Biofilm adalah sekumpulan dari mikroorganisme dan produk ekstraselular yang berasosiasi pada permukaannya dan umumnya menempel pada substrat biologi dan non biologi.
Dalam beberapa kasus, biofilm tersebut dihuni oleh spesies tunggal sedangkan kasus lainnya, di diami oleh mikroba yang beragam.
Banyak permukaan yang jika dilihat dari gabungan antara kelembaban dan nutrisi yang ada di dalamnya rentan terhadap pembentukan biofilm jika ada mikroorganisme yang hadir.
Beberapa permukaan tersebut meliputi jaringan hidup, perangkat medis, perpipaan sistem pengolahan air minum dan industri dan sistem akuatik alami yang mendukung pembentukan biofilm.
Definisi Biofilm
Beberapa peneliti telah memberikan definisi mengenai biofilm di antaranya adalah biofilm suatu komunitas sel bakteri yang terstruktur dan saling menempel, bakteri-bakteri tersebut mampu memproduksi matriks polimer dan mampu melekat pada permukaan biologis maupun benda mati.
Biofilm merupakan kelompok kompleks dari sel mikroba yang menempel dalam matriks eksopolisakarida pada permukaan perangkat medis dimana infeksi yang terkait biofilm dalam peralatan medis menimbulkan masalah serius bagi kesehatan masyarakat dan mempengaruhi fungsi perangkat medis tersebut.
Sedangkan menurut Bogino, biofilm merupakan komunitas bakteri di mana sel-sel yang tertanam dalam matriks senyawa polimer ekstraselular yang melekat di permukaan.
Hidup dalam biofilm membantu melindungi bakteri dari kondisi yang tidak menguntungkan dan pembentukan biofilm tampaknya menjadi faktor penting dalam siklus penyakit dari patogen bakteri baik pada manusia dan hewan. Biofilm biasanya terdiri dari beragam mikroorganisme, yang melekat pada permukaan.
Mikroorganisme ini biasanya tertanam dalam matriks polimer. Biofilm digambarkan sebagai koloni mikroorganisme yang melekat satu sama lain pada permukaan, dalam bentuk yang irreversibel.
Sebuah biofilm didefinisikan sebagai ekosistem mikrobiologi kompleks yang terbentuk oleh spesies tunggal atau banyak spesies (multispesies) terkait dengan matriks polimer organik.
Mayoritas bakteri hidup tidak berada dalam bentuk planktonik, tetapi sebagai anggota dari komunitas biofilm yang melekat. Bentuk populasi tersebut didefinisikan sebagai ‘mikroba tertutup matriks, yang melekat baik pada permukaan biologis maupun non-biologis’.
Secara alami mikroorganisme melekat pada permukaan yang lembab, berkembang biak dan membenamkan selnya dalam matriks berlendir yang terdiri dari zat polimer ekstraseluler (EPS) yang mereka hasilkan dan membentuk biofilm.
Biofilm dapat menjadi bermasalah pada sektor industri makanan tertentu seperti pembuatan bir, pengolahan susu, pengolahan produk segar, pengolahan unggas dan pengolahan daging merah.
Struktur dan Komposisi Biofilm
Biofilm terdiri dari mikroorganisme dan zat polimer ekstraseluler yang diproduksi oleh mereka sendiri yang disebut sebagai eksopolisakarida (EPS).
Perkembangan biofilm yang utuh mengandung banyak lapisan termasuk matriks EPS dengan struktur vertikal, dan pembentukan film.
Struktur vertikal mikroorganisme kadang-kadang berbentuk seperti menara atau jamur yang dipisahkan oleh ruang interstitial. Ruang interstitial memungkinkan sebagian besar biofilm dengan mudah dan cepat mengambil nutrisi dari cairan sekitarnya dan memindahkan produk sampingannya dari biofilm.
Pembentukan biofilm memang kompleks, tapi secara umum dapat dikelompokkan dalam empat langkah dasar yaitu: diposisi dan pembentukan film mikroba (planktonik) melekat pada lembaran film pertumbuhan dan kolonisasi bakteri terbentuklah biofilm
Siklus Kehidupan Pada Biofilm
Berikut ini adalah siklus kehidupan pada biofilm, antara lain:
1. Perlekatan Sel
Perlekatan mikroorganisme pada permukaan tertentu dapat terjadi secara aktif atau pasif, tergantung pada motilitas bakteri atau transportasi dari sel planktonik oleh gravitasi, difusi atau kekuatan dinamis cairan dari fase cairan di sekitarnya.
Perlekatan juga tergantung pada ketersediaan hara dalam media sekitarnya, dan tahap pertumbuhan sel bakteri itu sendiri.
Dua tahapan yang dapat diidentifikasi dalam proses ini yaitu perlekatan reversibel diikuti oleh perlekatan irreversibel.
Awalnya, interaksi jangka panjang terbentuk antara sel bakteri dan substrat disebut perlekatan reversibel, dan melibatkan interaksi van der Waals, gaya elektrostatik dan interaksi hidrofobik.
Selama tahap ini, bakteri masih menunjukkan gerak Brown dan dapat dengan mudah dihilangkan dengan gaya geser fluida (misalnya hanya dengan membilasnya).
Kemudian dilanjutkan perlekatan irreversibel, interaksi jangka pendek yang melibatkan interaksi dipol-dipol, ion hidrogen, dan ikatan kovalen, dan interaksi hidrofobik.
Interaksi antara bakteri dan permukaan terjadi terutama melalui alat pelengkap bakteri seperti flagela, fimbriae, pili dan fibril, dan pengangkatan sel membutuhkan energi yang lebih kuat seperti scrubbing atau menggores. Suhu dan pH permukaan kontak memiliki pengaruh pada tingkat perlekatan mikroorganisme.
