عائمة بسطح. في البداية تلتصق المستعمرات الأولى بالسّطح عن طريق قوى ڤان در ڤالز الضّعيفة والإنعكاسيّة. إذا لم يتمّ نزع المستعمرات عن السّطح فورا فإنّه يمكن لها حتى تتثبّت بشكل دائم عن طريق جزيئات الإلتصاق الخلويّ مثل أشعار البكتيريا. تقوم المستعمرات الأولى بتسهيل عمليّة وصول الخلايا الأخرى بتوفير أشكال عديدة من أماكن الإلتصاق وبناء مادة بلمرية خارج الخلية يربط البيوفيلم ببعضه. لا تستطيع بعض الفصائل الإلتصاق بسطح لوحدها غير أنّه يمكن حتى تثبّت نفسها بالمادة البلمرية خارج الخليّة أومباشرة بالمستعمرات الأولى. عند غزوهذا السّطح وتكوين البيوفيلم تقوم الخلايا بالتّواصل عن طريق إدراك النّصاب (Quorum Sensing).

عندما يحدث الغزو، ينموالبيوفيلم تدريجيّا عن طريق انقسام الخلايا وجلب خلايا جديدة. آخر فترة في تكوّن البيوفيلم تعهد بالتّطوّر وهي تمثّل الفترة التّيقد يكون قد اكتمل فيها تأسيس البيوفيلم، حينها يمكن للبيوفيلم حتى يتغيّر فقط من ناحية الشّكل والحجم. تطوّر البيوفيلم يسمح للخلايا حتى تصبح أكثر مقاومة للمضادّات الحيويّة.

التشتت

خصائص البيوفيلم

تتواجد البيوفيلمات في العادة على سطوح صلبة مغمورة ب أومعرّضة لبعض السّوائل المائيّة رغم أنّه بإمكانها التّكوّن على أشياء عائمة، سطوح مبلّلة، سطوح الأوراق، خاصّة بالمناخات ذات الرّطوبة العالية. بتوفّر الموارد الكافية للنّموّ، يمكن للبيوفيلم حتى ينموبسرعة ليصبح عيانيّا(واضحا للعين المجرّدة). يمكن للبيوفيلم حتى يحتوي على عدّة أنواع من الكائنات المجهريّة مثل: البكتيريا، العتائق، الفطريات، الحيوانات الأواليّة، الطّحالب أوالأشنيات. كلّ مجموعة تقوم بعمليّات أيضيّة متخصّصة غير أنّ بعض الكائنات المجهريّة تقوم بتكوين بيوفيلمات أحاديّة الفصيلة في ظروف معيّنة.

المادة البلمرية خارج الخليّة

تساهم البلمريات الخارجية في تماسك واتّحاد البيوفيلم. هذه المادة المبلمرة خارجياً مكوّن من موادّ مبلمرة تدعى ال إ.ب.س (EPS)، اختصارا للموادّ المبلمرة الخارجيّة (extracellular polymeric substance) أوعديد السّكاريد الخارجي. يحمي النّسيج المبلمر الخلايا الموجودة به كما يسهّل عمليّة الإتّصال بين هذه الخلايا بواسطة إشارات بيوكيميائيّة.

أوجدت الدّراسات أنّ بعض البيوفيلمات تحتوي على قنوات مائيّة تساعد على توزيع الأغذية وجزيئات الإشارة. هذا النّسيج من المبلمرات قويّ جدّا إلى درجة أنّ في ظروف معيّنة، البيوفيلمات يمكن حتى تصبح متحجّرة.

تتميّز البكتيريا الّتي تعيش بالبيوفيلم بخصائص مميّزة عن تلك الّتي تعيش حرّة عائمة. ذلك لأنّ المحيط الكثيف والمحمي داخل البيوفيلم يسمح للبكتيريا بالتّعاون والتّفاعل بطرق مختلفة. أحد فوائد العيش في هذا المحيط بالنّسبة للبكتيريا هوازدياد المقاومة ضدّ المنظّفات الكيميائيّة والمضادّات الحيويّة إذ أنّ النّسيج البيوخلوي الكثيف والطّبقة الخارجيّة للخلايا يحميان المجتمع الدّاخليّ (الخلايا المتواجدة في أغمار البيوفيلم). في بعض الأحيان يمكن لمقاومة المضادّات الحيويّة حتى تتضاعف إلى الألف.

