Biofilm Structure and Prevention

Yıl 2021, Cilt 19, Sayı 3, 353 - 363, 19.10.2021

Mehmet Onur KARTAL Melike BARAN EKİNCİ Büşra POYRAZ

https://doi.org/10.24323/akademik-gida.1011231

Cited By: 1

Öz

Biofilm is a complex matrix, containing EPS (exopolysaccharide or extracellular polymeric substance), proteins, eDNA (extracellular DNA, extracellular DNA), various enzymes and the microorganism itself, secreted by bacteria, yeasts, molds and blue green algae. Biofilm protects microorganisms from harsh or toxic conditions, increases their microbial competitiveness in environments, and is also used in some cellular functions. Biofilms are ecologically protective and functional. Biofilms, consisting of different bacterial species, are steadied to the bioremediation of wastes in a number of industries such as food, textile, paper and mining. Additionally, some kind of biofilms are used in production of microbial energy and biofertilizer. Biofilms, which are produced by some bacteria in the human intestine system, may act as a protector against foodborne pathogenic microorganisms. On the other hand, biofilm is the main source of dental plaque formation and tissue infections. It also causes various problems in the food industry. Especially it may form on steel surfaces, inner surfaces of pipes, auxiliary tools and equipment causing pollution, pathogenicity and spoilage in foods. This situation may also cause serious economic losses. Therefore, in the food industry, it is necessary to prevent the formation of biofilm at its initial stage or to eliminate the already formed biofilm structure. Good knowledge of biofilm structure provides convenience in preventing these structures. In this review, information is given about the definition of biofilm, biofilm formation and its prevention in the food industry and other fields.

Anahtar Kelimeler

Biofilm, Exopolysaccharide, Food industry, Medicine, Seafood, Water distribution

Biyofilm Yapısı ve Önlenmesi

Öz

Bakteri, maya, küf ve mavi yeşil algler tarafından salgılanan EPS (ekzopolisakkarit veya ekstraselüler polimerik madde), proteinler, eDNA (extracellular DNA, hücre dışı DNA), çeşitli enzimler ve mikroorganizmanın kendisini içeren kompleks yapıdaki matrikse “biyofilm” denir. Biyofilm mikroorganizmaların kendini başta zorlu veya toksik koşullardan korumakta, ortamlarda mikrobiyal rekabet gücünü artırmakta ve bazı hücresel çeşitli işlevlerde de kullanılmaktadır. Biyofilmler, ekolojik olarak koruyucu ve işlevseldir. Endüstride (gıda, tekstil, kağıt ve madencilik gibi), atıkların biyoremediasyonunda kullanılmak üzere farklı bakteri türlerinden oluşan biyofilmlerden yararlanılmaktadır. Ayrıca mikrobiyal enerji üretiminde ve biyogübre üretiminde kullanılan biyofilmler bulunmaktadır. İnsan bağırsağına tutunan bakterilerin oluşturduğu biyofilmler ise gıda kaynaklı patojen mikroorganizmalara karşı koruyucu olarak görev almaktadır. Ancak biyofilm, dişlerde plak oluşumu ve doku enfeksiyonlarının başlıca kaynağıdır. Ayrıca gıda endüstrisinde de çeşitli sorunlara yol açmaktadır. Özellikle çelik yüzeylerde, boruların iç yüzeylerinde, kullanılan yardımcı alet ve ekipmanlarda gelişerek gıdalarda kirlilik, patojenite ve bozulmaya neden olmaktadır. Bu durum ciddi ekonomik kayıplara da yol açmaktadır. Bu yüzden gıda endüstrisinde biyofilm oluşumunun başlangıç aşamasında engellenmesi ya da oluşan biyofilm yapısının ortadan kaldırılması gerekmektedir. Biyofilm yapılarının iyi bilinmesi bu yapıların engellenmesinde kullanılacak yöntemlerin uygulanmasında kolaylık sağlamaktadır. Bu derlemede, biyofilm tanımı, gıda ve diğer bazı alanlarda biyofilm oluşumu ve önlenmesi hakkında bilgi verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Biyofilm, Ekzopolisakkarit, Gıda endüstrisi, Tıp, Su ürünleri, Su dağıtım

Kaynakça

• [1] Kam Hepdeniz, Ö., Seçkin, Ö. (2017). Dinamik mikrobiyal bir yaşam: Oral biyofilmi. Süleyman Demirel Üniversitesi Sağlık Bilimleri Dergisi, 8(3), 47-55.
• [2] Tülüce, G., Temelli, S., Eyigör, A. (2021). Gıda ortamında hayata tutunma: bakteriyel çoğunluk algılama. Veteriner Hekimler Derneği Dergisi, 92(1), 83-94.
• [3] Çelik, Ç.E. (2018). Salmonella Typhimurium Biyofilm Yapılarında Edna’nın Rolü ve Biyofilm ile Mücadelede Enzim ve Antibiyotik Uygulaması Yoluyla Biyofilm Yapılarının Zayıflatılması. Yüksek Lisans Tezi. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilim Dalı, Ankara.
• [4] Gün, İ., Ekinci, F.Y. (2009). Biyofilmler: Yüzeylerdeki mikrobiyal yaşam. Gıda Dergisi, 34(3), 165-173.
• [5] Sakr, E.A.E., Massoud, M.I., Ragaee, S. (2021). Food wastes as natural sources of lactic acid bacterial exopolysaccharides for the functional food industry: A review. International Journal of Biological Macromolecules, 189, 232–241.
• [6] Wang, B., Song, Q., Zhao, F., Xiao, H., Zhou, Z., Han Y. (2019). Purification and characterization of dextran produced by Leuconostoc pseudomesenteroides PC as a potential exopolysaccharide suitable for food applications. Process Biochemistry, 87, 187-195.
• [7] Büyüktarakçı Koç, B. (2015). Mastitisli Sütlerden İzole Edilen Stafilokokların Biyofilm Üretme Yeteneğinin Fenotipik ve Genotipik Yöntemlerle Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Adnan Menderes Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Aydın.
• [8] Köse, H. (2014). Staphylococcus aureus ve Pseudomonas aeruginosa Biyofilm Tabakası Üzerine Çeşitli Dezenfektanların Etkinliğinin Karşılaştırılması. Tıpta Uzmanlık Tezi. Dokuz Eylül Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, İzmir.
• [9] Gupta, P., Sarkar, S., Das, B., Bhattacharjee, S., Tribedi, P. (2016). Biofilm, pathogenesis and prevention-a journey to break the wall: a review. Arch Microbiol, 198, 1-15.
• [10] Flemming, H.C., Winender, J., Szewzyk, U., Steinberg, P., Scott, A., Kjelleberg, S. (2016). Biofilms: an emergent form of bacterial life. Nature Reviews Microbiology, 14(9), 563-575.
• [11] Akçelik, N., Akçelik, M. (2017). Bakteriyel biyofilmler ve konakçı savunma sistemi ile etkileşimleri. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 33(1), 15-28.
• [12] Kuba, M. (2012). İçme Suyu Pompalarında Escherichia coli’nin Oluşturduğu Biyofilm Yapısının İncelenmesi ve Oluşmasının Önlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Dokuz Eylül Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Mikrobiyoloji ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, İzmir.
• [13] Biçer, M. (2018). Bakteriyel Biyofilm Oluşumunu Engelleyecek Moleküllerin Sentezi ve Anti-Biyofilm Etkinliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Hitit Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Çorum.
• [14] Orhan Yanıkan, E. (2020). Et Kaynaklı Bakterilerin Biyofilm Oluşturma Yeteneklerinin ve Antibiyofilm Duyarlılıklarının Araştırılması. Doktora Tezi. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara.
• [15] Akın, N., Akın, M. (2010). Gıda Mikrobiyolojisine Giriş, Önemli Mikroorganizmalar ve Mikroorganizma Kaynakları. Gıda Mikrobiyolojisi (Editör: O. Erkmen) Efil Yayınevi, Ankara.