2. Pembentukan Mikrokoloni
Proliferasi sel-sel bakteri yang melekat secara irreversibel dapat terjadi dengan menggunakan nutrisi yang ada di lingkungan cairan sekitarnya. Ini mengarah pada pembentukan mikrokoloni yang membesar dan menyatu untuk membentuk lapisan sel yang menutupi permukaan.
Sel-sel yang melekat menghasilkan polimer tambahan (eksopolisakarida), yang membantu dalam perlekatan sel-sel ke permukaan dan dalam menstabilkan koloni dari fluktuasi lingkungan.
3. Pembentukan Biofilm
Pembentukan biofilm adalah konsekuensi dari perlekatan terus menerus sel bakteri terhadap substrat dan pertumbuhan selanjutnya, bersama dengan produksi EPS.
Komposisi biofilm dapat heterogen karena kolonisasi oleh mikroorganisme yang berbeda dengan kebutuhan gizi yang berbeda.
Peningkatan ukuran biofilm yang lebih besar dapat terjadi melalui deposisi atau perlekatan dari bahan-bahan organik dan anorganik yang terlarut lainnya dan partikel dari fase cair di sekitarnya.
4. Pemantapan dan Perluasan Biofilm
Setelah terbentuk biofilm matang, bakteri yang menempel tersebut untuk bertahan hidup dan membuat relung baru harus mampu melepaskan diri dan menyebar dari biofilm.
Sel anak dapat menjadi individu baru atau terkelupas. Bakteri yang terlepas kemudian dapat berpindah ke lokasi baru dan memulai kembali proses biofilm.
Faktor Perlekatan Mikroba
Pertama kali pembentukan biofilm dimulai ketika bakteri menemukan dan dapat melekat pada kondisi permukaan melalui molekul organik kecil.
Tingkat perlekatan sel mikroba diatur oleh faktor-faktor seperti sifat permukaan, kondisi lapisan permukaan, karakteristik dan hidrodinamika dari media cair, berbagai karakteristik permukaan sel mikroba, regulasi gen dan kuorum sensing.
Pembentukan biofilm dapat terjadi di berbagai jenis permukaan dan berbagai kondisi lingkungan dimana bakteri berada.
Bakteri, molekul organik dan anorganik yang berada di permukaan kemudian membentuk kondisi film. Substrat organik dan anorganik ini bersama-sama dengan mikroorganisme berpindah ke permukaan melalui difusi atau mengikuti aliran cairan.
Transfer nutrisi lebih tinggi dalam biofilm daripada fase cair.
Kondisi film penting dalam proses perlekatan. Polimer organik dari media yang permukaannya terendam sehingga mempengaruhi tingkat dan kekuatan perlekatan mikroba.
Kondisi film terbentuk dalam beberapa menit pemaparan, dan terus berkembang selama beberapa jam. Sejumlah host memproduksi film seperti darah, air mata, urin, saliva, cairan intravaskular dan sekresi pernapasan mempengaruhi perlekatan bakteri terhadap biomaterial.
Karakteristik media cair, seperti pH, tingkat nutrisi, kekuatan ion, dan temperatur, juga mungkin memainkan peran dalam tingkat perlekatan mikroba pada permukaan.
Sebagai contoh, peningkatan jumlah sel bakteri yang melekat diyakini sebagai akibat dari peningkatan konsentrasi nutrisi dalam media dan juga peningkatan konsentrasi beberapa kation.
Selain itu, sifat hidrodinamik dari media cair seperti karakteristik kecepatan cairan mempengaruhi tingkat dan luasnya perlekatan.
Tingkat dan kekuatan perlekatan sel mikroba dipengaruhi oleh sifat permukaan sel seperti produksi zat polimer ekstraseluler (EPS), hidrofobisitas permukaan sel, kehadiran fimbriae dan flagela.
Hidrofobik dari permukaan sel yang merupakan peran dari keberadaan fimbriae merupakan hal yang penting dalam adhesi karena interaksi hidrofobik cenderung meningkat dengan meningkatnya sifat non-polar dari permukaan yang terlibat.
Bukti menunjukkan bahwa flagella memainkan peran penting dalam tahap awal perlekatan bakteri dengan mengatasi kekuatan terkait dengan substratum dan protein permukaan juga memainkan peran dalam perlekatan.
EPS dan lipopolisakarida lebih penting dalam perlekatan untuk bahan hidrofilik. Oleh karena itu sel yang motil melekatan lebih banyak dan sel yang melawan arus lebih cepat daripada strain non-motil.
Beberapa faktor bakteri dan faktor eksternal berpengaruh terhadap perlekatan bakteri dan pembentukan biofilm.
Saat ini mekanisme pembentukan biofilm yang telah dipahami secara baik adalah pada kelompok Staphylococci. Kemampuan untuk melekat dan membentuk biofilm pada permukaan host dianggap menjadi faktor virulensi penting pada S. epidermidis dan S. aureus.
BACA JUGA: Aquired Pellicle
Penutup
- Biofilm merupakan suatu komunitas sel bakteri yang terstruktur dan saling menempel, bakteri-bakteri tersebut mampu memproduksi matriks polimer dan mampu melekat pada permukaan biologis maupun benda mati.
- Biofilm terdiri dari mikroorganisme dan zat polimer ekstraseluler yang diproduksi oleh mereka sendiri yang disebut sebagai eksopolisakarida (EPS).
- Siklus kehidupan biofilm di awali dengan perlekatan sel, pembentukan mikrokoloni, pembentukan biofilm dan pemantapan dan perluasan biofilm.
Demikian penjelasan tentang biofilm, semoga bisa menjawab pertanyaan anda, kami ucapkan terima kasih.
