T
TonHageraats †
Guest
Met dank aan BigSmoke voor het delen van dit artikel.
Even een waarschuwing, het wordt wat taaie kost maar de conclusies zijn wel interessant, maar gelukkig lukt het zonder formules!
Bacteriën, die microscopisch kleine organismen leven echt overal! In de diepste oceanen onder gigantische drukken. Bij heetwaterbronnen bij temperaturen tegen en over de 100 C, ja zelfs in enorme aantallen op onze huid. Het is dan De Biofilm / Kaamlaag
ook niet verwonderlijk dat ook in een aquarium bacteriën in enorme aantallen voorkomen. Niet alleen in het water zelf maar ook op de ruiten, planten, bodem, enzovoorts.
Bij het opstarten van een aquarium zijn de bacteriën er al. Nu zoeken de meeste bacteriën een goede plaats om zich te vestigen en in het begin wordt dan ook elk oppervlak aangegrepen. Dit kan in de opstartfase zelfs het wateroppervlak zijn. Er vormt zich dan een kaamlaagje. Zo'n kaamlaagje zijn dus geen dode bacteriën zoals wel vaak wordt gedacht. Hierbij maken de bacteriën gebruik van de oppervlaktespanning van het water om zich aan het wateroppervlak te vestigen. Zo'n kaamlaagje is op zich een goed zichtbaar voorbeeld van een biofilm in een aquarium. Zo'n zelfde biofilm vormt zich dus ook op stenen, planten, ruiten en soms bij ongunstige omstandigheden zelfs op onze vissen!
Hoe vormt zich een biofilm? Nou dit gebeurd in een aantal stappen:
Beginfase:
Bacteriën bevinden zich voornamelijk nog in het water. Als hier voldoende voedingstoffen zijn dan kunnen ze goed in het water groeien en een waterbloei is het gevolg, vaak zichtbaar als een witte mist. De remedie is wachten tot de voedingstoffen zijn opgebruikt of water verversen met water waarin weinig voedingstoffen zitten.
Migratiefase:
De bacteriën zoeken een geschikt substraat waar voor hun de omstandigheden gunstig zijn. Dit substraat hoeft zich dus niet in een filter te bevinden maar kan ook de bodem, ruiten of planten zijn. Bij een hoge bacteriedruk zijn zelfs de vissen aan de beurt. Soms met dodelijke afloop.
Koloniseringsfase:
De bacteriën beginnen zich te delen en vormen kleine losse kolonies op het substraat. De bacteriën scheiden stoffen af die door andere bacteriën opgemerkt worden. Zodra die stoffen een bepaalde concentratie overschrijden (de kolonie bacteriën is dan groot genoeg) komt een genetisch mechanisme in werking dat er voor zorgt dat de bacteriën exopolysacchariden gaan uitscheiden.
Biofilmvormingsfase:
Als de kolonie groot genoeg is en de drempelconcentratie wordt overschreden worden dus exopolysacchariden uitgescheiden. En zo vormt zich een biofilm waarin de bacteriën de voor hun meest gunstige omstandigheden kunnen creëren.
Exopolysacchariden....wa's dat??
Exopolysacchariden (afgekort, EPS), ja doe maar 3x woordwaarde! Nou dit is eigenlijk een stof die door sommige bacteriën (niet alle) wordt uitgescheiden om een biofilm te vormen. Het is een organisch materiaal met gelachtige eigenschappen. Het bestaat voor het grootste deel uit water (zo'n 95%). Omdat het voor zo'n groot deel uit water bestaat kunnen de voedingstoffen gemakkelijk in deze "gel" naar de bacteriën gebracht worden.
De biofilm is ook geen vaste massa van gel waarin de bacteriën liggen. Nee, in deze EPS-gel bevinden zich vele open ruimten en kanalen en zo wordt een open structuur verkregen. De structuur van de biofilm is verder nog van verschillende faktoren afhankelijk. Maar daar komen we nog op.
Quorum sensing....hoe bakkies elkaar beïnvloeden.
Het is al even aangehaald. Bacteriën scheiden bepaalde stoffen uit. Wanneer de concentratie van die stoffen groot genoeg is dan betekend dit dat een bacteriekolonie een bepaalde grootte heeft bereikt en gaan de bacteriën polysacchariden aanmaken en vormen een biofilm.
Het systeem waarbij bacteriën elkaar informeren over hun omstandigheden en daarop actie ondernemen wordt ook wel 'Quorum sensing' genoemd. Op deze manier weten bacteriën niet alleen wanneer een biofilm gemaakt kan worden maar ook andere acties worden via Quorum sensing uitgevoerd. Bijvoorbeeld:
Wanneer omstandigheden in de biofilm ongunstig worden dan wordt een stof afgescheiden waardoor bacteriën gevormd worden die de biofilm verlaten op zoek naar gunstiger omstandigheden.
Wanneer er te weinig voedingstoffen zijn wordt een stof afgescheiden waardoor de stofwisseling van de bakkies wordt verminderd.
Zijn er teveel giftige afvalprodukten van de stofwisseling aanwezig zijn (nitriet bijv.) wordt ook een stof afgescheiden die de stofwisseling van de bakkies terugschroeft.