• [16] Demirhisar, M.A. (2010). Bazı Patojenik Bakterilerin Su Ürünleri İşletmelerinde Kullanılan Yüzeylerde Biyofilm Oluşturmasına Dezenfektanların Etkisi. Doktora Tezi. Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Su Ürünleri Avlama ve İşleme Teknolojisi Anabilim Dalı, İzmir.
• [17] Ünal, D. (2011). Çeşitli Klinik Örneklerden İzole Edilen Pseudomonas, Klebsiella, Staphylococcus ve Candida Cinsi Mikroorganizmalarda Biyofilm Varlığının Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilim Dalı, Ankara.
• [18] Akyıldız, S. (2015). Gıda Kaynaklı Salmonella İzolatlarında Biyofilm Varlığının Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilim Dalı, Ankara.
• [19] Çece, E.N. (2011). Staphylococcus epidermidis Biyofilmlerine Karşı Antimikrobiyal Aktivite Gösteren Bakteriyofajların İzolasyon ve Karakterizasyonu. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomühendislik Anabilim Dalı, Ankara.
• [20] Devaraj, A., Buzzo, J.R., Mashburn-Warren, L., Gloag, E.S., Novotny, L.A., Stoodley, P., Bakaltz, L., Goodman, S.D. (2019). The extracellular DNA lattice of bacterial biofilms is structurally related to Holliday junction recombination intermediates. Proceedings of the National Academy of Sciences, 96(6), 50-60.
• [21] Montanaro, L., Poggi, A., Visai, L., Ravaioli, S., Campoccia, D., Speziale, P., Arciola, C.R. (2011). Extracellular DNA in biofilms. The İnternational Journal of Artificial Organs, 34(9), 24-31.
• [22] Güneş, B. (2018). Enterococcus Faecalis Biyofilm Yapısında eDNA' nın Rolü ve Biyofilmi ile Mücadelede Enzim ve Antibiyotik Uygulamasıyoluyla Biyofilm Yapılarının Zayıflatılması. Yüksek Lisans Tezi. Ankara Üniversitesi, Biyoteknoloji Enstitüsü, Temel Biyoteknoloji Anabilim Dalı, Ankara.
• [23] Özdemir, T. (2014). Yara Yerinden İzole Edilen Staphylococcus Aureus Suşlarının Biyofilm Oluşumunun Konvansiyonel ve Moleküler Yöntemlerle İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Ankara.
• [24] Osmanı, A. (2020). Antifungal-Daptomisin Kombinasyonlarının Candida albicans-Staphylococcus epidermidis Biyofilmine, Antifungal-Meropenem Kombinasyonlarının Candida albicans-Pseudomonas aeruginosa Biyofilmine Etkisinin Araştırılması. Doktora Tezi. Kocaeli Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Kocaeli.
• [25] Duran, T. (2011). Midye Kabuğu Tozunun Paslanmaz Çelik Yüzeylerde Oluşan Biyofilm Temizleme Etkisinin Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Sakarya.
• [26] Onur, M. (2021). Aydın İlinde Satış Tezgahlarında Tüketime Sunulan Gıdalarda Biyofilm Oluşturan Bakterilerin Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Aydın Adnan Menderes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilim Dalı, Aydın.
• [27] Taşkan, B. (2019). Membran Biyofilm Reaktöründe Biyofilm Kalınlığının Sinyal İletiminin Önlenmesi Yöntemi ile Kontrolü. Doktora Tezi. Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı, Elazığ.
• [28] Canberi, H.A., URL, (2020). Evrim Ağacı. https://evrimagaci.org/biyofilm-nedir-biyofilm-olusumu-neden-onemlidir-8514, (Erişim Tarihi:02.06.2020).
• [29] Germeç, M. (2014). Keçiboynuzu Ekstraktı Kullanılarak Tekrarlanan-Kesikli Fermentasyon Yöntemiyle Biyofilm Reaktörde Etanol Üretimi. Yüksek Lisans Tezi. Akdeniz Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Antalya.
