Merve ŞENTURAN

Hemen hepimizin bildiği üzere gündelik yaşamımızda temas etiğimiz yüzeylerde, soluduğumuz havada, tükettiğimiz besinlerde mikroorganizmalara maruz kalırız. Kimi zaman (prebiyotik en bilinen örneklerindendir) yararlı olan bu mikroorganizmalar kimi zaman da patojen özelliktedir. Bu patojen mikroorganizmalar çoğu zaman kendileri için stres yaratabilecek olan koşullarda hayatta kalabilmek için pek çok direnç mekanizması geliştirebilir. Biyofilm de bu mekanizmalardan sayılabilir. Peki nedir bu biyofilm? Kim tarafından bulunmuş? Nasıl çalışır? Mikroorganizmaları nasıl hayatta tutar?  İnsanlar için ne gibi zararı vardır? Faydası da var mıdır? Varsa hangi alanlarda yarar sağlar? Gelin bunların hepsini biraz biraz detaylandıralım…

Biyofilm, tek bir tür yahut pek çok farklı türdeki mikroorganizmanın (canlı veya cansız) herhangi bir yüzeye tutunarak içerisinde hücre dışı matriks, su, protein, besin sirkülasyonunda, gelişiminde ve yapı stabilizasyonunda önemli rol oynayan su kanalları, EPS (Ekzopolisakkarit), DNA, polisakkarit bulunduran polimerik yapılı jelsi bir tabakadır ve keşfi Antonie van Leeuwenhoek’in, kendi yaptığı mikroskopta, diş plağı örneklerini inceleyerek bakterilerin kümeler (koloniler) halinde bulunduğunu gözlemlemesine kadar dayanmaktadır. Yıllar boyu bu çalışmaya bağlı veya çalışmadan bağsız olarak süre gelen çalışmalar sonucunda bilim insanları mikroorganizmaların yüzeylere tutunabildiğini ve bu tutunmalar sayesinde serbest haldekinden çok daha hızlı üreyebildiklerini keşfetmişlerdir. Günümüzde hala biyofilmin yapısı, oluşumu ve etkileri ile ilgili oldukça nitelikli laboratuvar uygulamaları sürdürülmektedir.

Bir yüzeyde biyofilm oluşabilmesi için bir dizi aşama gerektirir. Planktonik (yani serbest haldeki) mikroorganizmal hücrelerin bir yüzeye tutunması ile süreç işlemeye başlar. Hücreler bir araya gelerek birbirine tutunur ve biyofilmin oluşabilmesi için hücreler büyür ve bölünür. Böylece bir yandan jelsi tabaka oluşurken diğer yandan da hücreler git gide büyüyerek çoğalır. Biyofilm olgun hale gelir ve içinde gömülü olan mikroorganizmalar artık taşma kapasitesine ulaştığında patlar. İçinde bulunan mikroorganizmalar patlamanın, hava akımının ve yüzeyin etkisiyle etrafa saçılır. Saçılan planktonik haldeki hücreler için uygun koşullar sağlandığında süreç yeniden başlar.

Peki bir mikroorganizma bu kadar zahmete neden katlanır? Elbette ki bu işi eğlencesine yapmıyorlar. Buradaki amaç UV gibi zararlı ışınlar, ozmotik basınç değişimi, farklı pH koşulları, antimikrobiyal madde, radyasyon gibi hücreye stres oluşturabilecek ve hücrenin yaşamasına engel teşkil edecek koşullardan korunmak ve bunları genetik yolu ile gelecek nesillerine aktarımını sağlamaktır. İşte tüm mesele bundan ibaret: hayatta kalabilmek… Onlar hayatta kalıyor da olan bize yani insanlara oluyor. Böyle derken “ne demek istiyorum?” hemen açıklayayım.