Waarom maken die kleine microben nou een biofilm??
Nou de bacteriën hebben een groot aantal voordelen als ze met hun allen in een biofilm gaan zitten:
De afgescheiden gel (Ook wel Glycocalyx genoemd) vormt een goede bevestiging van de bacterienkolonie aan de ondergrond (steen, planten, plastic, etc.).
Het vormt een bescherming tegen phagocyten, eencelligen die bacteriën eten.
Het beschermt de bacteriën tegen stoffen die hun groei belemmeren. Zo blijkt bijvoorbeeld dat bacteriën in een biofilm aanzienlijk minder gevoelig zijn voor ontsmettingsmiddelen en antibiotica.
De biofilm bindt bepaalde ionen en moleculen waardoor bacteriën een reservoir van voedingstoffen om zich heen hebben.
Het fungeert als depot van afvalstoffen waardoor het metabolisme van de bacteriën minder wordt gehinderd.
Tot halverwege de jaren 90 werd nog gedacht dat een biofilm een platte 2-dimensionale struktuur had met een constante dikte. Tegenwoordig, met de nieuwste onderzoekstechnieken weten we wel beter! Het plaatje hieronder laat een opbouw zien van zo'n biofilm.
3-d biofilm structuur 16,1 kB
Nou in het plaatje is het dus mooi te zien. Een biofilm heeft dus een 3-dimensionale structuur waarbij kanalen en holle ruimten in de biofilm aanwezig zijn. Voedingstoffen kunnen dan de bacteriën ook dieper in de biofilm bereiken via deze kanalen.
Oh ja, in het figuur zien we dat de langzaam groeiende cellen onderin de film zitten (blauwe cellen). Waar zullen dus onze nitrificerende bakkies zich waarschijnlijk bevinden? Juist ja, onderin, de zeer snel groeiende heterotrofe bacteriën groeien boven de nitrificerende kolonies. Welke consequenties dit heeft? Daar komen we nog op!
Dat een biofilm niet plat is maar een 3-d landschap kent heeft nog meer gevolgen. Namelijk op de wijze waarop de bacteriën hun voedsel krijgen. Lange tijd werd gedacht dat dit gebeurde door langsstromende voedingstoffen met de hoofdstroom. Maar in een 3-d model gaat dat niet meer op! In de hoofstroom heerst een grote watersnelheid. Hoe dichter bij de biofilm des te lager de stroomsnelheid. En in de biofilm zelf is er eigenlijk al geen sprake meer van een watersnelheid. Het water staat er stil.
Lees verder in deel 2
Even een waarschuwing, het wordt wat taaie kost maar de conclusies zijn wel interessant, maar gelukkig lukt het zonder formules!
Bacteriën, die microscopisch kleine organismen leven echt overal! In de diepste oceanen onder gigantische drukken. Bij heetwaterbronnen bij temperaturen tegen en over de 100 C, ja zelfs in enorme aantallen op onze huid. Het is dan De Biofilm / Kaamlaag
ook niet verwonderlijk dat ook in een aquarium bacteriën in enorme aantallen voorkomen. Niet alleen in het water zelf maar ook op de ruiten, planten, bodem, enzovoorts.
Bij het opstarten van een aquarium zijn de bacteriën er al. Nu zoeken de meeste bacteriën een goede plaats om zich te vestigen en in het begin wordt dan ook elk oppervlak aangegrepen. Dit kan in de opstartfase zelfs het wateroppervlak zijn. Er vormt zich dan een kaamlaagje. Zo'n kaamlaagje zijn dus geen dode bacteriën zoals wel vaak wordt gedacht. Hierbij maken de bacteriën gebruik van de oppervlaktespanning van het water om zich aan het wateroppervlak te vestigen. Zo'n kaamlaagje is op zich een goed zichtbaar voorbeeld van een biofilm in een aquarium. Zo'n zelfde biofilm vormt zich dus ook op stenen, planten, ruiten en soms bij ongunstige omstandigheden zelfs op onze vissen!
Hoe vormt zich een biofilm? Nou dit gebeurd in een aantal stappen:
Beginfase:
Bacteriën bevinden zich voornamelijk nog in het water. Als hier voldoende voedingstoffen zijn dan kunnen ze goed in het water groeien en een waterbloei is het gevolg, vaak zichtbaar als een witte mist. De remedie is wachten tot de voedingstoffen zijn opgebruikt of water verversen met water waarin weinig voedingstoffen zitten.
Migratiefase:
De bacteriën zoeken een geschikt substraat waar voor hun de omstandigheden gunstig zijn. Dit substraat hoeft zich dus niet in een filter te bevinden maar kan ook de bodem, ruiten of planten zijn. Bij een hoge bacteriedruk zijn zelfs de vissen aan de beurt. Soms met dodelijke afloop.
Koloniseringsfase:
De bacteriën beginnen zich te delen en vormen kleine losse kolonies op het substraat. De bacteriën scheiden stoffen af die door andere bacteriën opgemerkt worden. Zodra die stoffen een bepaalde concentratie overschrijden (de kolonie bacteriën is dan groot genoeg) komt een genetisch mechanisme in werking dat er voor zorgt dat de bacteriën exopolysacchariden gaan uitscheiden.
