In eerste instantie is het niet duidelijk wat tandplak, het hardnekkige slijm in je doucheafvoer en een glibberige, ondergedompelde steen met elkaar gemeen hebben, afgezien van het feit dat het lastig kan zijn om ze te verwijderen. Met het blote oog is het bijna onmogelijk om te zien wat verantwoordelijk is voor deze gelijnde oppervlakken.
Als je beter kijkt, met behulp van een microscoop, besef je dat deze slijmerige opeenhopingen allesbehalve saai zijn. Elke biofilm bestaat uit kleine gemeenschappen van diverse levende micro-organismen, samengebonden in een dikke, klevende matrix. Wie had gedacht dat de vuile aanslag in je toiletpot een complex geheel van levende, communicerende cellen is?
Hoewel Antoni van Leeuwenhoek, de ontdekker van bacteriën, soortgelijke formaties beschreef toen hij zijn eigen tandplak in de 17e eeuw bestudeerde, duurde het tot de 20e eeuw voordat wetenschappers over de middelen beschikten die ze nodig hadden om nauwkeuriger te kijken naar hoe de structuren zich ontwikkelen. [bronnen:Montana State University CBE, Costerton en Wilson].
Deze kolonies, ook wel biofilms genoemd, vormen zich wanneer afzonderlijke micro-organismen zich hechten aan een gehydrateerd oppervlak en een 'levensstijlverandering' ondergaan, waarbij ze het leven als een enkele cel opgeven om op een oppervlak in een hechtende celmatrix met andere micro-organismen te leven [bron:Lemon et al. .]. Sommige definities stellen dat biofilmcellen zich "onomkeerbaar" aan een oppervlak hechten, wat betekent dat zacht spoelen ze niet kan verwijderen [bron:Donlan].
Om te beginnen kunnen ze zich hechten aan zowel levende als niet-levende oppervlakken (inclusief mensen), problemen op medisch gebied veroorzaken, industriële productiepraktijken veranderen en zelfs bijdragen aan het opruimen van het milieu. Bovendien schatten sommige onderzoekers dat biofilms meer dan de helft van de biomassa in de wereld uitmaken [bronnen:Montana State University CBE; Sturman]. Biofilms zijn zo overvloedig aanwezig dat het verrassend is dat we ze niet meer opmerken.
De bouwstenen voor biofilms zijn micro-organismen, oftewel organismen die te klein zijn om met het blote oog te zien. Verschillende soorten bacteriën, protozoa, algen, gisten en schimmels kunnen biofilms vormen. Omdat de meeste biofilms een dikte hebben van enkele microns tot honderden microns (één micron is een miljoenste van een meter), is het geen wonder dat wetenschappers er de voorkeur aan geven microscopen te gebruiken om ze te bestuderen.
Over het algemeen heb je alleen een gehydrateerd oppervlak nodig, ondergedompeld in water of een andere waterige oplossing, micro-organismen en gunstige omstandigheden. Niet alle biofilms groeien echter in hetzelfde tempo of vereisen zelfs vergelijkbare omstandigheden om te overleven; verschillende soorten microbiële cellen hebben verschillende behoeften. Toch zijn er enkele factoren die de hechting en groei van biofilms, ongeacht de soort, kunnen beïnvloeden:
Uiteindelijk is het essentieel om te begrijpen dat micro-organismen niet noodzakelijkerwijs ‘denken’ terwijl ze een biofilm vormen; het gebeurt alleen als de omstandigheden gunstig zijn. Als de waterstroom een microbe voortduwt of per ongeluk tegen een oppervlak botst, kan deze zich de eerste keer wel of niet hechten, of helemaal niet.
Het is onduidelijk waardoor een cel zich aan een oppervlak hecht, en sommige onderzoekers zeggen dat een combinatie van factoren – waaronder afschuifsnelheden, elektrostatische krachten, conditioneringslagen (resten die zich al op het oppervlak bevinden) en voedingsstoffen die beschikbaar zijn voor het micro-organisme – invloedrijker is dan een enkele cel. factor [bron:Sturman].
Omdat micro-organismen vaak overgeleverd zijn aan hun omgeving, is het ongelooflijk hoe zoiets kleins als een bacterie zich aan een oppervlak kan vasthouden en zich in zijn nieuwe thuis kan vestigen.