الدكتورة غادة الجمال تكتب :  البيو فيلم .. الخطر الكامن

المقصود بالبيوفيلم:

هو تكدس معقد للكائنات المجهرية يتم بإفراز نسيج خارج الخلية محصن ولاصق.

*الكائنات الحية التي تستطيع العيش كخلايا وحيدة حيث تتواجد بشكلين مختلفين:

الأول: هو المعروف بالخلايا العائمة والحرة (البلانكتونية) حيث تعيش الخلايا في وسط سائل.

الثاني: هو حالة الالتصاق حيث تكون الخلايا مكومة وملتصقة بشدة ببعضها البعض وفي الغالب تلتصق هذه الخلايا بسطح صلب.

الخلفية التاريخية للبيوفيلم:

لاحظ الباحث الهولندي، Antoni van Leeuwenhoekأنطوني فان ليوينهوك ، لأول مرة “البيوفيلم” على أسطح الأسنان باستخدام مجهر بسيط واعتبر هذا اكتشاف البيوفيلم وفي وقت لاحق من عام 1973 ، أشار Characklis إلى أن الأغشية الحيوية ليست عنيدة فحسب ، بل تُظهر مقاومة أعلى للمطهرات مثل الكلور. وفي عام 1978 ظهر مصطلح البيوفيلم ونبه العالم حول أهميته ومدي خطورته. تتوافر الأغشية الحيوية في كل مكان في الطبيعة ويمكن العثور عليها في الأماكن الصناعية والفنادق وقنوات مياه الصرف الصحي والحمامات والمختبرات والمستشفيات وتحدث عادة على الأسطح الصلبة المغمورة في محلول مائي أو الملامسة له.

تشكيل البيوفيلم:

تمت دراسة الأغشية الحيوية (البيوفيلم) وخصائصه على نطاق واسع على مدار الأربعين عامًا الماضية. ولفهم التعلق، وهي تمثل المرحلة الأولى في تكوين البيوفيلم، من الضروري فحص خصائص كل من الطبقة التحتية وسطح الخلية عن كثب فقد يكون لخصائص الطبقة التحتية تأثير كبير على معدل ومدى التعلق بالكائنات الحية الدقيقة. بشكل عام (على الرغم من وجود استثناءات)، فإن المواد الخشنة والأقل ارتباطا بالماء هي التي يظهر عليها الأغشية الحيوية بشكل أسرع. يصبح الوضع أكثر تعقيدًا عندما يُعتقد أن أي طبقة فرعية موضوعة في بيئة مائعة (سواء في المحيط المفتوح أو مجرى الدم أو المسالك البولية) تكتسب طبقة تكييف أو طلاء يتكون من مادة بروتينية في المقام الأول موجودة في سائل تلك البيئة. يمنح هذا الفيلم المكيف خصائص كيميائية على سطح الطبقة التحتية التي قد تخفي تمامًا خصائص الطبقة التحتية الأساسية نفسها.بالإضافة إلى خصائص الطبقة التحتية، فإن خصائص سطح الخلية مهمة أيضًا. فعلى سبيل المثال:*قد يؤثر وجود أسواط أو أهداب بالكائنات المجهرية على معدل التعلق الميكروبي بالأسطح.*-يعتمد تكوين البيوفيلم أيضا على التعبير عن جينات محددة بالخلايا توجه إنشاء البيوفيلم.

ألية تكوين البيوفيلم تحدث عملية تكوين البيوفيلم من خلال سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى التكيف في ظل ظروف غذائية وبيئية متنوعة. هذه عملية متعددة الخطوات تخضع فيها الكائنات الحية الدقيقة لتغييرات معينة بعد التصاقها بالسطح.

(أ) التعلق في البداية بسطح.

(ب) تشكيل مستعمرة صغيرة

(ج) تكوين هيكل ثلاثي الأبعاد

(د) تكوين البيوفيلم ، النضج والانفصال (التشتت)

نمو البيوفيلم:تبدأ الخلايا التي التصقت بالأسطح (التي لم تتم إزالتها عن طريق الشطف اللطيف) بالانقسام الخلوي، وتشكل المستعمرات الدقيقة، وتنتج البوليمرات خارج الخلية التي تحدد الغشاء الحيوي. تتكون هذه المواد extracellular polymeric substances (EPSs) بشكل أساسي من البروتينات (<1-2٪) بما في ذلك الإنزيمات) ، DNA (<1٪) ، السكريات (1-2٪)  RNA (<1٪) ، بالإضافة إلى هذه المكونات ، الماء (حتى 97٪) هو الجزء الرئيسي من البيوفيلم المسؤول عن تدفق العناصر الغذائية داخل مصفوفة البيوفيلم

كما توفر EPSs أو البنية  الأساسية للبيوفيلم. فهي رطبة للغاية (97 ٪ من الماء) وترتبط بقوة بالسطح الأساسي. إن بنية الغشاء الحيوي ليست مجرد طبقة أحادية متجانسة ولكنها غير متجانسة وبمرور الوقت، تتواجد “قنوات مائية” تسمح بنقل العناصر الغذائية الأساسية والأكسجين إلى الخلايا التي تنمو داخل الغشاء الحيوي تميل الأغشية الحيوية إلى العمل تقريبًا كمرشحات لجذب الجزيئات بمختلف أنواعها، بما في ذلك المعادن ومكونات من العائل المضيف مثل الفيبرين، كرات الدم الحمراء والصفائح الدموية.

