Biofilm – Folyamatos mikroorganizmus-forrás és potenciális patogénforrás

Mi az a Biofilm?

A biofilmek mikroorganizmusok olyan összetett közösségei, amelyek a felületekhez tapadnak, és amelyeket extracelluláris polimer anyagok (EPS, extracellular polymeric substances) mátrixa vesz körül. Az EPS kulcsfontosságú szerepet játszik a biofilmek kialakulásában, stabilitásában és védelmében. A környezeti körülményektől függően a biofilmet alkothatják a Listeria monocytogenes, a Bacillus cereus és mycoïdes, a Salmonella-fajok, a Campylobacter, a Pseudomonas aeruginosa, a Leuconostoc vagy a Cronobacter (Enterobacter sakazakii) a biofilm mátrixát (szerves polimerek, poliszacharidok, fehérjék, DNS, lipidek stb.) építve, valamint egyéb (kórokozó) mikroorganizmusok, fágok, romlást okozó enzimek, spórák, penészgombák és élesztők, amelyek a mátrix belsejében élnek. Ezen szerkezetnek köszönhetően a biofilmek ellenállóbbak a biocid anyagokkal szemben, mint amennyire ugyanazok a baktériumok valamely folyékony közegben lennének. Ez az összetett szerkezet még szélsőséges körülmények között is biztosítja a túlélést.

A biofilm 3 stádiuma

1. Adhézió/megkötődés Ebben a stádiumban az egyes mikroorganizmusok első alkalommal érintkeznek egy felülettel, és elkezdenek megtapadni rajta. Ez a kezdeti megkötődés visszafordítható és gyenge. A mikroorganizmusok a megkötődést elősegíthetik flagellák, piliák vagy más függelékek használatával. Ahogy egyre több mikroorganizmus halmozódik fel és kötődik meg a felületen, elkezdenek extracelluláris polimer anyagokat (EPS) termelni, amelyek egy védőmátrixot képeznek a biofilm körül.

2. Felhalmozódás/érés Ahogy a biofilm tovább fejlődik, a biofilmközösségben élő mikroorganizmusok elkezdenek növekedni és szaporodni. Az EPS-mátrix egyre kiterjedtebbé és összetettebbé válik, ami szerkezeti stabilitást biztosít a biofilm számára. A biofilm-közösségen belüli mikroorganizmusok kommunikálni kezdenek egymással egy lokális denzitásérzékelésnek (quorum sensing) nevezett folyamat révén, amelynek során jelzőmolekulákat bocsátanak ki annak érdekében, hogy összehangolják a viselkedésüket. Ez a kommunikáció segít a génexpresszió szabályozásában, ami a biofilmen belül speciális mikrokörnyezet kialakulását eredményezi. A biofilm ebben a stádiumban válik különösen ellenállóvá az antimikrobiális szerekkel és a gazdaszervezet immunválaszával szemben.

3. Szétszóródás A szétszóródási stádiumban a biofilmben található mikroorganizmusok leválnak a biofilmről. Ezeket lényegében passzív vagy aktív szétszóródásként sorolhatjuk be. Passzív szétszóródásról akkor beszélünk, amikor a biofilm egyes részei fizikai erők vagy környezeti feltételek hatására természetes módon válnak le. Az aktív szétszóródás során az egyes mikroorganizmusok élettani változásokon mennek át, és megkezdik leválásukat a biofilmről. Ebben a folyamatban olyan enzimek és felületaktív anyagok termelődnek, amelyek segítenek kiszabadítani egyes mikroorganizmusokat vagy sejtcsoportokat a biofilmből. A szétszóródást követően a mikroorganizmusok képesek új felületek kolonizálására és új biofilm létrehozására.

A biofilmek azon képessége, hogy szétszóródnak, fontos túlélési stratégiát jelent a biofilmben lévő mikroorganizmusok számára. Ez teszi lehetővé számukra, hogy új környezeteket kolonizáljanak, vagy elmeneküljenek a kedvezőtlen körülmények elől. Ennélfogva a biofilm a mikroorganizmusok kiszámíthatatlan kiszabadulása miatt állandó szennyeződésforrás.

Biofilmek az élelmiszeriparban

A biofilmek által okozott gazdasági veszteségek óriásiak. Az élelmiszer-visszahívások 47%-a biofilmmel kapcsolatos, 1,3 milliárd tonna élelmiszer kerül a hulladékba a szennyeződés miatt, és a közvetlen pénzügyi hatás (visszaszállítás és elmaradt értékesítés) átlagosan 30 millió eurót tesz ki. Az Amerikai Egyesült Államokban hetente 30 visszahívás történik, amelyek 27%-ára nem bejelentett allergének, 27%-ára szalmonella, 10%-ára Listeria, 10%-ára nem bejelentett anyagok, 26%-ára pedig egyéb okok miatt kerül sor. ^{[1, 2, 3]} A biofilm tehát komoly problémát jelent az élelmiszeripar számára, mivel közvetlen hatással van az élelmiszer-biztonságra, és -megfelelőségre. A biofilm az üzemek berendezéseire is hatással van: a felületek érdességének növelésével ellenállást okozhat a folyadékok csövekben való áramlása és a CIP-folyamatok során. A nyálkaképződés csökkenti a hőcserélők hőteljesítményét. Ezenkívül gázok és szagok képződése is előfordulhat. A biofilm korrodálja a fémfelületeket is, mikroszemcsék és ötvözőelemek felszabadulását okozva.

