hingga tahun 1980-an, mode pertumbuhan dengan biofilm lebih dianggap sebagai sesuatu yang menarik saja dan bukan sebagai suatu studi ilmiah yang serius.
namun, bukti-bukti yang terkumpul kemudian menunjukkan bahwa pembentukan biofilm lebih disukai oleh mikroorganisme, dan hampir semua permukaan yang terkena kontak dengan mikrob dapat mendukung pembentukan biofilm sehingga memengaruhi kehidupan manusia.
atas dasar tersebut, studi mengenai biofilm menjadi lebih intensif.
selain bakteri, mikroorganisme lainnya seperti alga dan khamir (fungi bersel satu) juga dapat membentuk biofilm, namun biofilm bakteri adalah yang paling banyak dipelajari dan dirujuk sebagai contoh.
lerner kl, lerner bw. 2003.
world of microbiology and immunology.
farmington hills, mi: the gale group, inc. hal: 67-68.
komposisi dan struktur
struktur dari suatu biofilm adalah unik tergantung dari lingkungan tempatnya berada, contohnya adalah kandungan nutrisi dan keadaan fisik.
sutherland iw. 2001.
biofilm exopolysaccharides: a strong and sticky framework.
microb 147:3-9 stoodley p, dodds i, boyle jd, lappin-scott hm. 1999.
influence of hydrodynamics and nutrients on biofilm structure.
j appl microbiol 85: s19-s28. selain itu, di alam, sangat jarang terdapat biofilm yang hanya terdiri dari satu spesies, biasanya biofilm tersusun dari beberapa spesies dalam lapisan-lapisan yang berbeda.
sutherland, i. w. (1990).
biotechnology of exopolysaccharides.
cambridge: cambridge university press.
biasanya mikroorganisme fotosintetik ada di permukaan paling atas, mikroorganisme kemoorganotrof anaerob fakultatif di bagian tengah, sedangkan di bagian dasar adalah mikroorganisme anaerob pereduksi sulfat.
pada bagian atas, cahaya matahari lebih mudah didapat sehingga dapat digunakan untuk fotosintesis, sedangkan bagian tengah dapat dihuni oleh mikrob kemoorganotrof fakultatif anaerob karena dapat mentolerir kandungan udara yang sedikit serta banyak dapat mengakses bahan organik sebagai sumber energinya.
hogg s. 2005.
west sussex: john wiley &
sons ltd. hal:82.
pada bagian dasar, tidak terdapat kandungan udara sehingga mikrob anaerob pereduksi sulfat dapat tumbuh dan energi dengan cara mereduksi sulfat.
pemodelan habitat mikrob-mikrob tersebut dapat diamati menggunakan kolom winogradsky.
struktur biofilm yang lebih kompleks dapat berbentuk empat dimensi (x,y,z, dan waktu) dengan agregat sel, pori-pori, dan saluran penghubung.
tergantung dari kondisi lingkungannya, biofilm dapat menjadi sangat besar dan tebal sehingga dapat dilihat dengan mata telanjang contohnya pada lingkungan air laut dapat terbentuk stromatolit.
struktur dan ukuran biofilm sangat bergantung pada konsentrasi substrat.
wimpenny jwt, colasanti r. 1997. a unifying hypothesis for the structure of microbial biofilms based on cellular automaton models.
fems microbiol ecol 22, 1-16.
ada 5 tahap pembentukan biofilm yaitu:
pelekatan awal: mikrob melekat pada permukaan suatu benda dan dapat diperantarai oleh fili (rambut halus sel) contohnya pada p.aeruginosa.kus jv, tullis e, cvitkovitch dg, burrows ll. 2004.
significant differences in type iv pilin allele distribution among pseudomonas aeruginosa isolates from cystic fibrosis (cf) versus non-cf patients.
pelekatan permanen: mikrob melekat dengan bantuan eksopolisakarida (eps).
maturasi i: proses pematangan biofilm tahap awal.
maturasi ii: proses pematangan biofilm tahap akhir, mikrob siap untuk menyebar.
dispersi: sebagian bakteri akan menyebar dan berkolonisasi di tempat lain.
monroe d (2007) looking for chinks in the armor of bacterial biofilms.
plos biol 5(11): 307
pemicu pembentukkan biofilm salah satunya adalah kondisi lingkungan yang kurang menguntungkan atau mencekam.
wrangstadh m, szewzyk u, ostling j, kjellenberg s. 1990.
starvation specific formation of a peripheral exopolysaccharide by a marine pseudomonas sp.
appl environ microbiol 56, 2065-72 contohnya adalah produksi eps oleh escherichia coli berupa asam dan p. aeruginosa saat ketersediaan nutrisi menipis.
selain keterbatasan nutrisi, faktor lain yang memicu pembentukan biofilm adalah quorum sensing, yaitu mekanisme untuk memastikan jumlah sel mencukupi sebelum suatu spesies melakukan respon biologi khusus.
stanley nr, et al. 2004.
environmental signals and regulatory pathways that influence biofilm formation.
mol microbiol 52(4): 917 - 24.
jadi, setiap sel mikrob akan menghasilkan molekul sinyal untuk berkomunikasi dengan sel yang lain, bila jumlah sel mikrob tersebut cukup banyak, maka molekul sinyal terseut juga cukup banyak untuk memicu pembentukkan biofilm oleh keseluruhan bakteri tersebut.
molekul-molekul sinyal tersebut berbeda untuk tiap jenis mikrob dan memiliki peranannya masing-masing.
berikut ini adalah tabel daftar molekul sinyal yang berperan dalam quorum sensing untuk membentuk biofilm dan akibatnya bila molekul sinyal tersebut tidak ada: romeo t. 2008.
bacterial biofilms berlin: springer.
hal: 73, 136.
dampak tidak adanya molekul sinyal untuk quorum sensing pada mikroorganisme pembentuk biofilmmikroorganisme
molekul sinyal yang dihilangkan
candida albicansfarnesoldispersi biofilm terganggu
pseudomonas aeruginosaahlbiofilm tak berstruktur
klebsiella pneumoniaeai-2perkembangan biofilm terhambat
staphylococcus aureuspeptidadampak tergantung kondisi pertumbuhan
fungsi bagi bakteri
alasan bakteri membentuk biofilm adalah karena daya tahan hidup/sintasan (survival) meningkat dan pertumbuhan menjadi lebih baik.
setidaknya ada empat alasan yang mendasari hal tersebut:
biofilm berfungsi sebagai mekanisme pertahanan bagi bakteri dengan cara meningkatkan resistensi terhadap gaya fisik yang dapat menyapu berssih sel-sel yang tidak menempel, fagositosis oleh sel-sel sistem imun (kekebalan) tubuh, dan penetrasi dari senyawa beracun seperti antibiotik.
bakteri di dalam biofilm lebih resisten 10-1.000 kali dibandingkan bila tidak di dalam biofilm.
pelekatan pada relung
dengan menggunakan biofilm, bakteri dapat melekat pada permukaan yang kaya akan nutrisi seperti jaringan sel hewan, atau permukaan substrat pada sistem yang mengalir contohnya permukaan batu di dalam aliran air.
pembentukan biofilm membantu sel-sel bakteri untuk hidup berdekatan dan membentuk koloni.
contohnya adalah pseudomonas aeruginosa yang berkoloni dengan biofilm sehingga memfasilitasi komunikasi antar sel dengan molekul sinyal, dan meningkatkan peluang pertukaran materi genetik.
cara hidup alami bakteri
di alam, biofilm adalah cara hidup alami bagi beberapa bakteri tertentu dengan alasan terbatasnya nutrisi, tidak seperti medium buatan yang kaya akan nutrisi bagi bakteri.
pengaruh negatif terhadap manusia
karies gigi dapat disebabkan oleh biofilm dari matriks glukan yang dibentuk streptococcus mutans.
kayser fh, bienz ka, eckert j, zinkernagel rm. 2005.
new york: thieme stuttgart.hal:158-159.
biofilm tersebut melapisi enamel sehingga bakteri lain juga dapat melekat pada matriks tersebut dan membentuk plak gigi.
tingkat aktivitas karies gigi dapat ditentukan menggunakan s. mutans sebagai indikator, caranya adalah menumbuhkan s. mutans dari sampel air liur (dari kelenjar saliva di mulut) pada medium buatan lalu dihitung jumlah koloni yang tumbuh.
samaranayake lp. 2006.
essential microbiology for dentistry.
edinburgh: churchill livinstone.
