Komunitas Mikroba dan Biofilm

Di alam, mikroba jarang hidup sendiri; mereka membentuk komunitas terstruktur dan biofilm yang melekat pada permukaan, yang sifat kolektifnya sangat berbeda dari sel-sel individual yang hidup bebas.

Definition

Komunitas mikroba adalah kumpulan mikroorganisme yang berinteraksi dan berbagi lingkungan, dan biofilm adalah komunitas sel terstruktur yang melekat pada suatu permukaan dan tertanam dalam matriks ekstraseluler yang diproduksi sendiri.

Scope

Topik ini mencakup interaksi yang membentuk komunitas mikroba, termasuk kompetisi, kerja sama, dan pertukaran metabolik; pembentukan, arsitektur, dan siklus hidup biofilm; matriks ekstraseluler dan fisiologi sel biofilm yang berubah; penginderaan kuorum (quorum sensing) dan perilaku terkoordinasi; serta konsekuensi ekologis dan praktis dari kehidupan dalam komunitas dan di permukaan.

Core questions

• Bagaimana interaksi antar mikroba membentuk komunitas?
• Bagaimana biofilm terbentuk dan berkembang?
• Mengapa sel biofilm berperilaku berbeda dari sel yang hidup bebas?
• Bagaimana mikroba mengoordinasikan perilaku kelompok?

Key concepts

• Interaksi komunitas dan pertukaran metabolik
• Pembentukan dan arsitektur biofilm
• Matriks polimer ekstraseluler
• Penginderaan kuorum (Quorum sensing)
• Fisiologi sel biofilm yang berubah

Key theories

Mode pertumbuhan biofilm

Costerton dan rekan-rekannya berpendapat bahwa biofilm yang melekat pada permukaan dan terbungkus matriks adalah mode kehidupan mikroba yang dominan dan berbeda di mana sel-sel menunjukkan fisiologi yang berubah dan peningkatan toleransi dibandingkan dengan sel-sel yang hidup bebas.

Mechanisms

Mikroba dalam komunitas berinteraksi melalui kompetisi untuk sumber daya, pertukaran metabolit secara kooperatif, dan pensinyalan kimia. Pembentukan biofilm dimulai dengan pelekatan pada suatu permukaan, diikuti oleh pertumbuhan, produksi matriks ekstraseluler yang menyatukan sel-sel, dan pematangan menjadi komunitas terstruktur; sel-sel dalam biofilm umumnya menunjukkan ekspresi gen yang berubah dan toleransi yang lebih besar terhadap stres. Perilaku terkoordinasi seperti penginderaan kuorum memungkinkan populasi untuk merespons secara kolektif terhadap kepadatannya.

Clinical relevance

Biofilm terbentuk pada permukaan alami, sistem industri, dan perangkat medis, di mana toleransinya terhadap antimikroba dan pertahanan inang berkontribusi pada kontaminasi persisten dan infeksi kronis, menjadikan biologi komunitas dan biofilm penting dalam konteks lingkungan, industri, dan kesehatan.

History

Pengakuan bahwa sebagian besar mikroba di lingkungan alami dan klinis hidup dalam biofilm yang melekat pada permukaan daripada sebagai sel yang mengambang bebas berkembang sepanjang akhir abad kedua puluh, dengan tinjauan seperti yang dilakukan oleh Costerton dan rekan-rekannya pada tahun 1999 yang menyoroti biofilm sebagai penyebab umum infeksi persisten dan mode kehidupan mikroba yang berbeda.

Key figures

• J. William Costerton
• E. Peter Greenberg

Seminal works

• costerton1999
• madigan2018

Frequently asked questions

Mengapa biofilm lebih sulit dihilangkan daripada bakteri yang mengambang bebas?

Sel-sel dalam biofilm dilindungi oleh matriks ekstraseluler dan umumnya menunjukkan fisiologi yang berubah, yang secara bersama-sama meningkatkan toleransi mereka terhadap agen antimikroba dan pertahanan inang dibandingkan dengan sel-sel yang sama yang tumbuh bebas. Inilah sebabnya mengapa biofilm dikaitkan dengan kontaminasi dan infeksi persisten.