Biofilmek a vízrendszerben

A biofilmek könnyen elszaporodnak az üzemi vízrendszerekben, mivel azok sok elágazást tartalmaznak és nehezen tisztíthatók, így a biofilm könnyebben megtapad a vízelosztó rendszer nedves felületein.
Ilyen körülmények között a baktériumok hatással vannak a víz minőségére, és korróziót is okozhatnak. Elterjedésük megelőzése érdekében az ivóvizet kell kezelni, és annak a minőségét folyamatosan figyelemmel kell kísérni. A Kersia kínál megoldásokat a meglévő biofilmek eltávolítására olyan specifikus enzimatikus termékek alkalmazásával, amelyek hidrolizálják a biofilmet védő mátrixot, lebontják a szerves anyagokat és feloldják az ásványi táptalajt és a poliszacharidokat.

Biofilmek a gazdaságokban

A biofilmek a gazdaságokban számtalan helyen megtalálhatók lehetnek, mivel a legkülönbözőbb felületeken alakulhatnak ki, ahol jelen lehet víz, tápanyagok és mikroorganizmusok. Néhány gyakori hely, ahol biofilmek fordulhatnak elő a gazdaságokban:

Vízrendszerek: A biofilmek gyakran vízelosztó rendszerekben, például öntözőcsövekben, tömlőkben és tartályokban képződnek, ahol a vízáramlás lassú vagy stagnál.
Állattenyésztési létesítmények: Biofilmek kialakulhatnak az állattartó helyeken lévő felületeken, például etetőkádakon, itatókon és falakon, ahol a szerves anyagok tápanyagforrást biztosítanak a mikrobák növekedéséhez.
Trágyakezelő rendszerek: Biofilmek létrejöhetnek a trágyatároló területeken, beleértve a gödröket, tározókat és csatornákat is, ahol az állati hulladékból származó szerves anyagok vannak jelen.
Silók és tárolóedények: A tárolt gabonával, takarmányokkal vagy más szerves anyagokkal érintkező felületeken a mezőgazdasági tárolószerkezetek is otthont adhatnak biofilmeknek.

A biofilm kialakulásának megelőzése kulcsfontosságú a gazdálkodási környezetben az állatok egészségének megőrzéséhez és a termelékenység fenntartásához, valamint annak elkerüléséhez, hogy (az élelmiszerrel) kórokozók kerüljenek a táplálkozási láncba.

A biofilmek szakszerű eltávolítása és a biofilmek kialakulásának kordában tartása

Meglévő biofilmek eltávolítása

A biofilmek elpusztítása jellemzően több oldalú megközelítést igényel, mivel az EPS védőgátat képezhet a vegyszerekkel szemben. Számos stratégia és vegyszer alkalmazható a biofilmek megbontására és az EPS leépítésére.

1. Első szakasz: Enzimes lebontás Bizonyos enzimekről kimutatták, hogy lebontják a biofilmek EPS-összetevőit. Ezek az enzimek lebontják az extracelluláris DNS-t és a poliszacharidokat, ezáltal destabilizálva a biofilm szerkezetét.

2. Második szakasz: Oxidálószert tartalmazó fertőtlenítőszer alkalmazása (például perecetsav) az összes szennyezőanyag eltávolítása érdekében.

A biofilm a kezelés előtt

1 • Enzimes lebontás

2 • Oxidálószert tartalmazó Kersia fertőtlenítőszer alkalmazása

A biofilm detektálása

Mivel a biofilmben található mikroorganizmusok sokfélesége rendkívül széles skálán mozog, a detektálás, sőt a lokalizálás is kihívást jelent. A Kersia ellenőrzéseket kínál a biofilmek felületeken vagy zárt rendszerekben történő kimutatására. Zárt rendszerek esetében, ahol a detektálás bonyolultabb: a Kersia enzimatikus készítményeket alkalmaz a biofilm eltávolítására, és a különböző szakaszok után mintát vesz az utólagos mikrobiológiai elemzéshez. Az analízis módszere az ügyfelek igényeitől függően kerül kiválasztásra. A mikroorganizmusok számszerűsítésétől az azonosításukig minden lehetséges. [1] FDA-regulated, as reported by Swiss Re [2] Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture [3] US Grocery Manufacturers report, Association survey of 36 international companies, 2011