Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Biyofilm Nedir? Biyofilm Oluşumu Neden Önemlidir?

Biyofilmler Nasıl Keşfedildi ve Bilim İçin Neden Önemli?

Biyofilm Nedir? Biyofilm Oluşumu Neden Önemlidir?
Biyofilm yapısının mikroskop altında görünümü
DLR
Reklamı Kapat

Biyofilmler, mikroorganizmaların canlı ve cansız yüzeylere ve birbirlerine tutunarak ve polimerik bir madde salgılayarak dış ortamdan korundukları yapılardır. Bu yapılar mikroorganizmaya olumsuz çevre koşulları, antimikrobiyal direnç ve dezenfeksiyon direnci gibi avantajlar sağlamaktadır. Düşünülenin aksine organizmaların tek tek değil, topluluklar halinde bir ortamda bulunma eğilimi, tıp ve endüstri alanlarında ve ekolojik açıdan sorunlara neden olmaktadır.

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Biyofilmler, mikroorganizmaların canlı ya da cansız yüzeylere tutunarak, kendi ürettikleri polimerik madde içerisinde korunaklı bir şekilde kalabilmesini sağlayan yapılardır. Bu yapılar mikroorganizmalar için bir nevi kalkan görevi görmektedir. Biyofilm yapısı içerisindeki mikroorganizmalar, konak hücre cevabı, antimikrobiyal tedavi ve olumsuz çevre koşulları gibi etkilerden korunabilmektedir (Hoiby ve ark. 2017; Costerton ve ark. 1978).

Mikroorganizmaların kümeler halinde bulunduğunun keşfi, Antonie van Leeuwenhoek'in gözlemlerine kadar eski tarihlere dayanmaktadır. Antonie van Leeuwenhoek, kendi yaptığı mikroskopta, ağız ve diş eti örneklerini incelemiş ve bakterilerin tek tek değil, kümeler halinde bulunduğunu gözlemlemiştir (Hoiby ve ark. 2017, Römling ve ark. 2014). Fransız bilim insanı Louis Pasteur (1822-1895) ise, pastörizasyon ile yaptığı çalışmalar esnasında, şarabın asetikleşmesinin nedenin bakteri kümelerini olduğunu keşfetmiş ve görselleştirmek amacıyla resmetmiştir (Hoiby ve ark. 2014). Henrici ise su bakterilerinin, serbestçe akan suda değil, daha çok batık yüzeylerde yani durağan ortamlarda geliştiğini gözlemlemiştir (Henrici 1932). Zobell ve ark. ise deniz suyuna batırılmış cam slaytlarda bakterilerin tutunmasını incelemişlerdir ve bakterilerin tutunacak yüzey buldukları zaman serbest durumlarından daha hızlı çoğaldıklarını gözlemlemişlerdir.

Biyofilmler tıp alanında ise ilk defa 1970-1972 yıllarında kronik Pseudomonas aeruginosa enfeksiyonu olan kistik fibrozis hastalarının gram boyama örneğinin rutin mikroskobik incelenmesi sırasında, bakterilerin kümeler halinde toplu bulunması ile keşfedilmiştir (Hoiby ve ark. 2017). Costerton ve ark. sonraki yıllarda, kistik fibrozlu bir akciğerde P. aeruginosa kolonilerini elektron mikroskobu ile inceleyerek yapıyı daha iyi anlamaya çalışmışlardır. Bakterilerin birbirine ve yüzeye yapışması için bir ‘glikokaliks‘ yapısının gerektiğini tespit etmişlerdir. Ekip, daha sonraki çalışmalarında ise ‘glikokaliks’ yerine ‘biyofilm’ terimini kullanmaya başlamıştır (Costerton ve ark. 1974; Costeron ve ark. 1978). 1995 yılında ise biyofilmlerin; mikroorganizmaların yüzeyler, ara yüzeyler ve birbirlerine tutunarak oluşturdukları popülasyon yapıları olduğu vurgulanmıştır (Donlan 2002).

Teknolojinin gelişmesi ve yüksek çözünürlüklü elektron mikroskoplarının kullanıma başlanması biyofilmlerin yapısal ayrıntılarının ve oluşum mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır. 

Biyofilmlerin Oluşum Basamakları

1. Gevşek Adezyon (Gevşek Tutunma):

Bu aşama mikroorganizmaların yüzeye tutunduğu aşamadır. Gevşek adzeyon aşaması mikroorganizmanın sahip olduğu özelliklerden çok ortamın uygunluğu, sıvı akışı, pH, sıcaklık, besin miktarı gibi çevresel faktörlerden etkilenmektedir. Bu aşama geri dönüşümlü bir aşamadır, yani mikroorganizmalar tutunmuş fazdan serbest faza geçebilmektedirler. Bu nedenle bu aşama gevşek adezyon aşması olarak bilinmektedir (Dunne ve ark. 2002; Davis ve ark. 2010; Unosson 2015).

