اصطلاح بیوفیلم به سلول هایی گفته می شود که روی یک سطح تثبیت شده و عمومأ به وسیله یک ماتریکس از مواد پلیمری خارج سلولی (EPS  ) با منشأ میکروبی احاطه شده اند .

توانایی باکتریها برای چسبیدن به سطوح ، به ویژه در ارگانیسم های پاتوژن که از این خاصیت برای شروع بیماری استفاده می کنند به عنوان یک پدیده مهم شناخته شده است .

چسبیدن به سطح مزایای مهمی مثل حفاظت در مقابل عوامل ضد میکروبی ، کسب صفات ژنتیکی جدید و در دسترس بودن مواد مغذی و عملیات متابولیکی دارد.

بیوفیلم در مکانهای مختلفی تشکیل می شود ، ولی تشکیل آن در صنایع معمولأ باعث آسیب و کاهش راندمان می شود .

باکتری هابه علت داشتن پیلی به خصوص دریک محیط آبی تمایل برای چسبیدن به سطوح مخنلفی دارند.اصولا باکتری ها وقتی تشکیل بیوفیلم می دهند که مقاومت آنها نسبت به شرایط نامساعد محیطی و بیوسایدها زیاد می شوند و از طرف دیگردربیوفیلم مواد رانگه داری وتغلیظ می نمایند واز مواد متابولیکی یکدیگر مصرف می کنند. در یک بیوفیلم ممکن است جذب مواد آلی و تغذیه کم تراززمانی باشد که باکتری ها آزاد هستند ولی پایداری ژنیتیکی در آنها بیشتر است وپلاسمیدهادر بیوفیلم پایدارتر می باشند.نتایج به دست آمده نشان داده است که شرایط استرس سبب افزایش چسبیدن باکتریایی می شود در حالی که،توانایی چسبیدن به سویه باکتریایی ارتباط دارد ولی متناسب با غلظت ماده غذایی نیست.در طبیعت میکروارگانیسم ها،اغلب درارتباط نزدیک با سطوح جامد رشد می کنند، که این سطوح ممکن است بافت های نرم زنده،یا سطوح غیرزنده، مواد غوطه ورویا ذرات خاک باشد. ارتباط و پیوستگی باسطوح جامد منجر به تشکیل بیوفیلم میکروبی می شود که به صورت مجموعه ای از میکروارگانیسم ها در درون اگزوپلیمر گسترده گلیکوکا لیکس دیده می شود. بیوفیلم می تواند از یک گونه و یا مخلوطی از چند گونه تشکیل شده باشد .  بیوفیلم هایی که توسط یک نوع باکتری به وجود می آید (Monoculture) و بیوفیلم های تشکیل شده برروی سطوح مخاطی مثل روده اغلب حاوی مخلوطی ازگونه های مختلف باکتری می باشند وعموما باکتری های محیطی، بااتصال به قارچ ها وجلبک ها وپروتوزوئرها تشکیل یک توده نامتجانس واقعی را می دهند.

مراحل تشکیل بیوفیلم :

 تشکیل شدن بیوفیلم زمانی شروع می شود که باکتری آزاد وارد یک سطح می شود . برای تشکیل بیوفیلم چند مرحله آبی ( آبزی ) تا چسبیدن و ساکن شدن وجود دارد :

1.                      وقایعی که ارگانیسم را به نزدیک سطح می آورد (جذب اولیه به سطح )

2.                      اتصال برگشت پذیر به سطح

3.                      اتصال برگشت ناپذیر به سطح

4.                      چسبیدن( Attachment  )

5.                      رشد و تقسیم ارگانیسم چسبیده به سطح و تشکیل میکروکلنی و بیوفیلم

6.    فاز تعرق . این مرحله، در صورتی که عمل چسبیدن با تشکیل کلنی بر روی سطوح تازه و دست نخورده همراه شود، در نظر گرفته می شود .

