Biofilm – stałe źródło drobnoustrojów i potencjalnie patogenów

Czym jest biofilm?

Biofilmy to złożone kolonie drobnoustrojów, które przytwierdzają się do powierzchnni i otaczają się matrycą polimerów zewnątrzkomórkowych (extracellular polymeric substances, EPS). EPS odgrywają kluczową rolę w tworzeniu się, stabilności i ochronie biofilmów. W zależności od warunków środowiska biofilm może się składać z LListeria monocytogenes, Bacillus cereus i mycoides, Salmonella spp., Campylobacter, Pseudomonas aeruginosa, Leuconostoc lub Cronobacter (Enterobacter sakazakii) , które tworzą matrycę biofilmu (polimery organiczne, polisacharydy, białka, DNA, lipidy itp.) oraz innych (patogennych) drobnoustrojów, fagów, enzymów wywołujących psucie się, spor, pleśni i drożdży żyjących wewnątrz matrycy. Za sprawą tej struktury biofilmy są o wiele bardziej oporne na substancje biobójcze niż te same bakterie w środowisku płynnym. Ta złożona konstrukcja umożliwia przetrwanie nawet w ekstremalnych warunkach.

3 fazy rozwoju biofilmu

1. Adhezja / przytwierdzanie się Na tym etapie pojedyncze drobnoustroje wchodzą w styczność z powierzchnią i zaczynają się do niej przytwierdzać. Ta początkowa adhezja jest słaba i odwracalna. Do łatwiejszego przytwierdzania się drobnoustroje mogą wykorzystywać wici, fimbrie lub inne przydatki. W miarę jak coraz więcej drobnoustrojów gromadzi się i przytwierdza do podłoża, zaczynają wytwarzać polimery zewnątrzkomórkowe (EPS), które tworzą wokół biofilmu ochronną matrycę.

2. Gromadzenie się / dojrzewanie W miarę rozwoju biofilmu drobnoustroje wewnątrz kolonii zaczynają się rozrastać i namnażać. Matryca EPS staje się większa i bardziej złożona, zapewniając strukturalną stabilność biofilmu. Drobnoustroje wewnątrz kolonii zaczynają się komunikować w procesie znanym jako wyczuwanie kworum, polegającym na uwalnianiu cząsteczek sygnałowych, które koordynują ich zachowanie. Taka komunikacja pomaga regulować ekspresję genów, co prowadzi do powstawania wewnątrz biofilmu wyspecjalizowanych mikrośrodowisk.Na tym etapie biofilm staje się wysoce oporny na działanie środków przeciwdrobnoustrojowych i reakcję układu odpornościowego gospodarza.

3. Dyspersja Faza dyspersji, w której drobnoustroje wewnątrz biofilmu się od niego oddzielają, może być aktywna lub pasywna. Do dyspersji pasywnej dochodzi, gdy części biofilmu odpadają wskutek sił fizycznych lub warunków środowiska. W fazie dyspersji niektóre drobnoustroje wewnątrz biofilmu ulegają przekształceniom fizjologicznym i zaczynają proces oddzielania się od biofilmu. Oddzielanie się aktywne obejmuje produkcję enzymów i środków powierzchniowo czynnych, które pomagają pojedynczym drobnoustrojom lub zespołom komórek oderwać się od biofilmu. Po rozproszeniu drobnoustroje mogą skolonizować kolejne powierzchnie i zainicjować tworzenie nowych biofilmów.

Zdolność biofilmów do dyspersji to istotna strategia przetrwania dla tworzących je drobnoustrojów. Dlatego ze względu na nieprzewidywalne uwalnianie się drobnoustrojów biofilm stanowi stałe źródło skażenia i infekcji.

Biofilm w przemyśle spożywczym

Straty ekonomiczne wywołane przez biofilm są gigantyczne. 47% przypadków wycofywania żywności wiąże się z biofilmem, 1,3 mld ton żywności jest marnowanych z powodu skażenia, a średni bezpośredni wpływ finansowy (wskutek transportu zwrotnego i utraconej sprzedaży) wynosi 30 mln euro. W Stanach Zjednoczonych w każdym tygodniu wycofywanych jest 30 produktów, w tym 27% z powodu niezgłoszonych alergenów, 27% z powodu salmonelli, 10% z powodu bakterii Listeria, 10% z powodu niezgłoszonych substancji, a 26% z innych powodów. ^{[1, 2, 3]} Biofilm stanowi zatem poważny problem dla przemysłu spożywczego, ponieważ ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo żywności i jej przydatność. Biofilm ma również wpływ na wyposażenie zakładów: przez zwiększenie nierówności powierzchni może stawiać opór dla przepływu płynów w rurach i CIP. Powstawanie szlamu pogarsza wydajność cieplną wymienników ciepła. Dodatkowo może dojść do powstawania gazów i nieprzyjemnego zapachu. Biofilm wywołuje też korozję powierzchni metalowych, co może powodować uwalnianie mikrocząstek i pierwiastków stopowych.