2. Sıkı Adezyon (Sıkı Tutunma):

Ortamın koşullarından çok mikroorganizmanın özelliklerine bağlı olarak gerçekleşmektedir. Organizmanın sahip olduğu fimbriya ya da pili gibi yapısal faktörler aracılığıyla gerçekleşir. Bu aşamada mikroorganizma yüzeye ve birbirlerine sıkıca tutunmuşlardır. Bu nedenle bu aşamaya sıkı adezyon aşaması adı verilmektedir. Bu aşama geri dönüşümsüzdür (Dunne 2002; Davis ve ark. 2010; Unosson 2015). 

3. Mikrokoloni Oluşumu:

Yüzeye ve birbirlerine sıkıca tutunmuş mikroorganizmaların, mikrokoloniler şeklinde bulunduğu aşamadır. (Davis ve ark. 2010; Unosson 2015).

4. Olgunlaşma:

Mikrokoloni oluşumu sonrasında, biyofilm yapısı içerisindeki hücrelerin besin ve oksijen gibi zorunlu maddeleri alımı ve atık maddelerin uzaklaştırılması için mikro kanalların oluştuğu aşamadır. Bu kanallar sayesinde yapı 3 boyutlu şeklini kazanmaktadır (Dunne 2002; Davis ve ark. 2010; Unosson 2015).

5. Biyofilm Yapısından Kopma ve Ayrılmalar:

Biyofilm yapısı içerisindeki hücreler, mikro kanallar sayesinde besin ve oksijen gereksinimi sağlamaktadırlar. Ancak, yapı içerisindeki hücre yoğunluğu doygunluğa ulaştıktan sonra, besin ve oksijen bazı hücrelere ulaşamamaya başlar. Bu doygunluk durumu ‘Quorum-sensing’ yani ‘yeter sayıyı algılama’ mekanizması tarafından hücrelerin salgıladığı sinyal molekülleri ya da peptit türevi maddeler tarafından algılanır. Biyofilm hücrelerinden bir kısmı yapıdan ayrılarak serbest duruma (planktonik faza) geçer veya yapıdan ayrılarak yakın yüzeylere tekrar tutunup biyofilm oluşturmaktadır (Costeton ve ark. 1995; Davis ve ark. 2010; Unosson 2015).

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Şekil. Biyofilm gelişiminin beş aşaması
Şekil. Biyofilm gelişiminin beş aşaması
Davis ve ark. 2010; Unosson 2015

Biyofilm Oluşumu Neden Önemlidir?

Mikroorganizmalar, her ne kadar soliter yaşama eğiliminde oldukları düşünülse de biyofilm oluşturarak toplu yaşama eğilimindedirler (Costerton ve ark. 1999). Mikroorganizmaların bu eğilimi, su sistemleri, gıda endüstrisi, tıp ve diş hekimliği gibi pek çok alanda kontaminasyon, sterilizasyon ve ilaç direnci gibi pek çok soruna neden olmaktadır.

Tarla ve bahçelerden, mutfak masasına kadar tüm gıda zinciri su kullanıldığı düşünüldüğünde suyun kalitesinin içme suyu olarak kullanımı haricinde, gıda ürünlerinin kalitesi üzerinde de önemi bir kez daha anlaşılacaktır. Gıda kaynaklı pek çok patojeninin de sulama ve yıkama suyunda kullanılan sudaki patojenler olduğu için su kalitesi çok önemlidir. Bununla beraber çoğu su sistemlerinde (su boru hatları, su depoları, klima sistemleri, duş başlıkları) biyofilm oluştuğu belirtilmiştir.

Suda bulunan organik moleküller, suyun boru sistemlerine girmesi ile gruplaşarak yüzeye yapışırlar. Bu tutunma ilk etapta gevşek adezyon aşamasındaki çevre etkisi (elektrostatik ve fiziksel koşullar, suyun pH’ı, akım) sebebiyle gerçekleşmektedir. Boru sistemlerindeki biyofilm oluşumu, suyun kontaminasyonuna neden olmakla beraber, boru sistemlerinde korozyona neden olmakta ve yüzeylerin aşınmasına sebebiyet vermektedir. Bu nedenle, boru hatlarından gelen su, tüketimden önce mikroorganizma kontaminasyonu ve biyofilm açısından taranmalıdır (Mahapatra ve ark. 2015).