Biofilmvormingsfase:
Als de kolonie groot genoeg is en de drempelconcentratie wordt overschreden worden dus exopolysacchariden uitgescheiden. En zo vormt zich een biofilm waarin de bacteriën de voor hun meest gunstige omstandigheden kunnen creëren.
Exopolysacchariden....wa's dat??
Exopolysacchariden (afgekort, EPS), ja doe maar 3x woordwaarde! Nou dit is eigenlijk een stof die door sommige bacteriën (niet alle) wordt uitgescheiden om een biofilm te vormen. Het is een organisch materiaal met gelachtige eigenschappen. Het bestaat voor het grootste deel uit water (zo'n 95%). Omdat het voor zo'n groot deel uit water bestaat kunnen de voedingstoffen gemakkelijk in deze "gel" naar de bacteriën gebracht worden.
De biofilm is ook geen vaste massa van gel waarin de bacteriën liggen. Nee, in deze EPS-gel bevinden zich vele open ruimten en kanalen en zo wordt een open structuur verkregen. De structuur van de biofilm is verder nog van verschillende faktoren afhankelijk. Maar daar komen we nog op.
Quorum sensing....hoe bakkies elkaar beïnvloeden.
Het is al even aangehaald. Bacteriën scheiden bepaalde stoffen uit. Wanneer de concentratie van die stoffen groot genoeg is dan betekend dit dat een bacteriekolonie een bepaalde grootte heeft bereikt en gaan de bacteriën polysacchariden aanmaken en vormen een biofilm.
Het systeem waarbij bacteriën elkaar informeren over hun omstandigheden en daarop actie ondernemen wordt ook wel 'Quorum sensing' genoemd. Op deze manier weten bacteriën niet alleen wanneer een biofilm gemaakt kan worden maar ook andere acties worden via Quorum sensing uitgevoerd. Bijvoorbeeld:
Wanneer omstandigheden in de biofilm ongunstig worden dan wordt een stof afgescheiden waardoor bacteriën gevormd worden die de biofilm verlaten op zoek naar gunstiger omstandigheden.
Wanneer er te weinig voedingstoffen zijn wordt een stof afgescheiden waardoor de stofwisseling van de bakkies wordt verminderd.
Zijn er teveel giftige afvalprodukten van de stofwisseling aanwezig zijn (nitriet bijv.) wordt ook een stof afgescheiden die de stofwisseling van de bakkies terugschroeft.
Waarom maken die kleine microben nou een biofilm??
Nou de bacteriën hebben een groot aantal voordelen als ze met hun allen in een biofilm gaan zitten:
De afgescheiden gel (Ook wel Glycocalyx genoemd) vormt een goede bevestiging van de bacterienkolonie aan de ondergrond (steen, planten, plastic, etc.).
Het vormt een bescherming tegen phagocyten, eencelligen die bacteriën eten.
Het beschermt de bacteriën tegen stoffen die hun groei belemmeren. Zo blijkt bijvoorbeeld dat bacteriën in een biofilm aanzienlijk minder gevoelig zijn voor ontsmettingsmiddelen en antibiotica.
De biofilm bindt bepaalde ionen en moleculen waardoor bacteriën een reservoir van voedingstoffen om zich heen hebben.
Het fungeert als depot van afvalstoffen waardoor het metabolisme van de bacteriën minder wordt gehinderd.
Tot halverwege de jaren 90 werd nog gedacht dat een biofilm een platte 2-dimensionale struktuur had met een constante dikte. Tegenwoordig, met de nieuwste onderzoekstechnieken weten we wel beter! Het plaatje hieronder laat een opbouw zien van zo'n biofilm.
3-d biofilm structuur 16,1 kB
Nou in het plaatje is het dus mooi te zien. Een biofilm heeft dus een 3-dimensionale structuur waarbij kanalen en holle ruimten in de biofilm aanwezig zijn. Voedingstoffen kunnen dan de bacteriën ook dieper in de biofilm bereiken via deze kanalen.
Oh ja, in het figuur zien we dat de langzaam groeiende cellen onderin de film zitten (blauwe cellen). Waar zullen dus onze nitrificerende bakkies zich waarschijnlijk bevinden? Juist ja, onderin, de zeer snel groeiende heterotrofe bacteriën groeien boven de nitrificerende kolonies. Welke consequenties dit heeft? Daar komen we nog op!
Dat een biofilm niet plat is maar een 3-d landschap kent heeft nog meer gevolgen. Namelijk op de wijze waarop de bacteriën hun voedsel krijgen. Lange tijd werd gedacht dat dit gebeurde door langsstromende voedingstoffen met de hoofdstroom. Maar in een 3-d model gaat dat niet meer op! In de hoofstroom heerst een grote watersnelheid. Hoe dichter bij de biofilm des te lager de stroomsnelheid. En in de biofilm zelf is er eigenlijk al geen sprake meer van een watersnelheid. Het water staat er stil.
Lees verder in deel 2
Laatst bewerkt door een moderator: