الأغشية الحيوية الميكروبية الرقيقة (بيو فيلم Microbial biofilm,) تعنى قدرة الميكروبات على تكوين أغشية حيوية رقيقة وهو ما حاز اهتمامًا كبيرًا من الباحثين على مدى الاعوام الماضي وكما ان هذه الأغشية الحيوية عادة ما تتكون من الكائنات الحية الدقيقة المتنوعة ( (microorganismsوالتي تنمو متصلة بالسطح وتقوم هذه الميكروبات بتصنيع مواد البوليمر خارج الخلية أو ما يعرف بالبوليمر مصفوفة Extracellular polymeric substance, EPS)).
وقد وجد ان 99% من البكتيريا الموجودة في العالم قادرة على تكوين الأغشية الحيوية الرقيقة( Microbial biofilm) وهو ما يترتب عليه زيادة قدرة الميكروبات المنتجة لهذه الاغشية الحيوية الرقيقة من تحملها للظروف القاسية وتمكنها من مقاومة الجهاز المناعي للعائل (immune system host’s).
كما ان الميكروبات المكونة لهذه الاغشية الحيوية تصبح أكثر مقاومة لأدوية المضادة للميكروبات التي تستخدم في علاج هذه الميكروبات المنتجة لها و لذلك كان من الضروري اختيار مضادات للميكروبات جديدة لعلاج الالتهابات المرتبطة بتكوين هذه الأغشية الحيوية الرقيقة (بيو فيلم).
لذلك كان من الضروري الاهتمام بتطوير العوامل المضادة للأغشية الحيوية ((Antibiofilm agents التي يجب ان تكون غير سامة لتجنب المقاومة للمضادات الميكروبات المختلفة (Antimicrobial Resistance) التي لها اثار جانبية تعود بالسوء على الرعاية الصحية للإنسان والحيوان.
تركيب الأغشية الحيوية الميكروبية الرقيقة Microbial biofilm)):
يتكون الغشاء الحيوي (بيو فيلم) من مكونين اساسيين هما :
- الماء و يمثل حوالي 97٪ من تركيب الغشاء الحيوي
- والمواد العضوية التي تشمل :
أ– البوليمر خارج الخلية (EPS) الذى يمثل حوالي 50 إلى 90٪ من إجمالي المواد العضوية للغشاء الحيوي وهو مركب من مواد بوليميرية مختلفة مثل الحمض النووي خارج الخلية (eDNA) والبروتينات والسكريات .
ب- والجزء المتبقي وهو يمثل تقريبا 10٪ يتكون من مستعمرات صغيرة للميكروب.
كيفية تكوين الأغشية الحيوية الميكروبية الرقيقة Microbial biofilm)):
تتكون الأغشية الحيوية الرقيقة (البيو فيلم) من خلال أربع مراحل مختلفة وهي:
- التصاق الخلايا الميكروبية العالقة بالسطح (إما سطح لمضيف حيوي أو أي سطح غير حيوي)
- تكوين مستعمرات من الخلايا الميكروبية وتشكيل الأغشية الحيوية.
- حدوث تطور ونضج للأغشية الحيوية.
- تكسير وتفكيك للغشاء الحيوي (البيو فيلم).
- يبدأ تكوين البيو فيلم عندما تلتصق الخلايا العالقة العائمة الحرة بالسطح المتاح وبدء الاستعمار على السطح أي كان سطح حيوي أو غير حيوي.
- ثم يتبع تكوين المستعمرات الدقيقة تصنيع مواد البوليمر خارج الخلية EPS)) التي تتطور إلى بيو فيلم كامل نضج .
- ثم بعد نضوج الغشاء الحيوي بالكامل تطلق الخلايا البكتيرية الموجودة بداخل الغشاء مواد كيميائية معينة على سبيل المثال D- الأحماض الأمينية والإنزيمات المفككة لـ EPS مثل الجينات (alginate lyase ) والتي تعمل على تكسر وتفريق غشاء البيو فيلم مما يترتب عليه انطلاق الخلايا الميكروبية العالقة التي تصبح جاهزة لإعادة الاستعمار في نفس الموقع أو الالتصاق بموقع مختلف لتكرر عملية تشكيل غشاء حيوي جديد .