Gıda işleme ortam ve ekipmanlarında biyofilm oluşumu, işlenmiş gıda kontaminasyonu açısından oldukça risklidir. Bu ortamlardaki biyofilmler gıdanın bozulmasına yol açabilir, bozulmaya yol açmadan bünyesinde patojenleri içererek enfeksiyonlara neden olabilir, gıda endüstrisinde kullanılan boru ve ekipmanlarda biyofilm oluşturarak ısı transferinde sorunlara ve metal yüzeylerde aşınma ve bozulmaya neden olabilir. Bununla beraber, biyofilm içindeki mikroorganizmalar dezenfektanlardan korunarak hayatta kalma başarılarını arttırmaktadırlar. Bu durum, gıdanın raf ömrünün azalması ve hastalık geçiş riskinin artması gibi sonuçlara neden olmaktadır. Bu riskleri en aza indirmek için rutin temizliğin yanı sıra, ek sanitasyon ve dezenfeksiyon işlemlerinin uygulanması oldukça önemlidir (Chmlelewski and Frank 2003).

Biyofilm oluşumunun gözlendiği bir diğer alan da tıptır. Özellikle protez kalp kapakçıkları, santral venöz kateterler, idrar sondaları, kontak lensler ve intrauterin cihazlar gibi çeşitli kalıcı tıbbi cihazlarda biyofilm oluşumu gerçekleştiği bildirilmektedir (Roberts 2013). 

Şekil. Doku ve tıbbi cihaz kaynaklı biyofilm enfeksiyonları
Şekil. Doku ve tıbbi cihaz kaynaklı biyofilm enfeksiyonları
Römling ve ark. 2014

Ortopedik implantlar tıp alanında en çok kullanılan tıbbi cihazlar arasında yer almaktadır. Yapılan çalışmalarda ortopedik implantlarlar ilişkili enfeksiyonlardan sorumlu organizmaların genellikle fırsatçı enfeksiyon etkeni olan mikroorganizmalar olduğu belirtilmektedir. S. epidermidis ve S. aureus ortopedik enfeksiyonların ana etiyolojik ajanlarıdır, bunu Staphylococcus hominis, Staphylococcus haemolyticus, Pseudomonas aeruginosa ve Enterococcus faecalis takip etmektedir (Stoica ve ark. 2017).

Mikroorganizmalar, mekanik kalp kapakçıklarının bileşenleri ve kalbin çevresindeki dokular üzerinde de biyofilm oluşturabilmektedir ve protez kapak endokarditi olarak bilinen bir duruma yol açmaktadır. Bu durumdan sorumlu organizmaların S. epidermidis, S. aureus, Streptococcus spp, gram negatif basiller, difteroitler, enterokoklar ve Candida spp. olduğu bildirilmiştir (Donlan ve ark. 2001). Kateter ilişkili biyofilm enfeksiyonlarında en sık izole edilen organizmaların ise; Staphylococcus epidermidis, S. aureus, Candida albicans, P. aeruginosa, K. pneumoniae ve Enterococcus faecalis olduğu belirtilmiştir (Donlan ve ark. 2001). Medikal cihazlarda gelişen biyofilmler inatçı enfeksiyonlara neden olmakta ve antimikrobiyal tedaviye karşı da direnç göstermektedir (Roberts 2013). 

Biyofilmler, gıda, endüstri ve tıp gibi alanlarda karşımıza çıkarak maddi ve sağlık açısından önemli sorunlara sebebiyet vermektedir. Bu nedenle, biyofilmlerin oluşumunun engellenmesi ya da oluşan biyofilmin ortadan kaldırılması için alana uygun stratejilerin geliştirilmesi oldukça önemlidir. Bu amaçla çeşitli çalışmalar yapılmıştır ve günümüzde de yapılmaya devam etmektedir. 

Düzeltmeler: Mikrokanal kelimesinin yazımı 'Türkçeyaz' sitesinden yararlanılarak ayrı yazılmıştır. 'Türkçeyaz' sitesinden yararlanılarak harf hatası saptanan kelimelerinin yazımı düzeltilmiştir.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 3
  • Tebrikler! 3
  • Merak Uyandırıcı! 2
  • Bilim Budur! 1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 0
  • Umut Verici! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 27/09/2020 17:22:59 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/8514

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
Klinik Mikrobiyoloji
Obezite
Kemik
Karadelik
Analiz
Sinir Hücresi
Doğal
Hız
Wuhan Koronavirüsü
Değişim
Sinir Sistemi
Tedavi
Paleontoloji
Yapay Zeka
Maskeler
Hastalık Yayılımı
Mistisizm
Akciğer
Bilgi
Makina
Uzaylı
Bilim İnsanı
Kuantum Fiziği
İnsanlık
Manyetik Alan
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Bir gerçeğin karşısında bir varsayım ne kadar da boştur!”
Mark Twain
Geri Bildirim Gönder