دانلود پایان نامه انتقال اطلاعات و اهمیت مطالعه

دانلود پایان نامه انتقال اطلاعات و اهمیت مطالعه


Widget not in any sidebars

1-2- رفتارهای جمعی
رفتارهای جمعی و تمایزی پیچیده در تعدادی از میکروارگانیسم‌ها نشان داده شده ‌است. به عنوان مثال باکتری Myxococcus در هنگام گرسنگی اجسام میوه‌ای تشکیل داده وBacillus subtilis در طول تغییر شکل آن به اسپور تمایز بیوشیمیایی و مورفولوژیکی نشان می دهد. یا Streptomyces coelicolor در پاسخ به شرایط تغذیه‌ای دچار تمایز مورفولوژیک می شود.
این مثال‌ها نشان می‌دهد که میکروارگانیسم‌ها توانایی به کار گرفتن میان کنش‌های بین سلولی برای سازگاری خود با تغییر پارامترهای محیطی را دارند. همچنین گسترش و تکامل بیوفیلم‌های تک گونه‌ای یا چند گونه‌ای، یک فرایند پیچیده است که نیازمند رفتار جمعی باکتری‌ها می‌باشد. تشکیل بیوفیلم نیز نیازمند همکاری میان کنش‌ها و ارتباطات بین گونه‌های باکتری‌های متفاوت می‌باشد. در حقیقت، بیوفیلم‌ها سیستم‌های بیولوژیکی با سطح بالایی از سازماندهی هستند(27).
1-3- ساختار و تمایز در بیوفیلم‌ها
بیوفیلم‌های حاصل از یک گونه و یا چند گونه، یک ساختار مشابه با یکدیگر را نشان می‌دهند. اکثر بیوفیلم‌ها دارای یک ناهمگونی از سلول‌ها، چند لایه ی احاطه شده در یک ماتریکس پلی‌ساکاریدی با تراکم متفاوت و دارای کانال‌های آب هستند. میکروکلنی‌هایی که در ساختار بیوفیلم شرکت دارند، می‌توانند از جمعیت‌های یک گونه یا چند گونه از باکتری‌ها تشکیل شده باشند که این وابسته به پارامترهای محیطی می باشدکه در آن بیوفیلم تشکیل می شود. شرایط متفاوتی مثل سطوح و خصوصیات آنها، وجود مواد غذایی، ترکیب جمعیت میکروبی و شرایط هیدرودینامیکی{جریان‌های لامینار و یا توربولانت } می‌توانند ساختار بیوفیلم را تحت تأثیر قرار دهند.
نشان داده شده که بیوفیلم پلی‌مورفیک می‌باشد و از نظر ساختاری با تغییر در مواد غذایی سازگار می‌شود. از این رو، ساختار بیوفیلم هم تحت تأثیر بیولوژی میکروب‌ها و هم شرایط محیطی می‌باشد(64).
کانال‌های آبی دارای جریان آب می‌باشند، بنابراین، این کانال‌ها خطوط حیاتی این سیستم را تشکیل می‌دهند. به این صورت که چرخش مواد غذایی و اکسیژن و تعویض محصولات متابولیکی را با لایه‌های بیرونی بیوفیلم امکان‌پذیر می‌سازند.
در بیوفیلم‌های تجزیه کننده‌ی تولوئن(چند گونه‌ای)، تولوئن در عمق بیوفیلم یافت می‌شود که این مورد، انتقال آن را توسط کانال‌ها به داخل بیوفیلم نشان می‌دهد. در این صورت، کانال‌ها یک بخش حیاتی از ساختار بیوفیلم می‌باشند. سلول‌های باکتریایی در میکروکلنی‌های بیوفیلم توسط یک ماتریکس پلی ساکاریدی احاطه شده اند. شیمی این ماتریکس پیچیده است و شامل پلی‌ساکارید، اسید نوکلئیک و پروتئین می‌باشد(2).
این پلی‌ساکاریدها در باکتری‌های متفاوت، فرق می‌کنند؛ مثلاً در Pseudomonas aeruginosa پلی‌مر آلژینات، در Vibrio cholerae غنی از گلوکز و گالاکتوز و در Escherichia coli از اسید کولانیک می‌باشند. هنوز در مورد پروتئین‌ها مشخص نشده که ایا آنها یک نقش ساختاری دارند یا از تجزیه و لیز قطعات سلول به دست آمده‌اند. پس بررسی خصوصیات مکانیکی پلی ساکارید خارج سلولی و دستکاری آنها از طریق روش‌های آنزیماتیک می‌تواند در حذف و یا پایداری بیوفیلم مؤثر باشد(17).
1-4- فوائد اکولوژیکی؛ چرا یک بیوفیلم تشکیل می‌شود؟
1-4-1- حفاظت در برابر محیط اطراف
یکی از ترکیبات اصلی درون بیوفیلم، مواد پلی‌مری خارج سلولی می باشند که باکتری‌ها را احاطه کرده‌اند. در حقیقت، اکثر باکتری‌ها قادرند پلی‌ساکارید تولید کنند، که این می‌تواند به صورت پلی‌ساکاریدهای دیواره(کپسول) یا به صورت ترشحات خارج سلولی به محیط اطراف باشد. ماتریکس پلی ساکاریدی توانایی جلوگیری از دسترسی مواد ضد میکروبی مشخص را به بیوفیلم، همانند یک سیستم تعویض یون را دارد. از این رو، انتشار ترکیبات را از فضای اطراف به بیوفیلم مهار می‌کند.
