Biofilm adalah kumpulan sel mikroorganisme, khususnya bakteri, yang melekat di suatu permukaan dan diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dikeluarkan oleh bakteri.Biofilm terbentuk karena mikroorganisme cenderung menciptakan lingkungan mikro dan relung (niche) mereka sendiri. Biofilm memerangkap nutrisi untuk pertumbuhan populasi mikroorganisme dan membantu mencegah lepasnya sel-sel dari permukaan pada sistem yang mengalir. Permukaan sendiri adalah habitat yang penting bagi mikroorganisme karena nutrisi dapat terjerap pada permukaan sehingga kandungan nutrisinya dapat lebih tinggi daripada di dalam larutan. Konsekuensinya, jumlah dan aktivitas mikroba pada permukaan biasanya lebih tinggi daripada di air.
Hingga tahun 1980-an, mode pertumbuhan dengan biofilm lebih dianggap sebagai sesuatu yang menarik saja dan bukan sebagai suatu studi ilmiah yang serius. Namun, bukti-bukti yang terkumpul kemudian menunjukkan bahwa pembentukan biofilm lebih disukai oleh mikroorganisme, dan hampir semua permukaan yang terkena kontak dengan mikrob dapat mendukung pembentukan biofilm sehingga memengaruhi kehidupan manusia.Atas dasar tersebut, studi mengenai biofilm menjadi lebih intensif. Selain bakteri, mikroorganisme lainnya seperti alga dan khamir (fungi bersel satu) juga dapat membentuk biofilm, namun biofilm bakteri adalah yang paling banyak dipelajari dan dirujuk sebagai contoh.
Asal Usul
Asal-usul biofilm dapat ditelusuri hingga 3,5 milyar tahun yang lalu berdasarkan fosil biofilm yang ditemukan di Afrika bagian selatan dan Australia Barat. Fosil biofilm tersebut berbentuk stromatolit (Bahasa Yunani stroma, "tempat tidur", dan lithos, "batu") yaitu kubah bergaris-garis yang tersusun dari batuan sedimen yang sangat mirip dengan kerak berlapis-lapis, yang sekarang ini terbentuk pada dasar rawa berair asin dan beberapa laguna laut hangat oleh koloni bakteri dan sianobakteri.
Biofilm terbentuk karena prakarsa koloni bakteri dan sianobakteri yang melekat pada batuan tersebut. Sampai saat ini, fosil tersebut adalah fosil organisme hidup tertua yang diketahui sehingga biofilm diperkirakan sudah ada pada awal mula kehidupan di bumi.
Struktur dari suatu biofilm adalah unik tergantung dari lingkungan tempatnya berada, contohnya adalah kandungan nutrisi dan keadaan fisik. Selain itu, di alam, sangat jarang terdapat biofilm yang hanya terdiri dari satu spesies, biasanya biofilm tersusun dari beberapa spesies dalam lapisan-lapisan yang berbeda. Biasanya mikroorganisme fotosintetik ada di permukaan paling atas, mikroorganisme kemoorganotrof anaerob fakultatif di bagian tengah, sedangkan di bagian dasar adalah mikroorganisme anaerob pereduksi sulfat.
Pada bagian atas, cahaya matahari lebih mudah didapat sehingga dapat digunakan untuk fotosintesis, sedangkan bagian tengah dapat dihuni oleh mikrob kemoorganotrof fakultatif anaerob karena dapat mentolerir kandungan udara yang sedikit serta banyak dapat mengakses bahan organik sebagai sumber energinya. Pada bagian dasar, tidak terdapat kandungan udara sehingga mikrob anaerob pereduksi sulfat dapat tumbuh dan energi dengan cara mereduksi sulfat. Pemodelan habitat mikrob-mikrob tersebut dapat diamati menggunakan Kolom Winogradsky. Struktur biofilm yang lebih kompleks dapat berbentuk empat dimensi (x,y,z, dan waktu) dengan agregat sel, pori-pori, dan saluran penghubung.Tergantung dari kondisi lingkungannya, biofilm dapat menjadi sangat besar dan tebal sehingga dapat dilihat dengan mata telanjang contohnya pada lingkungan air laut dapat terbentuk stromatolit. Struktur dan ukuran biofilm sangat bergantung pada konsentrasi substrat.
Ada 5 tahap pembentukan biofilm yaitu:
Pelekatan awal: mikrob melekat pada permukaan suatu benda dan dapat diperantarai oleh fili (rambut halus sel) contohnya pada P.aeruginosa.
Pelekatan permanen: mikrob melekat dengan bantuan eksopolisakarida (EPS).
Maturasi I: proses pematangan biofilm tahap awal.
Maturasi II: proses pematangan biofilm tahap akhir, mikrob siap untuk menyebar.
Dispersi: Sebagian bakteri akan menyebar dan berkolonisasi di tempat lain.
Pemicu pembentukkan biofilm salah satunya adalah kondisi lingkungan yang kurang menguntungkan atau mencekam. Contohnya adalah produksi EPS oleh Escherichia coli berupa asam dan P. aeruginosa saat ketersediaan nutrisi menipis.
Pengaruh negatif terhadap manusia
Karies gigi
Karies gigi dapat disebabkan oleh biofilm dari matriks glukan yang dibentuk Streptococcus mutans. Biofilm tersebut melapisi enamel sehingga bakteri lain juga dapat melekat pada matriks tersebut dan membentuk plak gigi.Tingkat aktivitas karies gigi dapat ditentukan menggunakan S. mutans sebagai indikator, caranya adalah menumbuhkan S. mutans dari sampel air liur (dari kelenjar saliva di mulut)
pada medium buatan lalu dihitung jumlah koloni yang tumbuh. Bila jumlah S. mutans>106/ml maka tingkat aktivitas karies gigi tinggi, sedangkan S. mutans<105/ml maka aktivitas karies gigi termasuk rendah.
Fibrosis sistik
Penyakit ini disebabkan oleh P. aeruginosa yang membentuk biofilm pada paru-paru sehingga menimbulkan gejala pneumonia.
Biofilm pada peralatan medis
Peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter dan sendi buatan sangat rentan terhadap pembentukan biofilm. Contoh mikrob yang sering ditemui membentuk biofilm pada selang kateter adalah Candida albicans.
Mikroorganisme ini adalah khamir patogen yang menyebabkan infeksi dan penyakit yang membahayakan jiwa pada orang-orang dengan sistem imun yang kurang baik, namun dalam keadaan sistem imun yang normal, C. albicans adalah mikroflora normal pada manusia yang tinggal di dalam mulut, saluran pencernaan, dan saluran alat kelamin.mBiofilm C. albicans merugikan manusia saat terbentuk pada peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter, dan sendi buatan yang kemudian dapat menyebabkan infeksi sistemik. Komponen utama penyusun biofilm adalah matriks ekstraseluler (di luar sel) berupa β-1,3 glukan yang pembentukkannya dikodekan oleh gen (susunan DNA yang menyandikan protein) ZAP1. Penanganan biofilm C. albicans tidak mudah karena resisten terhadap berbagai macam obat antifungi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar