بیوفیلمها

درحال مشاهده: بیوفیلمها

ادعونی اهدای خون

بیوفیلمها

۱۳۹۵/۰۴/۰۷

12:31

امیرحسین ستوده بیدختی

• اصولا”باکتریها وقتی تشکیل بیوفیلم می دهند مقاومت آنها نسبت به شرایط نامساعد محیطی و بیوسایدها زیاد می شوند و از طرف دیگردر بیوفیلم مواد را نگه داری و تغلیظ می نمایند واز مواد متابولیکی یکدیگر مصرف مِی کنند.در یک بیوفیلم ممکن است جذب مواد آلی و تغذیه کمتر از زمانی باشد که باکتریها آزاد هستند ولی پایداری ژنتیکی در آنها بیشتر است و پلاسمیدها در بیوفیلم پایدارترمی باشند.(میکروبیولوژی و کنترل آلودگی آب، هوا و پساب) تشکیل بیوفیلم باکتریها را نسبت به مواد ضد باکتری مقاومتر می سازد. نتایج به دست آمده نشان داده است که شرایط استرس سبب افزایش چسبیدن باکتریایی می شود در حالیکه ، توانایی چسبیدن به سویه باکتریایی ارتباط دارد ولی متناسب با غلظت ماده غذایی نیست.در طبیعت میکروارگانیسم ها ، اغلب در ارتباط نزدیک با سطوح جامد رشد می کنند،که این سطوح ممکن است بافتهای نرم زنده ، یا سطوح غیر زنده، مواد غوطه ور و یا ذرات خاک باشد ارتباط و پیوستگی با سطوح جامد منجر به تشکیل بیوفیلم میکروبی می شود که به صورت مجموعه ای از میکروارگانیسم ها در درون اگزوپلیمر گسترده گلیکوکالیکس دیده می شود.بیوفیلم ها یی که توسط یک نوع باکتری به وجود می آید monoculture و بیوفیلم های تشکیل شده بر روی سطوح مخاطی مـثل روده اغلب حاوی مخلوطی از گونه های مختلف باکتری می باشند و عموما" باکتریهای محیطی، با اتصال به قارچها و جلبک ها و پروتوزوئرها تشکیل یک توده نا متجانس واقعی را می دهند. سلولها در بخش های مختلف بیوفیلم ، احتمالا" از نظر دسترسی به مواد غذایی و شرایط فیزیکوشیمیایی در وضعیت های متفاوتی قرار می گیرند. بنابراین بیوفیلم ها نه تنها غالبا" مخلوط و حاوی گونه های مختلف هستند بلکه از فنوتیپ های متفاوت از یک گونه تشکیل شده اند. میزان رشد ، احتمالا" در اعماق بیوفیلم کند است وبا شیب غلظت غذایی افزایش می یابد. تشکیل بیوفیلم تصور می شود که منافع زیادی برای ارگانیسم های متشکله دارد از جمله حفاظت آنها در برابر سیستم ایمنی میزبان در invivo ، مقاومت در برابر آنتی بیوتیک ها همچنین حفظ و نگهداری محیط فیزیکوشیمیایی مناسب برای رشد و بقا، بنابراین آنها قادرند در شرایط نامسائد محیطی مقاومت کرده و به حیات خود ادامه دهند . به علاوه الیاف پلی ساکاریدی در ماتریکس پلیمری که عموما" بار منفی دارند، مولکولهای معدنی و آلی و ذرات غوطه ور در سوسپانسیون مجاور بیوفیلم را به دام می اندازند و از آنجائیکه میکروفلور درون بیوفیلم بسیار متغیر است. موادی که به دام می افتند می توانند بوسیله میکروبها متابولیزه شوند و به این ترتیب به تصفیه محیط های آبی کمک می کنند، از این ویژگیها دربیورآکتورها برای تصفیه فاضلاب و انواع وسیعی از آلودگیهای مزاحم و ضایعات سمی استفاده می شوند ولی از طرف دیگر بیوفیلم ها در پزشکی، صنایع غذایی سیستم های تصفیه آب و صنعت نفت می توانند مشکل آفرین باشند.بیوفیلم هایی که بر روی بدنه کشتی ها ایجاد می شوند، از دیاتومه ها، جلبکهای تک سلولی و باکتریها تشکیل شده اند، این بیوفیلم ها حرکت کشتی را کند و مصرف سوخت را افزایش می دهند تشکیل کلنی میکروبی، همچنین کارآیی پریسکوپ ها و وسایل زیردریایی را پایین می آورد، شبکه های آبرسانی هم مستعد تشکیل بیوفیلم هستند و بیوفیلم بوجود آمده حتی با مقادیر بالای کلر هم حذف نمی شوند، در سیستم های تصفیه، مشاهده شده که گاهی ضخامت بیوفیلم ها به بیش از۵۰۰ میکرو متر می رسد ودر نتیجه نفوذ پذیری غشاء ها به میزان زیادی کاهش می یابد.