زیست‌لایه

استافیلوکوک طلایی مقیم بر روی یک کاتتر
زیست لایه اجتماعی از سلولهای میکروارگانیسمی است که به یک سطح متصل شده‌اند و توسط مواد پلی‌مری خارج سلولی پوشیده شده‌اند. گاهی زیست لایه را می‌توان به عنوان استراتژی دانست که بعضی از میکروارگانیسمها از آن استفاده می‌کنند تا بتوانند خود را از اثرات و نیروهای زیانباری که در محیط طبیعی و بدن میزبان است حفظ کرده و اینگونه شانس بقای خود را افزایش دهند. زیست لایه توسط گروه‌های مختلفی از باکتری‌ها ساخته می‌شود و به علت مشکلاتی که به وجود می‌آورند در پزشکی و صنعت از اهمیت بالایی برخوردارند. زیست لایه‌ها در سال ۱۹۷۸ توسط کاسترتون در مورد باکتری‌ها شرح داده شدند. در زیست لایه‌های باکتریال، باکتری‌ها می‌توانند از اجتماع یک گونه واحد باکتریایی باشند یا می‌توانند اجتماعی از چند گونه متفاوت باشند.
ویژگی‌ها
ایالت اورگن، حدود بیست میلیمتر ضخامت دارد.
زیست لایه‌ها و توده‌های میکروبی ویژگی‌های فیزیکی‌شیمیایی دارند که برای کارکرد آن‌ها در طبیعت، ارزش سرنوشت‌سازی دارند. این ویژگی‌ها عبارتند از:
پایداربودن نسبت به اصطکاک.
پایداری مکانیکی زیست لایه‌ها و توده‌ها.
پایداری هیدرولیتیکی زیست لایه در غشاهای جدا کننده.
مقاومت به هدایت گرمایی در نوسان‌های دما.
مقاومت انتشاری ماتریکس زیست لایه در رآکتورهای زیست لایه‌ای.
گنجایش جذب سطحی، به ویژه سازوکار زیست لایه‌ها در جذب سطحی بیولوژیکی.
ویژگی پیوند با ملکول‌های آب.
معماری ماتریکس و پیچیدگی ساختار پلی ساکاریدها و آنزیم‌های خارج سلولی.
میکروارگانیسم‌های موجود در زیست لایه
گرچه میکروارگانیسم‌های سازنده زیست لایه زندگی پلانکتونی نیز دارند، اما بیوشیمی این میکروارگانیسم‌ها متفاوت است. بررسی‌های گذشته نشان داده است که این تغییر و تفاوت، به علت خاموش شدن یک دسته و پویا شدن دسته دیگراز ژن‌ها می‌باشد. به‌عنوان مثال سودوموناس ائروژینوزا در حالت زندگی زیست لایه‌ای به سنتز آلژینات نیاز دارد. بنابراین ژن‌های سنتز کننده آلژینات پویا می‌گردند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که رونویسی از ژن alga که محصول آن آلژینات می‌باشد، در زندگی زیست لایه‌ای چهار برابر بیش از حالت پلانکتونی انجام می‌گیرد.
باکتری‌ها، مقدار کمی از ملکول‌هایی به نام مواد علائم دهنده حسی نظیر اسیل هوموسرین لاکتون را به طور پیوسته، ترشح می‌کنند. همزمان که شمار این باکتری‌ها افزایش می‌یابد، غلظت مواد علائم دهنده نیز افزایش می‌یابد. هنگامی‌که اندازه این مواد به آستانه غلظت رسید، باکتری‌ها پاسخ داده و رفتار خود را با تغییر فعالیت ژن‌ها، تغییر می‌دهند. این حالت در گونه‌های مختلف باکتری‌ها، متفاوت است. سودوموناس ائروژینوزا، آلژینات تولید می‌کند. ژن‌هایی ممکن است فعال شوند که بر روی مسیرهای متابولیکی و تولید عوامل بیماری‌زایی اثر می‌گذارند.
پژوهش‌های مرکز CBC در سال ۲۰۰۰ میلادی نشان داد که میکروارگانیسم‌های موجود در زیست لایه نسبت به گونه‌های آزاد آن‌ها (میکروارگانیسم‌هایی با زندگی پلانکتونی) به ترکیبات ضد میکروبی مقاوم‌ترند. این بررسی‌ها نشان می‌دهد که بیش از چهل درصد پروتئین‌های موجود در دیواره سلولی باکتری‌ها و میکروب‌ها بین حالت پلانکتونی و زیست لایه‌ای متفاوت می‌باشند. این تغییر پروتئینی باعث تغییر جایگاه‌های هدف آنتی‌بیوتیکی بر روی این میکروارگانیسم‌ها می‌شود، بنابراین مکانیسم مرگ و پاسخ آن‌ها به آنتی بیوتیک‌ها متفاوت می‌شود. در بررسی‌های این مرکز در سال ۲۰۰۱ میلادی یک فاکتور سیگما شناسایی شده‌است که نوعی سیگنال باکتریایی جهت تغییر بیوشیمی زندگی زیست لایه‌ای را نشان می‌دهد. این مرکز اعلام کرده‌است که اگر بتوان فاکتور معکوس سیگما را کشف نمود، می‌توان زیست لایه‌ها را به سلول‌های مجزا و پلانکتونی تبدیل کرد.
کاربردهای زیست لایه
صنعت و کشاورزی عامل آزاد کردن فلزات سنگین و سمی در محیط می‌توانند باشند. این فلزات برای اکوسیستم و سلامتی انسان زیان‌بار هستند. باکتریها می‌توانند کاتالیزکننده حالت سمی فلزات به حالت‌های غیرسمی یا کاهش تحرک آن‌ها باشند .