hal:271 bila jumlah s. mutans>106/ml maka tingkat aktivitas karies gigi tinggi, sedangkan s. mutans<105/ml maka aktivitas karies gigi termasuk rendah.
penyakit ini disebabkan oleh p. aeruginosa yang membentuk biofilm pada paru-paru sehingga menimbulkan gejala pneumonia.
moskowitz, et al.2004.
clinically feasible biofilm susceptibility assay for isolates of pseudomonas aeruginosa from patients with cystic fibrosis.
j clin microbiol 42(5): 1915 - 22
biofilm pada peralatan medis
peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter dan sendi buatan sangat rentan terhadap pembentukan biofilm.
contoh mikrob yang sering ditemui membentuk biofilm pada selang kateter adalah candida albicans.
mikroorganisme ini adalah khamir patogen yang menyebabkan infeksi dan penyakit yang membahayakan jiwa pada orang-orang dengan sistem imun yang kurang baik, namun dalam keadaan sistem imun yang normal, c. albicans adalah mikroflora normal pada manusia yang tinggal di dalam mulut, saluran pencernaan, dan saluran alat kelamin.
heller k. 2009.
zap1 sticks it to candida biofilms.
plos biol 7(6): e1000117.
biofilm c. albicans merugikan manusia saat terbentuk pada peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter, dan sendi buatan yang kemudian dapat menyebabkan infeksi sistemik.
komponen utama penyusun biofilm adalah matriks ekstraseluler (di luar sel) berupa -1,3 glukan yang pembentukkannya dikodekan oleh gen (susunan dna yang menyandikan protein) zap1.
penanganan biofilm c. albicans tidak mudah karena resisten terhadap berbagai macam obat antifungi.
berikut ini adalah daftar mikroorganisme yang dapat membentuk biofilm pada selang kateter:
bakteri gram positifbakteri gram negatifmikroorganisme lain
pengaruh positif terhadap manusia
pemanfaatan biofilm untuk mengolah limbah sudah diaplikasikan saat ini contohnya untuk mengolah limbah cair.
ito t, et al. 2004.
isolation, characterization, and in situ detection of a novel chemolithoautotrophic sulfur-oxidizing bacterium in wastewater biofilms growing under microaerophilic conditions.
appl environ microbiol 70(5): 3122-9.
pada biofilm di fasilitas pengolahan limbah cair, terdapat berbagai macam mikrob yang dapat menguraikan senyawa-senyawa baik organik maupun inorganik pada limbah misalnya saja bakteri pengoksidasi sulfur (s) yang berperan untuk mendaur ulang sulfur, lalu bakteri pengikat uranium (u) yaitu desulfovibrio desulfuricans.
beyenal h, et al. 2004.
uranium immobilization by sulfate-reducing biofilms.
environ sci technol 38(7): 2067 - 74.
alat yang digunakan untuk mengolah limbah dengan biofilm berupa bioreaktor yang memiliki biofilm contohnya sequencing batch biofilm reactor (sbbr).
rodgers m, et al. 2004.
nutrient removal in a sequencing batch biofilm reactor (sbbr) using a vertically moving biofilm system.
environ technol 25(2):211-8.
kontrol biofilm adalah bisnis yang besar dengan miliaran dollar digunakan oleh industri-industri di seluruh dunia untuk merawat pipa-pipa dan permukaan-permukaan yang lain supaya terbebas dari biofilm.
beberapa bahan yang sedang dikembangkan untuk mencegah pembentukan biofilm adalah antibiotik dan obat untuk mengganggu komunikasi antar sel yang membentuk biofilm.
salah satu bahan kimia golongan furanon telah menunjukkan hasil positif untuk mencegah biofilm pada permukaan abiotik.
furanon kemungkinan dapat digunakan sebagai agen antibiofilm pada obat manusia karena sifatnya yang stabil dan nontoksik.
pada peralatan medis seperti selang kateter, telah dicoba berbagai cara untuk mencegah pelekatan awal oleh bakteri, contohnya dengan mengubah sifat kimia atau fisika dari permukaan seperti dibuat menjadi hidrofobik (menolak molekul air) sehingga membran sel yang hidrofilik (mengikat molekul air) lebih susah menempel.
sayangnya, metode ini tidak menunjukkan hasil yang baik karena peralatan medis yang terkena cairan tubuh akan menjadi tempat yang baik bagi bakteri untuk melekat.