أهمية تكوين الاغشية الحيوية الرقيقة Microbial biofilm)):
- بالنسبة للميكروبات هذه الاغشية تزيد الحماية من مضادات الميكروبات والمطهرات والظروف البيئية المتغيرة للميكروب
- يمكن الميكروبات من التكيّفً الزمنى السريع عن طريق التواصل مع الخلايا داخل هذه الاغشية الحيوية الرقيقة
- القدرة على البقاء في ظروف غذائية سيئة مرتبطة بالبيئة التي ينمو بها الميكروب.
- وتمكن الميكروبات المتنوعة من مقاومة الجهاز المناعي الخاص بالعائل.
الآثار الضارة الناتجة من تكون الأغشية الحيوية الرقيقة Microbial biofilm)):
- نمو الأغشية الحيوية الرقيقة تؤدى الى اثار سلبية في الصناعات العديدة على سبيل المثال الصناعات المتعلقة بالملاحة والورق وصناعة البصريات والفنادق والمباني العامة وهو ما يؤدى الى فقدان الطاقة وتلف المعدات والآلات الصناعية.
- والتأثير على صناعة الأغذية و الألبان والمشروبات وأنظمة معالجة المياه وصناعة اللب ونمو فى البرك (المخصصة لصيد الأسماك) وأبراج التبريد مما يوثر سلبا عن طريق تلوث المنتجات الغذائية المختلفة وسرعة فسادها.
- كما ان الميكروبات المكونة لهذه الأغشية الحيوية قد تقوم بالعدوى في المستشفيات مثل عيادات طب الأسنان او كتأثيرها على الاجهزة الطبية مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب وصمامات القلب الاصطناعية والمفاصل او العمليات مثل القسطرة والعمليات الجراحية وهو ما يؤدى الى العدوى الطبية و صعوبة العلاجات بسبب مقاومة البكتيريا للمضادات الميكروبات المختلفة.
- وتعاني صناعات الشحن والصناعات النفطية على الأخص من مشكلات التآكل المتأثر بوجود هذه الميكروبات المكونة لأغشية الحيوية الرقيقة مما يؤدى الىانسداد وتأكل الأنابيب وتحمّض النفط وهو ما يكلف الدولة تكاليف الصيانة للمعدات والآلات.
طرق الوقاية وتجنب تكوين الاغشية الحيوية الرقيقة Microbial biofilm)):
- تثبيط بيو فيلم بواسطة جزيئات صغيرة جزيئات اصطناعية مستوحاة من الطبيعة التي تعمل كمضادات حيوية من مصادر طبيعية مثل الثوم وحمض كوروسوليك وحمض أسياتيك .( corosolic acid and asiatic acid)
- بعض الاحماض الامينية (amino acids) مثل التربتوفان ((Tryptophan amino acid والذى يعتبر احدى مشتقات الإندول (Indole derivatives) والتي لديها القدرة على تثبيط تكوين الأغشية الحيوية للسلالات البكتيرية ذات الصلة لميكروب الإشريكية القولونية coli)) و ((Pseudomonas aeruginosa كمثال للبكتيريا سالبة صبغة الجرام و بكتيريا المكورات العنقودية (Staphylococcus aureus) كمثال للبكتيريا إيجابية صبغة الجرام.
- ويتم استخدام الموجات فوق الصوتية منخفضة القدرة (low-power ultrasound) للقضاء على نمو الأغشية الحيوية الرقيقة وإزاحة القشور والوقاية منها.
- استخدام الكائنات الحية الدقيقة النشطة أو البروبيوتيك (probiotics) التي يمكنها استهلاك الأغشية الحيوية الرقيقة (البيو فيلم) أو تحويله إلى مادة أقل ضررًا .
- كما يكمن تطبيق بعض المعالجات الميدانية مثل إزالة الملوثات مثل الصدأ وكربونات الكالسيوم (الجير) والزيوت والشحوم والمركبات النيتروجينية وغيرها من على الأسطح الآلات والانابيب لتجنب نمو هذه الاغشية الحيوية الرقيقة.
د . صفاء محمد محمد موسى شبانة
باحث بمعهد بحوث الصحة الحيوانية – فرع كفر الشيخ
قسم البكتريولوجي – مركز البحوث الزراعية – مصر