فاکتورهای مؤثر بر چسبیدن :

·     ماهیت و نوع سطح / محیط

·     شکل سطح / همگنی

·     بار/ فقدان بارهای سطحی

·     آبگریزی

·     خصوصیات هیدرودینامیک / جریان

 

فاکتورهای مؤثر بررشد بیوفیلم :

·     نفوذ مواد مغذی محدود کننده سرعت ( وابسته به بافت و محیط )

·     ماهیت فضاهای هوازی وبی هوازی بین بیوفیلم

·     جمعیت های همگن در مقابل نا همگن

 

مزایای تشکیل بیوفیلم برای باکتری :

·     رشد ساکن در یک محیط  Hospitable ( مهمانپذیر )

·     حفاظت آن در برابر سیستم ایمنی میزبان در Invivo           

·     مقاومت در برابر آنتی بیوتیک ها و عوامل ضد رسوب ( محدودیت نفوذ توکسین )

·     synergism   یا همزیستی بین گونه ها و متابولیسم ها

· حفظ و نگهداری محیط فیزیک و شیمیایی مناسب برای رشد و بقا، بنابراین آنها قادرند در شرایط نا مساعد محیطی مقاومت کرده و به حیات خود ادامه دهند .( غلبه بر محیط)

عفونتهای مزمن یک چالش و مشکل جهانی برای انسان است و ملیونها نفر را در هر سال تهدید می کند و منابع دارویی و اجتماعی عمده ای را از بین می برد . رشد عفونتهای مزمن را می توان بازی موش و گربه ای دانست که در آن میزبان تلاش می کند پاتوژن را حذف کند در حالی که پاتوژن تلاش می کند در بدن میزبان بماند . یک استراتژی متداول برای بقا که پاتوژن های باکتریایی آن را استفاده می کنند ، شکل دادن یک بیوفیلم ( یک ساختار پویا و بی شکل ) است که نه تنها نسبت به آنتی بیوتیکها مقاوم می شوند بلکه نسبت به فضای ایمنی میزبان هم مقاوم است .

بیماری عفونی بیوفیلم ها :

تشکیل بیوفیلم درگونه های مختلف باکتری ازجمله  Ecoli و  Pseudomonas aeruginosa   مشاهده شده است. به خصوص در مبتلایان به بیماری سیستیک فیبروزیس (Cystic  Fibrosis)که توسط  Pseudomonas aeruginosa  ایجاد می شود.

بیماری دندان یا پلاک دندانی

 اندوکاردیت ( Endocarditis  )

کاتاترهای ادراری(  Urinary catheter  ): توسط Ecoli ایجاد می شود.

 کاشتهای جراحی

کنترل بیوفیلم ها :

غلظت های مؤثر عوامل آنتی بیوتیک و آنتی باکتریایی که به وسیله شرایط آزمایشگاهی ایده آل با کشت مایع سلولهای آزاد ایجاد شده است ، امکان تماس فیزیکی زیاد و تماس یک نواخت با سلول هایی می دهد که از نظر متابولیکی بسیار فعال هستند . در یک بیو فیلم غالبا آنتی بیوتیک نمی تواند به سطح اورجینال ( اصلی ) نفوذ کند . برای کنترل عفونت ، بیوفیلم ها به 100 تا 1000 برابر غلظت آنتی بیوتیک نیاز دارند . میکرو ارگانیسم های در سیکل  ساکن (مرحله رشد ثابت) نسبت به عوامل ضد میکروبی ( در مقایسه به سیکل های رشد ماندگار( log stage) ) حساس نیستند .

 بیوفیلم های  Pseudomonas aeruginosa  نسبت به همتاهای پلاکتونی خود ، در مقابل آنتی بیوتیک ها مقاومتر هستند . آنتی بیوتیکهای فعلی که برای درمان عفونتهای P. aeruginosa  به کار می­روند ،                       ciprofloxacin و   gentamicinهستند که هردو باکتری کش می باشند .