• [30] Yaman Dosdoğru, E., Pınar Erdem, A., Sepet, E., Aytepe, Z. (2014). Restoratif Materyallerin Dental Biyofilm Üzerine Etkileri. Atatürk Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Dergisi, 24(8), 89-97.
• [31] Ünal, D., Tayfur, M. (2017). Biyofilm, Güncel Gastroenteroloji Dergisi, 21(2), 108-114.
• [32] Yesilcimen Akbas, M., Şar, T. (2018). B. cereus biyofilmlerinin sitrik asit uygulamaları ile kontrolü. Gıda Dergisi, 43(4), 605-616.
• [33] Evren, M., Apan, M., Tutkun Şıvgın, E., Yegin, B. (2018). Gıdalarda Biyofilmin Önemi. Türkiye 13. Gıda Kongresi Poster Sunumu.
• [34] Karaderi, C.C., Kahraman, H. (2018). Escherichia coli ve Staphylococcus aureus’un evsel atık kızartma yağ ortamında biyofilm oluşumu, bakteri hücre sayımı ve hücre yoğunluğu. Bayburt Üniversitesi Fen BilimleriDergisi, 3(2), 118-121.
• [35] Aydemir Hançer, D. (2018). Bakteriyal biyofilmlerin biyolojik önemi ve etkili kontrol stratejileri. Türk Yaşam Bilimleri Dergisi, 3(1), 218-230.
• [36] Filik, F., Kubilay, A. (2019). Bazı bakteriyel balık patojenlerinde biyofilm oluşumunun farklı in vitro metodlarla tespiti. Türk Su Bilimleri Dergisi, 15(3), 378-390.
• [37] Doğruöz, N. (2014). Endüstriyel sistemlerde mikrobiyolojik korozyon ve önlenmesi. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 3(1), 26-38.
• [38] Kılıç, T. (2016). Yüksek Miktarda Biyofilm Oluşturan Termofilik Basillerin Çeşitli Yüzeylerdeki Biyofilm Yapılarının Analizi ve Biyofilmin Giderimi ile Biyokorozyonun Önlenmesi. Doktora Tezi. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilim Dalı, Ankara.
• [39] Öztürk, Ş.B., Sakarya, S., Öncü, S., Ertuğrul, M.B. (2008). Biyofilmler ve yabancı cisim infeksiyonları. Klimik Dergisi, 21(3), 79-86.
• [40] Karaoğlu, B. (2020). Balık Patojeni Staphylococcus Warneri, Aeromonas Sobria, Aeromonas Hydrophila Suşlarının Biyofilm Oluşturma Yeteneklerinin Elektron Mikroskobi Tekniği ile İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Su Ürünleri Yetiştiriciliği Anabilim Dalı, Isparta.
• [41] Ünal Turhan, E., Erginkaya, Z. (2019). Bakteriyel biyofilmlerdeki antimikrobiyel direnç mekanizması. Akademik Gıda, 17(1), 131-139.
• [42] Yavuz, G., Türetgen, İ. (2018). Nanoteknolojik dezenfektanların heterotrofik biyofilmler üzerine etkisi. Türk Hijyen ve Deneysel Biyoloji Dergisi, 75(4), 323-332.
• [43] Hortaç İştar, E., Eda Alışkan, H.E., Başustaoğlu, A. (2020). Metisiline duyarlı ve dirençli Staphylococcus aureus izolatlarının biyofilm oluşturma özelliklerinin konvansiyonel ve moleküler yöntemlerle belirlenmesi. Mikrobiyoloji Bülteni Dergisi, 54(2), 223-234.
• [44] Beğendik, F. (2003). İnfeksiyon hastalıkları ve klinik mikrobiyolojide biyofilm. Flora Dergisi, 8(4), 271-277.
• [45] Bağlar, S., Örün, T., Keskin, E. (2015). Doğal yaşam ve oral dokularda biyofilm. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Dergisi, 16(3), 41-50.
• [46] Erdoğmuş, S.F., Konak, S. (2020). Bazı antibiyotiklerin biyofilm oluşturan stafilokok izolatları üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10(2), 838-845.
• [47] Halipçi Topsakal, H.N., Aydoğan, O., Özdemir S., Köksal Çakırlar F. (2019). Kan kültürlerinden izole edilen Escherichia coli izolatlarının biyofilm oluşumu ve antibiyotik direnci üzerine etkisi. Experimed, 9(2), 60-64.
• [48] Altınok, Ö., Gürpınar, Ö., Eser, Ö. (2018). Bakteriyel biyofilmler. Tıp Fakültesi Klinikleri Dergisi, 1(2), 45-51.
• [49] Kılıç, T., Karaca, B., Çöleri, Cihan, A. (2021). Abiyotik yüzeylerde termofilik Anoxybacillus Rupiensis DSM 17127t suşunun oluşumu ve polistiren yüzeyler üzerindeki biyofilm yapısının giderimi. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 23(2), 455-470.
• [50] Ayhan Kütük, D. (2016). Süt İşletmelerinde Biyofilm Oluşturan Mikroorganizmalar ve Biyofilm Oluşumunun Karakterizasyonu. Doktora Tezi. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara.
• [51] Kaya, F. (2016). Süt İşletmelerinden İzole Edilen Staphylococcus Aureus Suşlarında icaA ve icaD Genleri ve Biyofilm Üretiminin Tespiti. Yüksek Lisans. Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Moleküler Biyoloji ve Genetik Anabilim Dalı, Konya.
• [52] Akçay, D., Gündoğan N. (2019). Çiğ süt ve peynir örneklerinden izole edilen Lactobacillus tür’lerinin slime ve biyofilm oluşumları ile antibiyotik dirençliliklerinin incelenmesi. SETSCI Conference Proceedings, 4(1), 634-639.
• [53] Giaouris, E.E., Simoes, M.V. (2018). Pathogenic Biofilm Formation in the Food Industry and Alternative Control Strategies. Foodborne Diseases, Edited by: Alina Maria Holban and Alexandru Mihai Grumezescu, Academic Press, 309-377.
• [54] San Keskin, N.O., Kahveci, E.F. (2019). Polietilen ve demir boru sistemlerinde oluşan mikrobiyel biyofilmlerin karakterizasyonu. Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 31(1), 1-8.
• [55] Türetgen, İ. (2006). Su şebeke sistemlerinde mikrobiyal biyofilm tabakası. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 92, 29-32.
• [56] Shi, X., Zhu, X. (2009). Biofilm formation and food safety in food industries. Trends in Food Science & Technology, 20, 407-413.
• [57] Gündoğan, N., Ataol, Ö. (2012). Et örneklerinden izole edilen Staphylococcus aureus ve koagülaz negatif stafilokok’ların biyofilm üretimi ve DNaz aktivitelerinin belirlenmesi. Türk Hijyen ve Deneysel Biyoloji Dergisi, 69(3),135-142.
• [58] Dinçer, E., Tutar, U. (2017). Listeria standart suşlarının zamana bağlı biyofilm oluşturma kapasiteleri. Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 38(2), 322-328.
• [59] Yaman, F. (2019). Balıklarda Biyofilm Oluşumu ve Kontrolü, İzole Edilen Bakterilerin Moleküler Tanısı. Aydın Adnan Menderes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans, 5-7.
• [60] Pippo, F.D., Gregorio, L.D., Congestri, R., Tandoi, V., Rossetti, V. (2018). Biofilm growth and control in cooling water industrial systems. FEMS Microbiology Ecology, 94, 1-13.
• [61] Galie, S., Garcia-Gutierrez, C., Miguelez, E.M., Villar, C.J., Lambo, F. (2018). Biofilms in the food industry: health aspects and control methods. Frontiers in Microbiology, 9, 898.
• [62] Toushik, S.H., Rahaman Mizan, M.F., Hossain, M.I., Ha, S.D. (2020). Fighting with old foes: The pledge of microbe-derived biological agents to defeat mono- and mixed-bacterial biofilms concerning food industries. Trends in Food Science & Technology, 99, 413-425.
• [63] Laxmi, M., Sarita, G.B. (2018). Biofilms in Food Industry: Mitigation Using Bacteriophage. Advances in Biotechnology for Food Industry, Edited by: Alina Maria Holban and Alexandru Mihai Grumezescu, Academic Press, 393-423