تنمو الكائنات المرتبطة بالبيوفيلم بشكل أبطأ من الكائنات الحية العوالق، ربما لأن الخلايا محدودة بسبب نضوب المغذيات و / أو الأكسجين. تنفصل الخلايا عن البيوفيلم نتيجة لنمو الخلايا وانقسامها أو إزالة كتل البيوفيلم التي تحتوي على مستعمرات من الخلايا. من الممكن أن تسبب هذه الخلايا المنفصلة عدوى جهازية، اعتمادًا على عدد من العوامل، بما في ذلك استجابة الجهاز المناعي للعائل المضيف.

مقاومة البيوفيلم لمضادات الميكروبات:

هناك على الأقل 3 أسباب لمقاومة الأغشية الحيوية لمضادات الميكروبات.

أولاً: تؤخر مصفوفة EPS انتشارمضادات الميكروبات داخل الغشاء الحيوي مع إبطال مفعولها إما بالتفاعل الكيميائي مع الجزيئات المضادة للميكروبات أو عن طريق الحد من معدل انتقالها.

ثانيًا: العمل على تثبيط معدلات نمو الميكروبات المكونة للبيوفيلم مما قلل من معدل إنتشارالعوامل المضادة للميكروبات بالخلية وبالتالي يؤثر على حركيات التعطيل.

ثالثًا: قد توفر البيئة المحيطة مباشرة بالخلايا داخل الغشاء الحيوي ظروفًا تحمي الكائن الحي بشكل أكبر. فيما يتعلق بالمقاومة المكتسبة، أظهرت الأبحاث أنه يمكن استبدال البلازميدات في الأغشية الحيوية (البيوفيلم(  في ظل عدد من الظروف. والبلازميدات عبارة عن دوائر خارج الكروموسومات من الحمض النووي قد تشفر مقاومة لعدد من العوامل المضادة للميكروبات. وقد ثبت أن عددًا كبيرًا من الأنواع البكتيرية ينقل البلازميدات إلى أنواع بكتيرية أخرى   حيث كانت معدلات نقل البلازميد الأفقي أعلى في الأغشية الحيوية منها في المزارع السائلة لنفس الكائنات الحية، وقد يكون السبب في ذلك الاحتمال الأكبر وجود التلامس بين الخلايا.

يطرح البيوفيلم مشكلة كبيرة للصحة العامة بسبب طبيعته المقاومة للمضادات الحيوية والأمراض المرتبطة بالأجهزة الطبية الساكنّة فقد وجد أن لدي H. influenza القدرة على تكوين الأغشية الحيوية في جسم الإنسان ولديها القدرة علي التخفي من الجهاز الناعي بالجسم .

التحكم في البيوفيلم: *مبيد pili(pilicides) :حيث أن الأهداب تعد من أهم أسباب تكوين البيوفيلم وإذا تم إعاقة تكوينها يقلل من  فرصة تكوين البيوفيلم وقد صمم الباحثون مركبات اصطناعية صغيرة تعرف باسم pilicides التي تمنع تخليق الشعرة.ويتم تجميع ال pili  من خلال الية معينة ويستخدم pilicides  لاحداث خلل في هذه الالية وبالتالي لا تتجمع ال pilli  مما يقضي علي البيوفيلم  *انزيمات:Enzymes: طريقة أخرى فعالة لتحلل البيوفيلم باستخدام  الإنزيمات.  عندما يتحلل البيوفيلم بواسطة الإنزيمات والتي ينتج عنها إطلاق مكونات وخلايا بلاكتونية يمكن إزالتها بسهولة بواسطة أجهزة المناعة.

* استخدام التيارات الكهربائية: وقد تبين أن التيار الكهربائي له تأثير مضاد للعديد من الأنواع البكتيرية، وقد كان إستخدام التيارات الكهربائية بالتزامن مع المجالات الكهرومغناطيسية والموجات فوق الصوتية نتائج محسنة في القضاء على البيوفيلم. *طلاءات السطح: واحدة من أكثر الطرق فعالية لاستئصال أو منع الأغشية الحيوية البكتيرية على أسطح الأنابيب (ETTs) والقسطرة ويتم خلالها طلاء الأجهزة بالمعادن أو المطهرات أو مضادات الميكروبات

*البكتيريوفاج: وقد أثبتت الدراسات قدرة البكتيريوفاج على تثبيط أو تقليل تكوين البيوفيلم. وذلك  عندما تم استخدام فاج معدلة وراثيًا تحتوي على إنزيم  مثبط للبيوفيلم وبالمثل ، يمكن أيضًا استخدام (مزيج من فاجات متعددة) للقضاء الفعال والكامل على الأغشية الحيوية البكتيرية.

مما سبق يتضح لنا مخاطر تكوين البيوفيلم وكيفية السيطرة على الميكروبات المكونة له. حيث أن البيوفيلم يشكل خطورة علي صحة المستهلك خاصة إذا كانت الأسطح الملامسة للغذاء لها القدرة علي تكوين البيوفيلم .

باحث /غادة أحمد الجمال-  معهد بحوث الصحة الحيوانية  – معمل فرعي كفر الشيخ  – قسم البكتيريولوجي – مركز البحوث الزراعية