الموائل

البيوفيلمات واسعة الإنتشار. تقريبا كلّ نوع من أنواع الكائنات الحيّة المجهريّة، ليس فقط البكتيريا والعتائق، تمتلك آليّات تسمح لها بالإلتصاق بسطوح وببعضها البعض.

في الطّبيعة

يمكن حتى تتواجد البيوفيلمات على الأحجار والحصيّ في قاع المجاري والأنهار كما يمكن حتى تتكوّن على سطوح البرك الرّاكدة. يظهر أنّ البيوفيلمات تشكّل مكوّنات ضروريّة في السّلسلة الغذائيّة في الأنهار والمجاري، تتغذّى عليها اللاّفقّاريّات المائيّة الّتي بدورها تمثّل غذاءا للأسماك.

تنموالبيوفيلمات في برك حارّة، حامضيّة بمنتزه يلوستون الوطني (الولايات المتّحدة الأمريكيّة) والأنهار الجليديّة بأنتاركتيكا.

في الميدان الصّناعي

في الميدان الصّناعي، يمكن للبيوفيلم حتى يتكوّن داخل الأنابيب ممّا يؤدّي إلى إنسدادها، التّأكسد والصّدأ. تكوّن البيوفيلم على الأرضيّة يمكن حتى يؤثّر على الصّحّة في مناطق تحضير الأطعمة. البيوفيلمات المتواجدة بالنّظام التّبريدي للمياه تنقص من انتنطق الحرارة، كما أنّها تؤوي بكتيريا الفيليقية.

يمكن حتى تستخدم البيوفيلمات لأهداف بنائيّة، مثلا منشآت معالجة مياه المجاري تستعمل فترة للمعالجة أين يتمّ تمرير مياه المجاري عبر بيوفيلمات على مرشّحات، هذه البيوفيلمات تقوم باستخلاص وهضم الموادّ العضويّة. في مثل هذه البيوفيلمات، تقوم البكتيريا بنزع الموادّ العضويّة بينما تقوم الحيوانات الأواليّة والدّولابيّات بنزع البقايا الصّلبة العالقة، إضافة إلى الجراثيم المسقمة والكائنات الحيّة الأخرى. المرشّحات الرّمليّة البطيئة تعتمد على تطوّر البيوفيلم بنفس كيفية ترشيح الماء المتواجد بسطح البحيرات والأنهار لجعلها مياها صالحة للشّرب.

يمكن للبيوفيلم حتى يساعد في التّخلّص من النّفط من المحيطات والشّبكة البحريّة الملوّثة. يتمّ تصفية الزّيوت والنّفط عن طريق نشاط الإنحلال الهيدروكربوني لمجموعة الكائنات المجهريّة الحيّة، خاصّة بواسطة بعض الكائنات المتخصّصة والمكتشفة مؤخّرا والّتي تمّ تسميتها البكتيريا المتخصّصة في أكسدة الهيدروكربون(HCB).

في جسم الإنسان

تتواجد البيوفيلمات كذلك على أسنان معظم الحيوانات وتعهد باللّويحة السّنّيّة الّتي يمكن حتى تؤدّي إلى تطوّر سقم نخر الأسنان أوأمراض اللّثّة.

البيوفيلم والأمراض المعدية

أثبتت الدّراسات الفهميّة أنّ للبيوفيلمات علاقة بأنواع مختلفة من الأمراض الميكروبيّة في جسم الإنسان (حوالي 80% من كلّ الأمراض المعدية).

في البيئة المائية

In shellfish and algae farms, biofouling microbial species tend to block nets and cages and ultimately outcompete the farmed species for space and food. Bacterial biofilms start the colonization process by creating microenvironments that are more favorable for biofouling species. In the marine environment, biofilms could reduce the hydrodynamic efficiency of ships and propellers, lead to pipeline blockage and sensor malfunction, and increase the weight of appliances deployed in seawater. Numerous studies have shown that biofilm can be a reservoir for potentially pathogenic bacteria in freshwater aquaculture. As mentioned previously, biofilms can be difficult to eliminate even when antibiotics or chemicals are used in high doses. The role that biofilm plays as reservoirs of bacterial fish pathogens has not been explored in detail but it certainly deserves to be studied.

البيوفيلم حقيقي النوى

انظر أيضاً

المراجع

وصلات خارجية

• مسقط تام متخصص بأبحاث البيوفيلم
• مسقط escmid المتخصص بعلاقة الصادات بالجراثيم