Biofilmirakenne

Biofilmirakenne viittaa biofilmin sisäiseen arkkitehtuuriin: solut kiinnittyvät pintaan ja muodostavat monikerroksisen, yhteisöllisen rakenteen, jota sitoo extracellular polymeric substances (EPS) -matriisi. EPS koostuu polysakkarideista, proteiineista, nukleiinihapoista ja lipideistä sekä sitoutuneesta vedestä. Tämä matriisi mahdollistaa biofilmin tiiviin kiinnittymisen pintaan, antaa rakenteelle mekaanista tukea ja suojaa soluja ulkoisilta rasituksilta sekä desinfektio- ja lääkeaineilta.

Biofilmin arkkitehtuuri on heterogeeninen: siihen muodostuu mikrokolonioita, vesikanavia ja diffuosion gradientteja. Kanavat mahdollistavat nesteen, kaasujen ja ravinteiden kulun, kun taas EPS hidastaa diffuosiota ja luo suojan ulkoisia rasituksia vastaan. Paikalliset mikro-ympäristöt voivat johtaa aerobisten ja anaerobisten alueiden samanaikaiseen toimintaan, mikä synnyttää metabolisesti eriyneitä soluryhmiä.

Kehittyminen etenee yleensä seuraavasti: kiinnittyminen pintaan, pysyvämpi kiinnittyminen, kypsyminen ja dispersi. Quorum sensing -signaalit säätelevät solujen vuorovaikutusta ja arkkitehtuurin muodostumista. Yhteisöt voivat olla yksilaji- tai monilajisia, ja niiden rakenne mukautuu ympäristön ravinteisiin, virtausnopeuteen ja muuttuviin oloihin.

Merkitys ja sovellukset: biofilmirakenteet vaikuttavat mikrobien vastustuskykyyn lääke- ja desinfektioaineita vastaan, voivat aiheuttaa infektioita sekä heikentää vesihuolto- ja teollisuusjärjestelmien suorituskykyä. Toisaalta biofilmejä hyödynnetään hyödyllisissä prosesseissa, kuten vedenkäsittelyssä ja bioprosesseissa. Tutkimuksessa käytetään mikroskopiaa, kuten konfokalaista laseriskannusta (CLSM), sekä EPS-komponenttien analyysiä rakenteen ja toiminnan tutkimiseksi.