Biofilm w systemie doprowadzania wody

Biofilmy z łatwością rozwijają się w przemysłowych systemach doprowadzania wody, ponieważ obejmują one wiele odgałęzień i są trudne w czyszczeniu. Dlatego też biofilm z większą łatwością przytwierdza się do mokrych powierzchni systemów doprowadzania wody. W takich okolicznościach bakterie mają negatywny wpływ na jakość wody, a także mogą wywoływać korozję. Aby zapobiec ich rozwojowi, woda pitna jest uzdatniania, a jej jakość należy monitorować. Kersia oferuje rozwiązania do usuwania istniejących biofilmów przez zastosowanie specjalnych produktów enzymatycznych, które poddają hydrolizie matrycę chroniącą biofilm, rozkładając części organiczne i rozpuszczając minerały oraz polisacharydy.

Biofilm w gospodarstwach rolnych

Biofilmy spotyka w różnych miejscach w gospodarstwie rolnych, ponieważ mogą się rozwijać na rozmaitych powierzchniach z dostępem do wody, składników odżywczych i drobnoustrojów. Typowe miejsca, w których w gospodarstwie tworzy się biofilm, to między innymi:

systemy doprowadzania wody: biofilmy często tworzą się w systemach doprowadzania wody, takich jak rury irygacyjne, węże i zbiorniki, w których przepływ wody jest powolny albo w których jest woda stojąca;
budynki hodowlane: biofilmy mogą się rozwijać na powierzchniach w budynkach hodowlanych, na przykład w korytach z karmą, poidłach i na ścianach, gdzie substancje organiczne stanowią źródło pożywki dla rozwoju drobnoustrojów;
systemy usuwania obornika: biofilmy mogą się tworzyć w obszarach przechowywania obornika, takich jak zbiorniki i laguny na gnojowicę oraz korytarze gnojowe, gdzie występują substancje organiczne ze zwierzęcych odchodów;
silosy i zbiorniki do przechowywania: również struktury magazynowe mogą zostać zasiedlone przez biofilmy mające styczność z przechowywanym zbożem, paszą i innymi substancjami 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.}

Skuteczne usuwanie biofilmu i kontrolowanie jego powstawania

Usuwanie istniejącego biofilmu

Zniszczenie biofilmu zazwyczaj wymaga podejścia wieloaspektowego, ponieważ EPS mogą tworzyć barierę ochronną przeciwko środkom chemicznym. Istnieje kilka strategii i substancji chemicznych, które można wykorzystać do zaburzenia funkcjonowania biofilmu i rozkładu EPS.

1. Etap pierwszy: rozkład enzymatyczny Udowodniono, że niektóre enzymy rozkładają EPS wchodzące w skład biofilmów. Rozkładają one DNA zewnątrzkomórkowe i polisacharydy, co destabilizuje strukturę biofilmu. Rozkładają one DNA zewnątrzkomórkowe i polisacharydy, co destabilizuje strukturę biofilmu.

2. Etap drugi: zastosowanie środka dezynfekującego z substancją utleniającą (taką jak kwas nadoctowy) w celu wyeliminowania wszystkich zanieczyszczeń. zastosowanie środka dezynfekującego z substancją utleniającą (taką jak kwas nadoctowy) w celu wyeliminowania wszystkich zanieczyszczeń.

Biofilm przed czyszczeniem

1 • Rozkład enzymatyczny

2 • Zastosowanie środka dezynfekującego Kersia z substancją utleniającą

Wykrywanie biofilmu

Ze względu na duże zróżnicowanie drobnoustrojów tworzących biofilm jego wykrycie czy choćby zlokalizowanie może sprawiać problemy. Kersia oferuje usługę audytu w celu wykrycia biofilmów na powierzchni albo w układach zamkniętych. W przypadku układów zamkniętych, w których wykrywanie jest trudniejsze, Kersia stosuje produkty enzymatyczne do eliminacji biofilmu i pobiera próbki po poszczególnych etapach do kolejnych analiz mikrobiologicznych. Metoda analizy jest dobierana w zależności od potrzeb klienta. Dostępne są wszystkie możliwości, od ustalenia ogólnej liczby drobnoustrojów po ich identyfikację. [1] Zgodnie z regulacjami FDA, dane za Swiss Re [2] Organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa</em>
[3] Raport na temat amerykańskich producentów żywności, badanie przeprowadzone przez Stowarzyszenie w 36 firmach międzynarodowych, 2011