बायोफिल्म एक या एक से अधिक प्रकार के सूक्ष्मजीवों का एक समूह है जो कई अलग-अलग सतहों पर विकसित हो सकते हैं। बायोफिल्म बनाने वाले सूक्ष्मजीवों में बैक्टीरिया, कवक और प्रोटिस्ट शामिल हैं।
एक बायोफिल्म दंत पट्टिका का एक आम उदाहरण, बैक्टीरिया का एक घिनौना बिल्डअप जो दांतों की सतहों पर बनता है। तालाब मैल एक और उदाहरण है। बायोफिल्म खनिज और धातुओं पर बढ़ते पाए गए हैं। वे पानी के नीचे, जमीन के नीचे और जमीन के ऊपर पाए गए हैं। वे पौधे के ऊतकों और जानवरों के ऊतकों पर, और प्रत्यारोपित चिकित्सा उपकरणों जैसे कि कैथेटर और पेसमेकर पर विकसित कर सकते हैं।
इन विशिष्ट सतहों में से प्रत्येक में एक आम परिभाषित विशेषता है: वे गीले हैं। माइक्रोबे मैगज़ीन में प्रकाशित 2007 के एक लेख के अनुसार, ये पर्यावरण "समय-समय पर या लगातार पानी से ग्रस्त हैं।" बायोफिल्म नम या गीली सतहों पर पनपे।
बायोफ़िल्म्स ने बहुत लंबे समय तक ऐसे वातावरण में खुद को स्थापित किया है। 2004 में जर्नल नेचर रिव्यू माइक्रोबायोलॉजी में प्रकाशित एक लेख के अनुसार, लगभग 3.25 बिलियन साल पहले बायोफिल्म्स के जीवाश्म साक्ष्य। उदाहरण के लिए, ऑस्ट्रेलिया में पिलबारा क्रेटन के 3.2 बिलियन साल पुरानी गहरे समुद्र में जल-प्रवाही चट्टानों में बायोफिल्म पाए गए हैं। इसी तरह के बायोफिल्म हाइड्रोथर्मल वातावरण में पाए जाते हैं जैसे कि हॉट स्प्रिंग्स और डीप-सी वेंट्स।
बायोफिल्म का निर्माण
बायोफिल्म का गठन तब शुरू होता है जब मुक्त-तैरने वाले सूक्ष्मजीव जैसे बैक्टीरिया एक उपयुक्त सतह के संपर्क में आते हैं और जड़ों को नीचे रखना शुरू करते हैं, इसलिए बोलने के लिए। अटैचमेंट का यह पहला चरण तब होता है जब मोंटाना स्टेट यूनिवर्सिटी में सेंटर फॉर बायोफिल्म इंजीनियरिंग के अनुसार सूक्ष्मजीव एक अतिरिक्त कोशिकीय बहुलक पदार्थ (ईपीएस) के रूप में जाना जाता है। एक ईपीएस शर्करा, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड (जैसे डीएनए) का एक नेटवर्क है। यह बायोफिल्म में सूक्ष्मजीवों को एक साथ चिपकाने में सक्षम बनाता है।
अनुलग्नक विकास की अवधि के बाद है। सूक्ष्मजीवों और ईपीएस की आगे की परतें पहली परतों पर निर्मित होती हैं। अंततः, बायोफिल्म इंजीनियरिंग के लिए केंद्र के अनुसार, वे एक बल्बनुमा और जटिल 3 डी संरचना बनाते हैं। माइक्रोब्ले के लेख के अनुसार, पानी के चैनल बायोफिल्म्स को तोड़ते हैं और पोषक तत्वों और अपशिष्ट उत्पादों के आदान-प्रदान की अनुमति देते हैं।
एकाधिक पर्यावरणीय परिस्थितियां यह निर्धारित करने में मदद करती हैं कि बायोफिल्म किस हद तक बढ़ता है। ये कारक यह भी निर्धारित करते हैं कि यह कोशिकाओं की केवल कुछ परतों से बना है या काफी अधिक है। "यह वास्तव में बायोफिल्म पर निर्भर करता है," मोंटाना स्टेट यूनिवर्सिटी-बोज़मैन में रसायन और जैविक इंजीनियरिंग विभाग में एक प्रोफेसर रॉबिन गरलच ने कहा। उदाहरण के लिए, ईपीएस की एक बड़ी मात्रा में उत्पादन करने वाले सूक्ष्मजीव काफी मोटी जैव ईंधन में विकसित हो सकते हैं, भले ही उनके पास बहुत सारे पोषक तत्व न हों। दूसरी ओर, सूक्ष्मजीवों के लिए जो ऑक्सीजन पर निर्भर करते हैं, उपलब्ध राशि उन्हें कितना विकसित कर सकती है, को सीमित कर सकती है। एक अन्य पर्यावरणीय कारक "कतरनी तनाव" की अवधारणा है। "यदि आपके पास बायोफिल्म में बहुत अधिक प्रवाह है, जैसे कि एक नाले में, बायोफिल्म आमतौर पर काफी पतला होता है। यदि आपके पास धीमी गति से बहने वाले पानी में बायोफिल्म है, तो तालाब की तरह, यह बहुत मोटी हो सकती है," जेरलाच ने समझाया।
अंत में, एक बायोफिल्म के भीतर की कोशिकाएं गुना को छोड़ सकती हैं और एक नई सतह पर खुद को स्थापित कर सकती हैं। या तो कोशिकाओं का एक समूह टूट जाता है, या अलग-अलग कोशिकाएं बायोफिल्म से बाहर निकल जाती हैं और एक नए घर की तलाश करती हैं। इस बाद की प्रक्रिया को बायोफिल्म इंजीनियरिंग के लिए केंद्र के अनुसार "सीडिंग फैलाव" के रूप में जाना जाता है।
बायोफिल्म क्यों बनाते हैं?