موارد استفاده بیوفیلم ها در صنعت و محیط :

· تشکیل موانع بیولوژیکی طبیعی برای حفاظت از خاک و آب زیر زمینی در برابر آلودگی

·     فیلتراسیون زیستی آب فاضلاب صنعتی

·     اصلاح زیستی مواد خطرناک و سایت های فاضلاب

الیاف پلی ساکاریدی در ماتریکس پلیمری که عمدتا بار منفی دارند ، مولکول های معدنی و آلی و ذرات غوطه ور در سوسپانسیون مجاور بیوفیلم را به دام می اندازند و از آنجایی که میکروفلور درون بیوفیلم بسیار متغیر است موادی که به دام می افتند می توانند به وسیله میکروبها متابولیزه شوند و بدین ترتیب به تصفیه محیطهای آبی کمک می کند که این ویژگی در بیورآکتورها برای تصفیه فاضلاب و انواع وسیعی از آلودگی های مزاحم و ضایعات سمی استفاده می شود .

مشکلاتی که بر اثر تشکیل بیوفیلم ایجاد می شود :

1 . آلوده شدن مواد غذایی ، محصولات دارویی و پزشکی

2 . عفونت های پزشکی و مقاومت در برابر آنتی بیوتیک

3 . هدر رفتن انرژی از طریق انتقال غیر مؤثر انرژی

4 . در لنزهای تماسی ایجاد مشکل می کنند .

5 . بیوفیلم هایی که بر روی بدنه کشتیها ایجاد می شوند که از دیاتومه ها ، جلبک های تک سلولی و باکتری ها تشکیل شده اند که این بیو فیلم ها حرکت کشتی را کند و مصرف سوخت را افزایش می دهند .

6 . پایین آوردن کارایی پریسکوپ ها و وسایل زیر دریایی

7 . صدمه دیدن تجهیزات صنعتی

8 . در صنعت نفت و برجهای خنک کننده ایجاد مشکل می کنند.

9 . شبکه های آب رسانی و لوله های آب هم مستعد تشکیل بیوفیلم هستند و بیوفیلم به وجود آمده حتی با مقادیر بالای کلر هم حذف نمی شوند . در سیستم های تصفیه مشاهده شده که گاهی ضخامت بیوفیلم ها به بیش از 500 میکرومتر می رسد و در نتیجه نفوذ پذیری غشاها به میزان زیادی کاهش می یابد .

چسبیدن باکتری به تکیه گاه مسئله مهمی در اکولوژی ، بیوتکنولوژی ، آلودگی های زیستی (biofoulling  ) و تیمار فاضلاب است .

پلاک دندانی:

پلاک دندانی را می توان این طور تعریف نمود ، رسوبات نرمی  که بیوفیلمی را تشکیل می دهند و به سطح دندان وسایرسطوح سخت حفره دهان می چسبند پلاک می نامند.

 تشکیل پلاک دندانی :

تشکیل پلاک دندانی درصورت عدم رعایت بهداشت بعد از1الی2 روز تجمع پلاک قابل مشاهده خواهد بود. 

پلاک به رنگ سفید مایل به خاکستری یا زرد بوده و ظاهری با سطحی ناصاف دارد.حرکت بافت ها و مواد غذایی روی دندان ها باعث برداشت مکانیکی بافت می گردد.بیماری لثه وپلاک دندان در زیرلثه جمع شده وباعث تحریک لثه می شود ودر این صورت لثه حساس ومتورم و قرمز شده ومستعد خونریزی می گردد که به این حالت التهاب لثه یا ژنژیو یت گفته می شود.پلاک دندانی منجر به پوسیدگی دندان وبیماری های پریودنتال می گردد به همین دلیل یکی از مشکلات عمده سلامت جهانی به شمار می آید.گونه های پیش آهنگ درتشکیل پلاک،استرپتوکوک ها بوده وازاین بین،استرپتوکوکوس موتانس مهمترین فاکتور اتیولوژیکی عمده درتشکیل پلاک،پوسیدگی،بیماری های پریودنتال و از همه مه تراندوکاردیت می باشد.