Biofilm – stałe źródło mikroorganizmów i potencjalnie patogenów

Czym jest biofilm?

Biofilmy to złożone społeczności mikroorganizmów, które przylegają do powierzchni i są otoczone macierzą zewnątrzkomórkowych substancji polimerowych (EPS).
EPS odgrywa kluczową rolę w tworzeniu, stabilności i ochronie biofilmów.
W zależności od warunków środowiskowych, biofilm może składać się z Listeria monocytogenes, Bacillus cereus i mykoidów, Salmonella spp, Campylobacter, Pseudomonas aeruginosa, Leuconostoc lub Cronobacter (Enterobacter sakazakii) budujące matrycę biofilmu (polimery organiczne, polisacharydy, białka, DNA, lipidy itp.) oraz inne (patogenne) mikroorganizmy, fagi, enzymy psucia, zarodniki, pleśnie i drożdże, które żyją wewnątrz matrycy.
Dzięki tej strukturze biofilmy są bardziej odporne na substancje biobójcze w porównaniu do tych samych bakterii w środowisku płynnym.
Ta złożona konstrukcja zapewnia przetrwanie nawet w ekstremalnych warunkach.

3 etapy powstawania biofilmu

1. Adhezja/przyczepność Na tym etapie poszczególne mikroorganizmy po raz pierwszy wchodzą w kontakt z powierzchnią i zaczynają do niej przylegać.
To początkowe przyleganie jest odwracalne i słabe.
Mikroorganizmy mogą wykorzystywać wici, pili lub inne przydatki w celu ułatwienia przylegania.
Gdy więcej mikroorganizmów gromadzi się i przyczepia do powierzchni, zaczynają wytwarzać zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe (EPS), które tworzą ochronną matrycę wokół biofilmu.

2. W miarę rozwoju biofilmu mikroorganizmy w jego społeczności zaczynają rosnąć i namnażać się.
Matryca EPS staje się bardziej rozległa i złożona, zapewniając stabilność strukturalną biofilmu.
Mikroorganizmy w społeczności biofilmu zaczynają komunikować się poprzez proces zwany quorum sensing, w którym uwalniają cząsteczki sygnałowe, aby koordynować swoje zachowanie.
Komunikacja ta pomaga regulować ekspresję genów, prowadząc do tworzenia wyspecjalizowanych mikrośrodowisk w obrębie biofilmu.
Na tym etapie biofilm staje się wysoce odporny na środki przeciwdrobnoustrojowe i odpowiedź immunologiczną gospodarza.

3. Dyspersja Etap dyspersji, w którym mikroorganizmy w biofilmie odrywają się od biofilmu, można z grubsza podzielić na dyspersję aktywną i pasywną.
Dyspersja pasywna występuje, gdy części biofilmu naturalnie odpadają z powodu sił fizycznych lub warunków środowiskowych.
Na etapie aktywnej dyspersji niektóre mikroorganizmy w biofilmie ulegają zmianom fizjologicznym i inicjują proces odrywania się od biofilmu.
Wiąże się to z produkcją enzymów i środków powierzchniowo czynnych, które pomagają uwolnić pojedyncze mikroorganizmy lub skupiska komórek z biofilmu.
Po rozproszeniu mikroorganizmy mogą kolonizować nowe powierzchnie i inicjować tworzenie nowych biofilmów.

Zdolność biofilmów do rozprzestrzeniania się jest ważną strategią przetrwania dla mikroorganizmów w biofilmie.
Umożliwia im kolonizację nowych środowisk lub ucieczkę z niekorzystnych warunków.
Tak więc biofilm jest stałym źródłem zanieczyszczenia ze względu na nieprzewidywalne uwalnianie mikroorganizmów.

Biofilm w przemyśle spożywczym

Straty ekonomiczne spowodowane przez biofilm są ogromne.
47% przypadków wycofania żywności jest związanych z biofilmem, 1,3 miliarda ton żywności trafia do odpadów z powodu zanieczyszczenia, a średni bezpośredni wpływ finansowy (ponowna wysyłka i utrata sprzedaży) wynosi 30 milionów euro.
W Stanach Zjednoczonych co tydzień wycofuje się 30 produktów, z czego 27% z powodu niezadeklarowanych alergenów, 27% z powodu salmonelli, 10% z powodu Listerii, 10% z powodu niezadeklarowanych substancji i 26% z innych powodów [1, 2, 3]. [Biofilm stanowi więc ważną kwestię dla przemysłu spożywczego, ponieważ ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo i przydatność żywności .
Biofilm ma również wpływ na instalacje zakładowe: może powodować opór przepływu płynów w rurach i CIP, zwiększając chropowatość powierzchni.
Tworzenie się szlamu zmniejsza wydajność cieplną w wymiennikach ciepła.
Może również pojawić się gaz i nieprzyjemny zapach.
Biofilm powoduje również korozję powierzchni metalowych, co może prowadzić do uwalniania mikrocząstek i pierwiastków stopowych.

Biofilm w systemie wodnym

Biofilmy łatwo rozwijają się w instalacjach wodnych, ponieważ zawierają wiele rozgałęzień i są trudne do czyszczenia, co ułatwia biofilmowi przyczepianie się do mokrych powierzchni systemu dystrybucji wody.
W takich okolicznościach bakterie wpływają na jakość wody i mogą powodować korozję.
Aby zapobiec ich rozwojowi, woda pitna jest uzdatniana, a jej jakość powinna być monitorowana.
Kersia oferuje rozwiązania do usuwania istniejących biofilmów poprzez zastosowanie specjalnych produktów enzymatycznych, które hydrolizują matrycę chroniącą biofilm, rozkładając materiały organiczne i rozpuszczając glebę mineralną i polisacharydy.