सूक्ष्मजीवों के लिए, बायोफिल्म के एक भाग के रूप में रहना कुछ फायदे के साथ आता है। "रोगाणुओं के समुदाय आमतौर पर तनाव के लिए अधिक लचीला होते हैं," जेरलाच ने लाइव साइंस को बताया। संभावित तनाव में पानी की कमी, उच्च या निम्न पीएच, या एंटीबायोटिक दवाओं, रोगाणुरोधी या भारी धातुओं जैसे सूक्ष्मजीवों से विषाक्त पदार्थों की उपस्थिति शामिल है।
बायोफिल्म की कठोरता के लिए कई संभावित स्पष्टीकरण हैं। उदाहरण के लिए, घिनौना ईपीएस कवर एक सुरक्षात्मक बाधा के रूप में कार्य कर सकता है। यह निर्जलीकरण को रोकने या पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश के खिलाफ ढाल के रूप में कार्य करने में मदद कर सकता है। इसके अलावा, हानिकारक पदार्थ जैसे कि एंटीमाइक्रोबियल, ब्लीच या धातुएं ईपीएस के संपर्क में आने पर या तो बाध्य या बेअसर हो जाती हैं। 2004 में, प्रकृति समीक्षा माइक्रोबायोलॉजी में 2004 के लेख के अनुसार, वे बायोफिल्म में विभिन्न कोशिकाओं तक पहुंचने से पहले अच्छी तरह से घातक नहीं होते हैं।
फिर भी, कुछ एंटीबायोटिक दवाओं के लिए ईपीएस में घुसना और बायोफिल्म की परतों के माध्यम से अपना रास्ता बनाना संभव है। यहां, एक और सुरक्षात्मक तंत्र खेल में आ सकता है: बैक्टीरिया की उपस्थिति जो शारीरिक रूप से निष्क्रिय हैं। अच्छी तरह से काम करने के लिए, सभी एंटीबायोटिक्स को कुछ हद तक सेलुलर गतिविधि की आवश्यकता होती है। इसलिए, यदि बैक्टीरिया शारीरिक रूप से निष्क्रिय होने लगे हैं, तो एंटीबायोटिक को बाधित करने के लिए बहुत कुछ नहीं है।
एंटीबायोटिक दवाओं के खिलाफ सुरक्षा का एक और तरीका विशेष बैक्टीरिया कोशिकाओं की उपस्थिति है जिन्हें "जारी रहता है" के रूप में जाना जाता है। ऐसे बैक्टीरिया विभाजित नहीं होते हैं और कई एंटीबायोटिक दवाओं के प्रतिरोधी हैं। 2010 में जीवविज्ञान में कोल्ड स्प्रिंग हार्बर पर्सपेक्टिव्स नामक जर्नल में प्रकाशित एक लेख के अनुसार, एंटीबायोटिक दवाओं के लक्ष्यों को अवरुद्ध करने वाले पदार्थों का उत्पादन करके "जारी रहता है"।
सामान्य तौर पर, जैव ईंधन के रूप में एक साथ रहने वाले सूक्ष्मजीव अपने विभिन्न सामुदायिक सदस्यों की उपस्थिति से लाभान्वित होते हैं। गेरलाच ने ऑटोट्रॉफ़िक और हेटरोट्रॉफ़िक सूक्ष्मजीवों के उदाहरण का हवाला दिया जो बायोफ़िल्म में एक साथ रहते हैं। ऑटोट्रॉफ़्स, जैसे कि प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया या शैवाल, जैविक (कार्बन युक्त) सामग्री के रूप में अपना भोजन बनाने में सक्षम हैं, जबकि हेटरोट्रोफ़्स अपने स्वयं के भोजन का उत्पादन नहीं कर सकते हैं और कार्बन के बाहरी स्रोतों की आवश्यकता होती है। "इन बहु-जीव समुदायों में, वे अक्सर फ़ीड पार करते हैं," उन्होंने कहा।
बायोफिल्म और हमें
पर्यावरण की विशाल रेंज को देखते हुए जिसमें हम जैव-ईंधन का सामना करते हैं, यह कोई आश्चर्य की बात नहीं है कि वे मानव जीवन के कई पहलुओं को प्रभावित करते हैं। नीचे कुछ उदाहरण दिए गए हैं।
स्वास्थ्य और रोग
