البيوفيلم (بالإنجليزية Biofilm) هو تكدّس معقّد للكائنات المجهريّة، يتّسم بإفراز نسيج خارج الخليّة محصّن و لاصق. تتميّز البيوفيلمات بالإرتكاز على سطح، التّغايريّة البنياويّة، التّنوّع الوراثي، التّفاعل المعقّد بين الخلايا، نسيج خارج الخليّة متكوّن من موادّ مبلمرة/متماثرة. الكائنات الحيّة الّتي تستطيع العيش كخلايا وحيدة تتواجد بشكلين مختلفين: الأوّل هو المعروف بالخلايا العائمة و الحرّة (البلانكتونيّة) حيث أنّ الخلايا يمكن لها العوم و العيش في وسط سائل. أمّا الشّكل الثّاني فهو حالة الإلتصاق أين تكون الخلايا مكوّمة بإحكام و ملتصقة بشدّة ببعضها البعض و في 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.
فهرس |
تكوّن البيوفيلم
تكوّن البيوفيلم يبدأ بارتكاز و التصاق كائنات مجهريّة عائمة بسطح. في البداية تلتصق المستعمرات الأولى بالسّطح عن طريق قوى فان دير وولز الضّعيفة و الإنعكاسيّة. إذا لم يتمّ نزع المستعمرات عن السّطح فورا فإنّه يمكن لها أن 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 و بناء نسيج خارج الخلية يربط البيوفيلم ببعضه. لا تستطيع بعض الفصائل الإلتصاق بسطح لوحدها غير أنّه يمكن أن تثبّت نفسها بالنّسيج خارج الخليّة أو مباشرة بالمستعمرات الأولى. عند غزو هذا السّطح و تكوين البيوفيلم تقوم الخلايا بالتّواصل عن طريق إدراك النّصاب (Quorum Sensing). عندما يحدث الغزو، ينمو البيوفيلم تدريجيّا عن طريق انقسام الخلايا و جلب خلايا جديدة. آخر مرحلة في تكوّن البيوفيلم تعرف بالتّطوّر و هي تمثّل المرحلة التّي يكون قد اكتمل فيها تأسيس البيوفيلم، حينها يمكن للبيوفيلم أن يتغيّر فقط من ناحية الشّكل و الحجم. تطوّر البيوفيلم يسمح للخلايا أن تصبح أكثر مقاومة للمضادّات الحيويّة.
خصائص البيوفيلم
تتواجد البيوفيلمات في العادة على سطوح صلبة مغمورة ب أو معرّضة 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 أن ينمو بسرعة ليصبح عيانيّا(واضحا للعين المجرّدة). يمكن للبيوفيلم أن يحتوي على عدّة أنواع من الكائنات المجهريّة مثل: البكتيريا، العتائق، الفطريات، الحيوانات الأواليّة، الطّحالب أو الأشنيات. كلّ مجموعة تقوم بعمليّات أيضيّة متخصّصة غير أنّ بعض الكائنات المجهريّة تقوم بتكوين بيوفيلمات أحاديّة الفصيلة في ظروف معيّنة.
النّسيج خارج الخليّة
يساهم النّسيج الخارجي في تماسك و اتّحاد البيوفيلم. هذا النّسيج مكوّن من موادّ مبلمرة تدعى ال إ.ب.س (EPS)، اختصارا للموادّ المبلمرة الخارجيّة(extracellular polymeric substance) أو عديد السّكاريد الخارجي. يحمي النّسيج 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 و جزيئات الإشارة. هذا النّسيج قويّ جدّا إلى درجة أنّ في ظروف معيّنة، البيوفيلمات يمكن أن 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 و التّفاعل بطرق مختلفة. أحد فوائد العيش في هذا المحيط بالنّسبة للبكتيريا هو ازدياد المقاومة ضدّ المنظّفات الكيميائيّة و المضادّات الحيويّة إذ أنّ النّسيج البيوخلوي الكثيف و الطّبقة الخارجيّة للخلايا يحميان المجتمع الدّاخليّ (الخلايا المتواجدة في أغمار البيوفيلم). في بعض الأحيان يمكن لمقاومة المضادّات الحيويّة أن تتضاعف إلى الألف.
أمثلة
البيوفيلمات واسعة الإنتشار. تقريبا كلّ نوع من أنواع الكائنات الحيّة المجهريّة، ليس فقط البكتيريا و العتائق، تمتلك آليّات تسمح لها بالإلتصاق بسطوح و ببعضها البعض.
في الطّبيعة
يمكن أن تتواجد البيوفيلمات على الأحجار و الحصيّ في قاع المجاري و الأنهار كما يمكن أن تتكوّن على سطوح البرك الرّاكدة. يبدو أنّ البيوفيلمات تشكّل مكوّنات ضروريّة في السّلسلة الغذائيّة في الأنهار و المجاري، تتغذّى عليها اللاّفقّاريّات المائيّة الّتي بدورها تمثّل غذاءا للأسماك.
تنمو البيوفيلمات في برك حارّة، حامضيّة بمنتزه يلوستون الوطني (الولايات المتّحدة الأمريكيّة) و الأنهار الجليديّة بأنتاركتيكا.
في الميدان الصّناعي
في الميدان الصّناعي، يمكن للبيوفيلم أن يتكوّن داخل الأنابيب ممّا يؤدّي إلى إنسدادها، التّأكسد و الصّدأ. تكوّن البيوفيلم على الأرضيّة يمكن أن يؤثّر على الصّحّة في مناطق تحضير الأطعمة. البيوفيلمات المتواجدة بالنّظام التّبريدي للمياه تنقص من انتقال الحرارة، كما أنّها تؤوي بكتيريا الفيليقيّة.
يمكن أن تستخدم البيوفيلمات لأهداف بنائيّة، مثلا منشآت معالجة مياه المجاري تستعمل مرحلة للمعالجة أين يتمّ تمرير مياه المجاري عبر بيوفيلمات على مرشّحات، هذه البيوفيلمات تقوم باستخلاص و هضم الموادّ العضويّة. في مثل هذه البيوفيلمات، تقوم البكتيريا بنزع الموادّ العضويّة بينما تقوم الحيوانات الأواليّة و الدّولابيّات بنزع البقايا الصّلبة العالقة، إضافة إلى الجراثيم الممرضة و الكائنات الحيّة الأخرى. المرشّحات الرّمليّة البطيئة تعتمد على تطوّر البيوفيلم بنفس طريقة ترشيح الماء المتواجد بسطح البحيرات و الأنهار لجعلها مياها صالحة للشّرب.
يمكن للبيوفيلم أن يساعد في التّخلّص من النّفط من المحيطات و الشّبكة البحريّة الملوّثة. يتمّ تصفية الزّيوت و النّفط عن طريق نشاط الإنحلال الهيدروكربوني لمجموعة الكائنات المجهريّة الحيّة، خاصّة بواسطة بعض الكائنات المتخصّصة و المكتشفة مؤخّرا و الّتي تمّ تسميتها البكتيريا المتخصّصة في أكسدة الهيدروكربون(HCB).
في جسم الأنسان
تتواجد البيوفيلمات كذلك على أسنان معظم الحيوانات و تعرف باللّويحة السّنّيّة الّتي يمكن أن تؤدّي إلى تطوّر مرض نخر الأسنان أو أمراض اللّثّة.
البيوفيلم و الأمراض المعدية
أثبتت الدّراسات العلميّة أنّ للبيوفيلمات علاقة بأنواع مختلفة من الأمراض الميكروبيّة في جسم الإنسان (حوالي 80% من كلّ الأمراض المعدية).