Биоплёнка — множество (конгломерат) микроорганизмов, расположенных на какой-либо поверхности, клетки которых прикреплены друг к другу. Обычно клетки погружены в выделяемое ими внеклеточное полимерное вещество (внеклеточный матрикс) — слизь. Развитие биоплёнки, а иногда и саму биоплёнку также называют биообрастанием. Термин «биоплёнка» определяется по-разному, но в целом можно сказать, что биоплёнка — обладающее пространственной и метаболической структурой сообщество (колония) микроорганизмов, расположенных на поверхности раздела сред (англ.)русск. и погружённых во внеклеточный полимерный матрикс.^[1] Обычно биоплёнки образуются в контакте с жидкостями при наличии необходимых для роста веществ. Поверхность, к которой прикреплена биоплёнка, может быть как неживой (камни), так и поверхностью живого организма (стенки кишечника, зубы). Считается, что 95-99% всех микроорганизмов в естественной среде существует в виде биоплёнки.^[1]

Микроорганизмы образуют биоплёнку под влиянием ряда факторов, включая клеточное распознавание мест прикрепления к поверхности и наличие питательных или агрессивных веществ, кислорода и т. д. В режиме образования биоплёнки клетка меняет своё поведение, что обуславливается регуляцией экспрессии генов.^[2]

Распространённость биоплёнок

В последние годы стало ясно, что биоплёнки чрезвычайно широко распространены в природе, и их изучение может оказаться полезным во множестве приложений.

Медицина

Гинекология

Бактериальные вагинозы чаще всего вызываются актинобактериями Гарднерелла вагиналис, причём присутствие отдельных клеток G. vaginalis в посеве не обязательно свидетельствует о наличии вагиноза, а обнаружение плёнки этого микроорганизма в мазке достоверно доказывает заболевание.^[3]

Стоматология

Биоплёнки (преимущественно Актиномицеты, Tannerella forsythia, Fusobacterium nucleatum (англ.)русск., Спирохеты, Synergistetes (англ.)русск.) ответственны за образование зубного налёта и развитие гингивита, кариеса, пародонтоза.^[4]

Пищевая промышленность

Далеко не единственный пример использования биоплёнки для приготовления пищи — чайный гриб.

Защита окружающей среды

Стадии развития биоплёнки

Выделяют пять стадий развития биоплёнки:

1. Сначала происходит первичное прикрепление микроорганизмов к поверхности (адгезия, сорбция) из окружающей среды (обычно жидкости). Эта стадия обратима.
2. Окончательное (необратимое) прикрепление, иначе называемое фиксацией. На этой стадии микробы выделяют внеклеточные полимеры, обеспечивающие прочную адгезию.
3. Созревание (в англоязычной литературе — созревание-I). Клетки, прикрепившиеся к поверхности, облегчают прикрепление последующих клеток, внеклеточный матрикс удерживает вместе всю колонию. Накапливаются питательные вещества, клетки начинают делиться.
4. Рост (в англоязычной литературе — созревание-II). Образована зрелая биоплёнка, и теперь она изменяет свой размер и форму. Внеклеточный матрикс служит защитой клеток от внешних угроз.
5. Дисперсия (выброс бактерий): в результате деления периодически от биоплёнки отрываются отдельные клетки, способные через некоторое время прикрепиться к поверхности и образовать новую колонию.

Внеклеточное полимерное вещество

Внеклеточное полимерное вещество, также называемое внеклеточным полимером или внеклеточным полимерным матриксом (см. Внеклеточный матрикс) — это слизь, выделяемая микроорганизмами биоплёнки и состоящая из полимерных молекул: внеклеточных полисахаридов (экзополисахариды), ДНК, белков, включая гликопротеины.

См. также

• Цианобактериальные маты
• Строматолиты
• Чувство кворума

Литература

• G. C. L. Wong, G. A. O’Toole, All together now: Integrating biofilm research across disciplines, MRS Bulletin, 36, 2011, p. 339—342
• Ю. А. Николаев, В. К. Плакунов, Биопленка — «город микробов» или аналог многоклеточного организма?, Biofilm — “city of microbes” or an analogue of multicellular organisms?, Microbiology, 76(2), 2007, pp. 125—138)
• Т. А. Смирнова, Л. В. Диденко, Р. Р. Азизбекян, Ю. М. Романова, Структурно-функциональная характеристика бактериальных биопленок, Микробиология, 79(4), 2010, С. 435—446
• J. C. Pommerville, Alcamo's Fundamentals of Microbiology, ed. 9, Jones & Bartlett Learning, 2010. ISBN 0-7637-6258-X
• M. Magot, Petroleum microbiology, ASM Press, 2005. ISBN 1-55581-327-5

Примечания

1. ↑ Biofilm — “city of microbes” or an analogue of multicellular organisms?, Microbiology, 76(2), 2007, pp. 125—138)
2. The promise and peril of transcriptional profiling in biofilm communities, Curr. Opin. Microbiol., 10(3), 2007, pp. 292—296
3. Молекулярные механизмы разрушения бактериальных пленок при топическом применении аскорбиновой кислоты, Гинекология, 12(6), 2010, С. 12
4. Oral Biofilm Architecture on Natural Teeth, PLoS ONE, 5(2), 2010, e9321