जैसे-जैसे अनुसंधान आगे बढ़ा है, जैव-जीवाणु - जीवाणु और कवक - को विभिन्न स्वास्थ्य स्थितियों में फंसाया गया है। 2002 में अनुदान आवेदनों के लिए कॉल, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ (NIH) ने कहा कि बायोफिल्म का हिसाब "शरीर में 80 प्रतिशत से अधिक माइक्रोबियल संक्रमण के लिए है।"
बायोफिल्म प्रत्यारोपित चिकित्सा उपकरणों जैसे कि प्रोस्थेटिक हार्ट वाल्व, संयुक्त प्रोस्थेटिक्स, कैथेटर्स और पेसमेकर पर विकसित कर सकते हैं। यह बदले में संक्रमण की ओर जाता है। इस घटना को पहली बार 1980 के दशक में नोट किया गया था जब बैक्टीरिया बायोफिल्म अंतःशिरा कैथेटर और पेसमेकर पर पाए गए थे। बैक्टीरियल बायोफिल्म्स को सिस्टिक फाइब्रोसिस वाले संक्रामक एंडोकार्डिटिस और निमोनिया के कारण भी जाना जाता है, 2004 में प्रकृति समीक्षा माइक्रोबायोलॉजी के अन्य संक्रमणों के लेख के अनुसार।
स्टैनफोर्ड के माइक्रोबायोलॉजी एंड इम्यूनोलॉजी के प्रोफेसर एसी मतीन ने कहा, "बायोफिल्म के बनने का एक बड़ा कारण यह है कि एक बायोफिल्म के भीतर, बैक्टीरिया एंटीबायोटिक दवाओं और अन्य प्रमुख कीटाणुनाशक के लिए प्रतिरोधी होते हैं, जिन्हें आप उन्हें नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल कर सकते हैं।" विश्वविद्यालय। वास्तव में, जब फ्री-फ्लोटिंग बैक्टीरिया की तुलना में, बायोफिल्म के रूप में बढ़ने वाले लोग माइक्रोबे के लेख के अनुसार, एंटीबायोटिक्स और अन्य जैविक और रासायनिक एजेंटों के लिए 1,500 गुना अधिक प्रतिरोधी हो सकते हैं। माटिन ने जीवाणुओं के बीच एंटीबायोटिक प्रतिरोध में सामान्य वृद्धि के साथ मिलकर बायोफिल्म प्रतिरोध को "डबल व्हैमी" के रूप में वर्णित किया और संक्रमण के इलाज के लिए एक बड़ी चुनौती थी।
फंगल बायोफिल्म्स भी प्रत्यारोपित उपकरणों पर बढ़ कर संक्रमण पैदा कर सकते हैं। खमीर प्रजातियां जैसे कि जीनस के सदस्य कैंडिडा 2014 में मेडिसिन में कोल्ड स्प्रिंग हार्बर पर्सपेक्टिव्स नामक पत्रिका में प्रकाशित एक लेख के अनुसार स्तन प्रत्यारोपण, पेसमेकर और प्रोस्थेटिक कार्डियक वाल्व विकसित करना। कैंडिडा प्रजातियां मानव शरीर के ऊतकों पर भी विकसित होती हैं, जिससे योनिनाइटिस (योनि की सूजन) और ऑरोफरीन्जियल कैंडिडिआसिस (मुंह या गले में विकसित होने वाला खमीर संक्रमण) जैसी बीमारियां होती हैं। हालांकि, लेखक ध्यान दें कि इन उदाहरणों में दवा प्रतिरोध नहीं दिखाया गया था।
जैविक उपचार
कभी-कभी, बायोफिल्म उपयोगी होते हैं। "बायोरेमेडिएशन, सामान्य तौर पर, जीवित जीवों या उनके उत्पादों का उपयोग होता है - उदाहरण के लिए, एंजाइम - हानिकारक यौगिकों का इलाज या नीचा दिखाने के लिए," गेरलाच ने कहा। उन्होंने कहा कि बायोफिल्म का उपयोग अपशिष्ट जल, क्रोमेट जैसे भारी धातु संदूषक, टीएनटी जैसे विस्फोटक और यूरेनियम जैसे रेडियोधर्मी पदार्थों के उपचार में किया जाता है। "सूक्ष्मजीव या तो उन्हें नीचा दिखा सकते हैं, या उनकी गतिशीलता या उनकी विषाक्त स्थिति को बदल सकते हैं और इसलिए उन्हें पर्यावरण और मनुष्यों के लिए कम हानिकारक बनाते हैं," उन्होंने कहा।