Biofilm na farmach

Biofilmy można znaleźć w różnych miejscach na farmach, ponieważ mogą rozwijać się na szerokiej gamie powierzchni, na których obecna jest woda, składniki odżywcze i mikroorganizmy.
Niektóre typowe miejsca, w których można znaleźć biofilmy na farmach, obejmują:

  • Systemy wodne: Biofilmy często tworzą się w systemach dystrybucji wody, takich jak rury irygacyjne, węże i zbiorniki, gdzie przepływ wody jest powolny lub stagnacyjny.
  • Pomieszczenia inwentarskie: Biofilmy mogą rozwijać się na powierzchniach w pomieszczeniach dla zwierząt, takich jak koryta paszowe, poidła i ściany, gdzie materiały organiczne stanowią źródło składników odżywczych dla rozwoju drobnoustrojów.
  • Systemy obsługi obornika: Biofilmy mogą tworzyć się w miejscach przechowywania obornika, w tym w dołach, lagunach i rynnach, gdzie obecna jest materia organiczna z odpadów zwierzęcych.
  • Silosy i pojemniki magazynowe: Rolnicze konstrukcje magazynowe mogą być również siedliskiem biofilmów na powierzchniach mających kontakt z przechowywanymi ziarnami, paszami lub innymi materiałami organicznymi.

Zapobieganie tworzeniu się biofilmu ma kluczowe znaczenie dla utrzymania zdrowia zwierząt i produktywności środowiska hodowlanego oraz uniknięcia wprowadzenia patogenów (przenoszonych przez żywność) do łańcucha żywnościowego.

Kontrola biofilmu – podejście metodologiczne

Kontrola biofilmu – krytyczne i metodologiczne podejście niezbędne do utrzymania czystości i higieny w różnych branżach – od gospodarstwa rolnego do stołu.
Biofilmy, społeczności mikroorganizmów zamknięte w ochronnej matrycy, stanowią poważne wyzwanie w wielu środowiskach, od gospodarstw rolnych i zakładów przetwórstwa spożywczego po obiekty gastronomiczne.
Kersia oferuje porady i rozwiązania, aby skutecznie sprostać tym wyzwaniom poprzez trójwymiarowe podejście ukierunkowane na

  • Środki zapobiegawcze przeciwko tworzeniu się biofilmu
  • Wykrywanie i charakterystyka biofilmu
  • Usuwanie biofilmu

Środki zapobiegawcze przeciwko tworzeniu się biofilmu

  • Zapobiegaj przyleganiu, pierwszemu etapowi cyklu życia biofilmu, poprzez higieniczne projektowanie powierzchni i urządzeń, właściwą konserwację, a w razie potrzeby wymianę.
  • Unikaj w miarę możliwości organicznych i mineralnych zabrudzeń powierzchni, które ułatwią przyleganie i rozwój biofilmu.
    Wymaga to, aby odpowiednie procedury czyszczenia, wstępnie zdefiniowane i zatwierdzone, były przeprowadzane codziennie, ale także odpowiedniego monitorowania i weryfikacji w celu wykrycia wszelkich odchyleń.

Wykrywanie i charakterystyka biofilmu

Biofilmy mogą jednak powstawać, ale ich obecność jest często trudna do potwierdzenia i zlokalizowania.
Plan kontroli musi uwzględniać ten możliwy wynik, co zmniejszy czułość planu pobierania próbek.
Obecność biofilmu należy podejrzewać w przypadku napotkania nietypowego wzorca zanieczyszczenia, zazwyczaj z pseudolosową serią niezgodnych wyników, oraz gdy inne racjonalnie możliwe przyczyny zostały wykluczone przez analizę przyczyn źródłowych.
Podczas gdy możliwe jest wizualne ujawnienie obecności biofilmu na powierzchniach przy użyciu zestawu do wykrywania Kersia, w obwodach obecność biofilmu jest trudna do potwierdzenia, ponieważ nie można uzyskać do niego bezpośredniego dostępu, ale można go wykryć poprzez pobieranie próbek podczas obróbki enzymatycznej.

Usuwanie biofilmu

  Usuwanie biofilmu przy użyciu standardowych protokołów chemicznych jest trudniejsze niż w przypadku konwencjonalnych gleb, a ponieważ zazwyczaj mamy do czynienia z dojrzałym biofilmem, konieczne staje się leczenie enzymatyczne.
W zależności od sytuacji można również rozważyć okresowe leczenie zapobiegawcze, mające na celu zajęcie się tworzącym się biofilmem przed oderwaniem lub rozproszeniem bakterii.
Detergencja enzymatyczna jest specjalnie zaprojektowana do zwalczania biofilmu, przy użyciu enzymów wybranych do rozbijania macierzy uwięzionych bakterii.
Ponieważ większa liczba bakterii jest prawdopodobnie uwalniana z biofilmu podczas detergencji enzymatycznej, dezynfekcja musi być starannie przeprowadzona, aby upewnić się, że ich liczba jest odpowiednio zredukowana do odpowiedniego poziomu zanieczyszczenia przed dalszym przetwarzaniem żywności.

Biofilm przed leczeniem

1 – Degradacja enzymatyczna

2 – Zastosowanie środka dezynfekującego Kersia z utleniaczem

Powiązane artykuły

How to remove contaminants from delicate surfaces mitigating any damage ?