چسبیدن باکتریها به تکیه گاه مسئله مهمی در اکولوژی، بیوتکنولوژی، آلودگیهای زیستی (biofouling) وتیمار فاضلاب است اولین بار در سال ۱۹۱۳ ،Sohngen گزارش کرد که وجود یک فاز جامد می تواند بر روی پدیده های باکتریایی مختلف مثل تثبیت نیتروژن، اکسیداسیون الکل، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون اثر گذارد. با گذشت زمان، اطلاعات دقیق تری در مورد میان کنش بین باکتریها و سطوح جامد به دست آمد.دانشمندان نشان دادند که فعالیت باکتریایی در صورت وجود سطوح شیشه ای به ویژه وقتی که تراکم ماده غذایی پایین باشد، افزایش می یابد. در سال ۱۹۷۰، محققین دریافتند که این پدیده اغلب در محیط های طبیعی وجود دارد، در سال ۱۹۷۱، مارشال وقایع اولیه ای را که در هنگام اتصال باکتریهای دریایی به سطوح صورت می گیرد مورد بررسی قرار داد.
●مراحل تشکیل بیوفیلم :
به دلیل اهمیت بیوفیلم در بیوتکنولوژی، تیمار آب های زائد، عفونت های باکتریایی و آلودگیهای صنعتی، درک فاکتورهایی که بر چسبیدن و تشکیل بیوفیلم ومیکروکلنی موثر است، برای کنترل و استفاده از چنین فرایندهایی ضروری است. پدیده تشکیل کلنی بر روی سطح را می توان به صورت ۶ مرحله متوالی در نظر گرفت:
۱) وقایعی که ارگانیسم را به نزدیک سطح می آورد.
۲) اتصال برگشت پذیر به سطح
۳) اتصال برگشت نا پذیر به سطح
۴) چسبیدن(Attachment)
۵) رشد و تقسیم ارگانیسم چسبیده به سطح و تشکیل میکروکلنی و بیوفیلم
۶) فاز تفرق ، این مرحله ، در صورتیکه عمل چسبیدن، با تشکیل کلنی بر روی سطوح تازه و دست نخورده همراه شود، در نظر گرفته می شود.
●مدلهای آزمایشگاهی تولید بیوفیلم :
• مدلهای کشت بسته:
ساده ترین روش برای تشکیل بیوفیلم استفاده از محیط های جامد یا مایع می باشد. در این حالت یا جامد مستقیما" سطح لازم برای چسبیدن را ایجاد می کند یا اینکه یک پایه و زمینه ای در تماس مستقیم با محیط مایع قرار داده می شود.
• مدل کشت مداومcontinuous
با توجه به اینکه کشت های بسته، نشانگر بعضی از اکوسیستم های طبیعی که در آنها به طور دائم منابع تازه مواد غذایی وارد می شوند نیست ، بنابراین بسیاری از محققین از فرمانتور ها برای کنترل میزان رشد تحت شرایط غذایی مورد نظر استفاده می کنند. یک پدیده جدید در این رابطه ، شامل استفاده از ذرات و قطعات معلق در یک کموستات و نشان دادن جمعیت های چسبیده است.تکنیک های مطالعه امروزه این تکنیک ها توسعه یافته و برای مطالعه بیوفیلم ااز میکروسکوپ های لیزری وروشهای اسپکتروشیمیایی و الکتروشیمیایی استفاده می گردد.مثلا” برای مطالعه جمعیت آرشی باکتر در بیوفیلم می توان از کوآنزیم ۴۲۰F استفاده کرد و یا برای فعالیت بیوفیلم می توان از اکسید و احیاء شدنNAD و یا تولیدATP استفاده کرد.با استفاده از بیوسنسورها می توان فعالیت موجود دربیوفیلم را بدون جداسازی و کندن آنها از سطح فلزات مورد مطالعه قرار دارد.
• دربیوسنسورهای آمونیاک با قرار دادن نیتریفیکاتورها روی یک غشاء سلولزی تثبیت شده می توان میزان اکسیداسیون آمونیاک و NO۲ توسط باکتریها را از روی مصرف اکسیژن اندازه گیری کرد.
• برای اندازه گیری میزان آمونیاک ←حسگر بیولوژیکی آمونیاک و نیتروزوموناس
• میزان نیتریت ←حسگر بیولوژیکی نیتریت و نیتروباکتر
• تشخیص گاز متان←حسگر بیولوژیکی متیله موناس فلاژلاتا
• حداقل میزان اندازه گیری توسط حس گر بیولوژیکی
• حداقل اندازه گیری و آزمایش
• ۳ppm
• ۰.۱ N
• ۰.۶*۱۰-۴ M
• ۱۳ - M
• ۰.۰۱ mM • BOD
• آمونیاک
• سولفیت
• متان