बायोफिल्म का उपयोग करते हुए नाइट्रिफिकेशन अपशिष्ट जल उपचार का एक रूप है। नाइट्रिफिकेशन के दौरान, अमोनिया को ऑक्सीकरण के माध्यम से नाइट्राइट और नाइट्रेट्स में बदल दिया जाता है। जर्नल रिसर्च रिसर्च में प्रकाशित 2013 के एक लेख के अनुसार, यह ऑटोट्रोफिक बैक्टीरिया द्वारा किया जा सकता है, जो प्लास्टिक सतहों पर बायोफिल्म के रूप में विकसित होता है। ये प्लास्टिक की सतहें केवल कुछ सेंटीमीटर आकार की होती हैं और पानी के माध्यम से सभी को वितरित की जाती हैं।
विस्फोटक TNT (2,4,6-Trinitrotoluene) को मिट्टी, सतह का पानी और भूजल प्रदूषक माना जाता है। टीएनटी की रासायनिक संरचना में बेंजीन (छह कार्बन परमाणुओं से बना एक षट्कोणीय सुगंधित वलय) होता है, जो तीन नाइट्र समूह (NO) से जुड़ा होता है2) और एक मिथाइल समूह (सीएच)3)। एप्लाइड एंड एनवायरनमेंटल माइक्रोबायोलॉजी जर्नल में प्रकाशित 2007 के एक लेख के अनुसार, सूक्ष्मजीवों ने टीएनटी को घटाया। अधिकांश सूक्ष्मजीव तीन नाइट्रो समूहों को कम करते हैं, जबकि कुछ सुगंधित अंगूठी पर हमला करते हैं। शोधकर्ताओं ने - अराट जिगंशिन, रॉबिन गेरलाच और उनके सहयोगियों ने पाया कि खमीर तनाव यरोविया लिपोलिटिका दोनों तरीकों से टीएनटी को नीचा दिखाने में सक्षम था, हालांकि मुख्य रूप से सुगंधित अंगूठी पर हमला करके।
माइक्रोबियल ईंधन कोशिकाएं
माइक्रोबियल ईंधन कोशिकाएं जैविक कचरे को बिजली में बदलने के लिए बैक्टीरिया का उपयोग करती हैं। जेरलाच ने कहा कि रोगाणु एक इलेक्ट्रोड की सतह पर रहते हैं और इस पर इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करते हैं, अंततः एक करंट पैदा करते हैं। यूनिवर्सिटी ऑफ़ सदर्न कैलिफ़ोर्निया की एक ऑनलाइन पत्रिका इलुमिन में प्रकाशित 2011 के एक लेख में कहा गया है कि माइक्रोबियल ईंधन कोशिकाओं को बनाने वाले बैक्टीरिया भोजन और शारीरिक कचरे को तोड़ते हैं। यह शक्ति का एक कम लागत वाला स्रोत और स्वच्छ टिकाऊ ऊर्जा प्रदान करता है।
संशोधनचालू
हमारी दुनिया बायोफिल्म्स के साथ काम कर रही है। वास्तव में, २००४ की प्रकृति प्रकृति माइक्रोबायोलॉजी के लेख के अनुसार, २० वीं शताब्दी के मध्य तक, जीवाणु संस्कृतियों को धारण करने वाले कंटेनरों की अंदरूनी सतहों पर, तरल संस्कृति में स्वतंत्र रूप से तैरने की तुलना में अधिक बैक्टीरिया पाए गए। इन जटिल माइक्रोबियल संरचनाओं को समझना अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है।
जेरलाच ने कहा, "बायोफिल्म अद्भुत समुदाय हैं। कुछ लोगों ने उनकी तुलना बहुकोशिकीय जीवों से की है क्योंकि एकल कोशिकाओं के बीच बहुत अधिक बातचीत होती है," जेरलाच ने कहा। "हम उनके बारे में सीखना जारी रख रहे हैं, और हम उन्हें बेहतर तरीके से नियंत्रित करने के बारे में सीखना जारी रख रहे हैं, दोनों ही कम प्रतिबंध के लिए, चिकित्सा के क्षेत्र में, या बायोरेमेडिएशन के रूप में बढ़े हुए लाभ के लिए। हम बाहर नहीं जा रहे हैं। उस क्षेत्र में दिलचस्प सवाल। "