Mikroorganizmaların bu toplu yaşama arzusu, biz insanların kullandığı gıda, tarım, sulama sistemleri, havuz temizliği, hayvancılık, tıp ve diş hekimliği gibi sektörlerde pek çok zorluk meydana getirmektedir. Örneğin şehirlerin su şebekelerinde kullanılan su boru hatlarında suda bulunan organik moleküller borulara temas ederek çevrenin de etkisiyle yüzeye tutunur ve biyofilm oluşma süreci başlar. Su borularındaki biyofilm oluşumu suyu kontamine eder. Bununla da kalmaz boruları korozyona uğratır. Bu da boruların zaman içerisinde aşınmasına sebep olur.

Hayvancılıkta da biyofilmin olumsuz etkileri gözlenmektedir. Özellikle hayvanların yoğun olduğu yumurta üretim tesislerinde veya tavuk çiftliklerinde hayvanların beslendiği ya da su içtiği kapların iç yüzeylerinde sterilizasyonun ihmali sonucunda buralarda biyofilm oluşur. Buradan beslenen hayvanları da biyofilme gömülü haldeki mikroorganizmalar enfekte eder. Sonuçta üretici zarara uğramış olur. Şayet durum fark edilmediyse bu hayvanların yenilmesi ile de insanlara enfeksiyon bulaşması söz konusudur.

Öte yandan tıpta da insan sağlığını tehlikeye sokar. İnsanlardaki enfeksiyonlar ve hastalıklar çoğunlukla (kalıcı implantlarda veya kontakt lenslerde, biyo-protez ve mekanik kalp kapakçıkları, kalp pilleri, intra-arteriyel ve intravenöz kateterler, santral venöz kateterler, periton diyaliz kateterleri, idrar kateterleri, eklem protezi, ses protezi, penil protez, üreteral stentler, safra stentleri, endotrakeal tüpler, nefrostomi tüpleri, intrauterin kontraseptif cihazlar gibi materyallerde) biyofilm gelişmesinden kaynaklanmaktadır.  Aşağıdaki tabloda bazı mikroorganizmalar ve enfeksiyonlarının yeri gösterilmiştir.

Safra kanalı stentinde biyofilm oluşumu

Biyofilmin insan sağlığı açısından farklı alanlardaki olumsuz etkilerini bu kadar detaylandırdıktan sonra biyofilmin yararlı olabileceğini söylemek epey şaşırtıcı olsa gerek … Fakat biz insanoğlu her şeyden olduğu gibi biyofilmden de nasıl yararlanabileceğimizi düşünmüş ve bulmuşuz. İlginçtir ki bazı mikrobiyal yakıt pillerinde biyofilmin içindeki canlılıktan faydalanılarak elektrik iletimi sağlanır. Bu durumdan faydalanılarak da temiz enerji üretimi, atık su arıtımı için bu alanlarda çalışanlar tarafından farklı metotlar denenir. Kısaca biyofilm yaşantımızın her evresinde karşılaşabileceğimiz bir yapı. Bu sebeple de ne olduğunu, nerede ve ne amaçla kullanıldığını bilmek büyük avantaj.

KAYNAKLAR:

Aparna MS, Yadav S. Biofilms: Microbes and disease. Brazilian Journal of Infectious Diseases. 2008;12(6):526-530

A. Mahapatra, et al. Study Of Biofilm In Bacteria From Water Pipelines. Journal of clinical and diagnostic research: JCDR, sf: 9-11.

Başar Karaca, Arzu Çöleri Cihan, Ilgaz Akata, Ergin Murat Altuner. (2020). Çoklu İlaca Dirençli Bazı Biyofilm Üreten Enterococcus Suşlarında Beş Yenilebilir ve Tıbbi Makrofungus Örneğinin Anti-Biyofilm ve Antimikrobiyal Aktiviteleri. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 8(1): 69-80.                               DOI: https://doi.org/10.24925/turjaf.v8i1.69-80.2723

Percival SL et al. Introduction to biofilms. In: Biofilms and Veterinary Medicine. Berlin Heidelberg: Springer; 2011. pp. 41-68.

* Dege, Y, Danış, Ü. (2020). Mikrobiyal Yakıt Hücresi Teknolojisini Kullanarak Atıksu Arıtımı ve Biyoenerji Üretimi: Literatür Araştırması. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 3 (3), 128-140.