• دی اکسیدنیتروژنبا استفاده از میکروسکوپ لیزری بیوفیلم را داخل لوله که از میکروکلنی و مواد متراکم شده آن تشکیل یافته را می توان مطالعه نمود.(میکروبیولوژی و کنترل آلودگی آب ، هوا و پساب)برکه های اختیاری در جاهائیکه زمین با قیمت مناسب وجود دارد، کاربرد وسیعی را در تصفیه فاضلاب به صورت اقتصادی پیدا نموده اند. در مقالات، فرضیات و روش های مختلفی برای طراحی برکه های اختیاری در دسترس می باشد. بیشترین تحقیقات تنها در ارتباط با توده های بیولوژیکی معلق بوده است و این توده ها را به عنوان گروه اصلی توده های بیولوژیکی که عامل حذف مواد می باشند قلمداد نموده اند. اما دیواره های جانبی و کف برکه اختیاری می تواند محلی برای رشد توده بیولوژیکی چسبیده یا بیوفیلم فراهم آورند که آنها نیز به تخریب مواد آلی کمک می کنند. این مطالعه ویژگی رشد توده بیولوژیکی بیوفیلم را روی دیواره و کف این استخربر مصرف مواد آلی نشان می دهد. مدلی برای مصرف مواد آلی در برکه های اختیاری پیشنهاد شده که بر اساس واکنش های درجه اول برای هر دو توده بیولوژیکی معلق و بیوفیلم تعیین می شود. فعالیت بیوفیلم با مدل نفوذ توصیف می شود و در مورد هیدرولیک برکه از مدل جریان پراکنده استفاده شده تا شامل محدوده وسیعی از ابعاد برکه و شرایط عملکرد باشد. مدل پیشنهاد شده که با داده های گرفته شده از دو برکه اختیاری واقع در بانکوک، تایلند و مکزیکوی ایالات متحده ارزیابی گردیده، و به خوبی قادر به تخمین غلظت BOD۵ خروجی از این دو برکه است.اکثر مقالات در زمینه برکه های اختیاری تنها در ارتباط با میکروارگانیسم های معلق بوده اند وآنها را به عنوان گروه اصلی توده های بیولوژیکی مسئول تجزیه مواد آلی در نظر می گیرند. اما مطالعات جدید صورت گرفته پتانسیل توده بیولوژیکی بیوفیلم که بر روی سطح موانع(Baffles) غوطه ور در آب برکه رشد می کنند را بر روی پایدار سازی مواد آلی مشخص کرده است. اما احتمالا" به خاطر تشکیل لایه کفاب، برکه های دارای مانع نسبت به برکه های بدون مانع راندمان کمتری نشان دادند. برخی تحقیقات قبلی بر روی خودپالایی(Self-purification) در نهر های باریک و رودخانه ها نشان داده است که توده بیولوژیکی بیوفیلم که در بستر کانال های باز رشد می نمایند. در تخریب بیولوژیکی ترکیبات آلی کربن دار مؤثر هستند. مطالعات اخیر نشان می دهد که توده بیولوژیکی بیوفیلم که بر روی سطوح رشد چسبیده(Attached-growth media) قرار داده شده در آب برکه رشد می کنند، در حذف ترکیبات آلی نیتروژنی سودمند هستند.گزارش کرده اند که برکه های تثبیت فاضلابی که در آنها مانع نصب شده است، عملکرد تصفیه بهتری نسبت به برکه های بدون مانع دارند. اگرچه آنها این بهبود راندمان را به کاهش عدد پراکندگی نسبت دادند اما توده بیولوژیکی بیوفیلم که احتمالا" روی سطح موانع رشد کرده است، می توانسته همراه با توده بیولوژیکی معلق در تخریب موادآلی شرکت کند.به علت آنکه سرعت جریان معمولا" در برکه های تثبیت فاضلاب کم اما نرخ بارگذاری مواد آلی در آنها نسبت به رودخانه ها و نهر ها زیادتر است، رشد توده بیولوژیکی بیوفیلم روی دیواره های جانبی و کف برکه ها مورد انتظار است. بر این اساس، فرض آنکه در محیط برکه این توده های بیولوژیکی بیوفیلم می توانند توده های بیولوژیکی معلق را در تخریب بیولوژیکی مواد آلی ورودی یاری دهند، معقول می نماید.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

موضوعات مرتبط: کارگاه,آزمایشات و وسایل آزمایشگاه ، میکروبیولوژی,تصفیه بیولوژیک و زیستی آب و فاضلاب

برچسب‌ها: میکروبیولوژی , بیوفیلمها

ادامه مطلب

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

درحال مشاهده: بیوفیلمها

بیوفیلمها

لیست مطالب

آرشیو موضوعی

برچسب ها

صفحات مهم

لینک دوستان

پیوندها

نویسندگان

آخرین مطالب

آرشیو