Un biofilm è una popolazione di batteri, alghe, lieviti o funghi che cresce attaccato ad una superficie. La superficie può essere vivente o non vivente. Esempi di superfici viventi in cui i biofilm possono crescere includono i denti, le gengive e le cellule che rivestono i tratti intestinali e vaginali. Esempi di superfici non viventi includono
rocce nei corsi d’acqua e dispositivi medici impiantati come cateteri.
La conoscenza rudimentale della presenza di biofilm è nota da secoli., Ad esempio, il batterio Acetobacter aceti attaccato ai trucioli di legno è stato utilizzato per produrre aceto dal diciannovesimo secolo. Nonostante questa storia, biofilm sono stati visti come più di una curiosità fino al 1980. Infatti, molto di ciò che è noto sui microrganismi e su aree specifiche come la resistenza agli antibiotici batterici è il risultato dell’uso di batteri che crescono come galleggiante (planctonici) popolazioni in fonti di crescita liquidi.,
A partire dagli 1980, si sono accumulate prove che hanno portato al riconoscimento che la forma fluttuante della crescita batterica è artificiale e che la forma di crescita del biofilm è la modalità naturale e preferita di crescita per i microbi. Ora, è accettato che praticamente ogni superficie che entra in contatto con microrganismi è in grado di sostenere la formazione di biofilm.
Molto di ciò che si sa sui biofilm è venuto dallo studio dei batteri. Tipicamente, il biofilm studiato in laboratorio è costituito da un tipo batterico., L’osservazione di un solo batterio in crescita rende più facile lo studio della formazione e del comportamento del biofilm. In un ambiente naturale, tuttavia, un biofilm è spesso composto da una varietà di batteri. La placca dentale è un buon esempio. Centinaia di specie di batteri possono essere presenti nel biofilm che si forma sulla superficie dei denti e delle gengive.
La formazione di un biofilm inizia quando i batteri galleggianti incontrano una superficie. L’attaccamento può verificarsi in modo non specifico o specifico., L’attaccamento specifico comporta il riconoscimento di una molecola di superficie da parte di un’altra molecola sulla superficie del microrganismo. L’attaccamento batterico può essere aiutato da appendici come flagelli, ciglia o il holdfast di Caulobacter crescentus.
L’attacco è seguito da un’associazione più duratura con la superficie. Per i batteri, questa associazione comporta cambiamenti strutturali e genetici. I geni sono espressi in seguito all’attacco superficiale., Un risultato particolarmente distintivo di questa attività genetica preferenziale è la produzione di una grande quantità di un materiale zuccherino noto come glicocalice o esopolisaccaride. Lo strato di zucchero seppellisce la popolazione batterica, creando il biofilm.
Col passare dei tempi, un biofilm può diventare più spesso. Un biofilm più vecchio, più maturo, differisce da un biofilm più giovane., Studi che utilizzano strumenti in grado di sondare in un biofilm senza disturbare fisicamente la sua struttura hanno dimostrato che i batteri più profondi all’interno di un biofilm smettono di produrre l’expopolisaccaride e rallentano il loro tasso di crescita per diventare quasi dormienti. Al contrario, i batteri sul bordo del biofilm crescono più velocemente e producono grandi quantità di esopolisaccaride. Queste attività avvengono allo stesso tempo e in effetti sono coordinate. I batteri possono comunicare chimicamente tra loro., Questo fenomeno, che è chiamato quorum sensing, consente a un biofilm di crescere e incoraggia i batteri a lasciare un biofilm e formare nuovi biofilm altrove.
Un’altra differenza nei biofilm che si sviluppano nel tempo riguarda la loro struttura tridimensionale. Un biofilm giovane ha una struttura abbastanza uniforme, con i batteri disposti uniformemente in tutto il biofilm., Al contrario, un biofilm ben consolidato è costituito da batteri raggruppati insieme in microcolonie, con regioni circostanti di esopolisaccaridi e canali aperti di acqua che consentono al cibo di raggiungere facilmente i batteri e il materiale di scarto di passare facilmente dal biofilm.
I biofilm batterici sono importanti nella creazione e nel trattamento delle infezioni. All’interno del biofilm, i batteri sono molto resistenti alle sostanze chimiche come gli antibiotici che altrimenti ucciderebbero i batteri., Biofilm resistenti agli antibiotici si verificano su superfici inerti come valvole cardiache artificiali e cateteri urinari, e su superfici viventi, come calcoli biliari e nei polmoni di coloro che soffrono di fibrosi cistica. Nella fibrosi cistica, il biofilm formato da batteri, principalmente Pseudomonas aeruginosa, protegge i batteri dal sistema immunitario dell’ospite. La risposta immunitaria può persistere per anni, che irrita e danneggia il tessuto polmonare.