در حقیقت، این عمل بستگی به خصوصیت پلی ساکارید و ترکیب مورد نظر دارد. همچنین این پلی ساکارید نقش محافظت سلول‌های باکتریایی را از استرس‌های محیطی متفاوت مثل اشعه‌ی UV، تغییرات pH، شوک اسمزی و خشکی را بر عهده دارد. ماتریکس پلی ساکاریدی، سلول‌ها را در مقابل اثر مخرب اشعه‌ی UV محافظت می‌کند و از تخریب DNA جلوگیری می‌کند(51).
1-4-2- محافظت در برابر مواد ضد عفونی کننده
بیوفیلم باکتری‌ها نسبت به سلول‌های پلانکتونیک یا باکتری‌های شناور ، در حدود 150 تا 3000 برابر مقاومت بیشتری دارد. به منظور تخریب و حذف سلول‌های بیوفیلم، مواد ضد عفونی کننده در ابتدا باید با شبکه‌ی پلی‌ساکاریدی احاطه کننده‌ی سلول‌ها واکنش بدهند. در حقیقت، افزایش مقاومت به این مواد مربوط به این پلی‌ساکاریدها می‌باشد؛ به این صورت که قدرت اکسید کنندگی این ضد عفونی کننده‌ها قبل از رسیدن به سلول‌ها توسط پلی ساکارید خارج سلولی گرفته می‌شود. همچنین بیوفیلم باکتریایی بعد از تیمار با بیوساید برای محافظت از خود، پلی‌مر خارج سلولی بیشتری تولید می‌کند(32).
1-4-3- کسب مواد غذایی و همکاری‌های متابولیکی
1-4-3-1- کسب مواد غذایی
کانال‌های آب با قابلیت نفوذ بالا در تمام ساختمان بیوفیلم پراکنده هستند و میکروکلنی‌ها را احاطه کرده‌اند. این کانال‌ها نقش انتقال مواد غذایی و متابولیت‌ها را از فضای آبی به داخل بیوفیلم بر عهده دارند و در مقابل، متابولیت‌های سمی را از بیوفیلم خارج می‌کنند(19).
مواد آلی که به میزان کمی در بعضی آب‌ها و
جود دارند در سطح بیوفیلم توسط پلی ساکارید خارج سلولی به دام می‌افتند و در آن جا تجمع پیدا می‌کنند و سپس توسط کانال‌ها به باکتری‌های درون بیوفیلم انتقال داده می‌شوند(67).
1-4-3-2- همکاری‌های متابولیکی
خصوصیات متابولیکی باکتری‌های درون بیوفیلم بسیار متفاوت از همتاهای پلانکتونیک خود می‌باشند و ساختمان بیوفیلم فرصتی را برای همکاری‌های متابولیک بین باکتری های درون بیوفیلم فراهم می‌کند. کلونی‌های موجود در بیوفیلم هر کدام یک محیط زندگی خاص خود را دارند که از محیط های دیگر کلنی‌ها جدا و مجزا است. این کلنی‌ها می‌توانند محصولات فرعی تولید شده توسط کلنی‌های دیگر(کلنی‌های مجاور) را مورد استفاده قرار دهند. همچنین چندین گونه از باکتری‌ها که دارای آنزیم‌های متفاوتی هستند می‌توانند مواد غذایی را بشکنند و مورد استفاده قرار بدهند که این مورد توسط یک گونه باکتری، به تنهایی، قابل انجام نیست(24).
1-4-4- کسب خصوصیات ژنتیک جدید
انتقال افقی ژن برای تکامل و تنوع ژنتیکی جمعیت‌های میکروبی مهم می‌باشد. اهمیت مطالعه‌ی انتقال ژن در محیط‌های طبیعی با ظهور باکتری‌های مقاوم به چند دارو مشخص شد. وجود پلاسمیدها در باکتری‌ها اثبات شده و انتقال ژن توسط کونجوگاسیون یکی از بهترین مکانیسم‌های شناخته شده برای انتقال اطلاعات ژنتیکی می‌باشد. از آن جایی که باکتری‌ها در طبیعت بیوفیلم تشکیل می‌دهند، کونجوگاسیون سبب انتقال ژن درون یا بین جمعیت‌های بیوفیلم می‌شود. برای مثال پلاسمید Tol که حامل یک ژن تجزیه کننده‌ی تولوئن و بنزیل الکل است. بین باکتری‌های یک بیوفیلم در حال رشد روی بنزیل الکل به عنوان تنها منبع کربن و انرژی گزارش شده است(89).
ساختار جمعیتی متراکم در بیوفیلم‌ها پراکندگی پلاسمیدها را توسط کونجوگاسیون افزایش می‌دهد و این مکانیسم خود می‌تواند تکامل بیوفیلم را سبب شود. به همین صورت به نظر می رسد که رهاسازی DNA و ترانسفورماسیون بخشی از چرخه‌ی زندگی بیوفیلم باشد و در نتیجه ساختار بیوفیلم را پایدار می‌کند. این فرایندهای ژنتیکی می‌توانند سبب افزایش کارآیی فیزیولوژیکی بیوفیلم، توانایی تجزیه‌ی مواد زنوبیوتیک و یا افزایش پایداری ساختار بیوفیلم شوند(89).

مدیر سایت