Hidrológiai Közlöny 1997 (77. évfolyam)

1-2. szám - 3-4. szám - 3. szám - Dombay Gábor: Biofilmek a vízellátás és csatornázás területén

130 Biofilmek a vízellátás és csatornázás területén Dombay Gábor BME Vízellátás-Csatornázás Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rakpart 3. Kivonat: A tanulmány témája különlegesen időszerű, mert a biofilm szinte forradalmasította és jelenleg is forradalmasítja a szakterület szemléletét. Hasznossága a sokféle természetes, vagy mesterséges tisztítási, vagy tisztulási folyamatban alapvető. A fizikai-kémiai-biológiai tisztítási rendszer jelentőségének növekedése a gyakorlatban is jól észlelhető. Kulcsszavak: vízellátás, csatornázás, biotechnológia. A biotechnológia előretörésével egyetemben a vízellátás és csatornázás területén fokozott figyelem irányul a biofilmek alkalmazása, ill. kiküszöbölése felé. Az ellentmondás csak látszólagos, mivel a biofilmek megjelenése egyrészt - szándékos tevékenység eredménye, amelynek célja valamely biológiai tisztítás-technológiai folyamat elvégzése, másrészt - nem kívánatos biofilm-kialakulás, amely az adott rendszer (pl. csatorna- vagy vízelosztó hálózat) minőségi és mennyiségi jellemzőit rontja. Biofilm alatt mikroorganizmusokból és az általuk kiválasztott extracelluláris polimerekből (EPS) álló felületi bevonatot értünk, mely vízi környezetben lévő, gyakorlatilag tetszőleges anyagú felületen kialakul. A bevonat kiterjedhet az egész felületre, de megjelenése diszkrét formában is jellemző. A bevonat vastagsága az egyszeres sejtrétegtől (monolayer) akár 300-400 mm nagyságrendig (algaszőnyeg esetében) is terjedhet (Characklis et al., 1990a). A biofilmek jó adszorbensek, ennélfogva a víztestből különféle szerves és szervetlen anyagokat adszorbeálnak, melyek beépülnek a biofilmbe, akár csak a sejtlízis során keletkező detritusz. Vagyis a biofilmben biotikus és abiotikus anyagok egyaránt találhatók, melyek a mikroorganizmusok által kiválasztott szerves polimerekből álló mátrixba vannak beágyazva. 1. Az extracelluláris polimer mátrix Az EPS-mátrix gél állagú, tulajdonságai nagymértékben determinálják a biofilm fizikai jellemzőit (Christensen et al., 1990). A mátrix a biofilm szerves szén tartalmának mintegy 50-90%-át teszi ki (Bakke et al., 1984). A mátrixot alkotó polimerek bakteriális metabolizmus során keletkeznek, és a baktériumsejt falához rögzülnek (Sandford et al., 1983). Vagyis a mátrix olyan anyag, melynek eltávolítása nem zavarja meg a mikroorganizmus működését, s amely nélkül az életképes marad (Gehr et al., 1983). Ennélfogva az EPS jelentősége abban rejlik, hogy - ez teszi a biofilmet koherens bevonattá, valamint - döntően befolyásolja a baktériumsejt és a hordozófelület közti adhézió mértékét, így a biofilm-kialakulást. Ezen felül az EPS védelmet biztosít a sejtek számára, biztosítja a sejtek közötti kommunikációt, képes energiát tárolni a sejtek számára, valamint toxinokra nézve ellenállást fejt ki (Costerton et al., 1981). Az EPS max. 65 %-át poliszacharidok alkotják (flórán et al., 1986). Ezek lehetnek specifikus és nem-specifikus poliszacharidok (Kenne et al., 1983). A specifikus poliszacharidokat egyes immunológiai tulajdonságaik folytán poliszacharid-antigéneknek is nevezik (Jann et al., 1977). A glikozid kötéssel kapcsolódó monoszacharidokból igen nagy számú poliszacharid-fajta jöhet létre, melyek kémiai és fizikai tulajdonságaikban egyaránt különböznek egymástól. A nem-specifikus poliszacharidok a specifikus poliszacharidokkal ellentétben nem csupán egyféle, hanem számos baktérium-tenyészetben megtalálhatók. Szerkezetileg egyszerűbbek, sok esetben egyfajta monoszacharidból épülnek fel. A szacharid-láncok hossza és monomer-összetétele azonban nem csupán az őket létrehozó baktérium fajtájától függ, hanem a sejt fiziológiai állapotától és a környezeti feltételektől is (Uhlinder et al., 1983). Az extracelluláris poliszacharidok kémiai összetételére és biokémiájára vonatkozó ismereteink szinte kizárólag elkülönített baktériumtenyészetek vizsgálatából származnak (Lazarova et al., 1995). Ebből következik, hogy tényleges, biofilmben lévő EPS-ről jelenleg csekély információval rendelkezünk. Az EPS biofilmbeli vizsgálata azonban a fejlettebb biofilm-szabályozás szempontjából feltétlen indokoltnak tekintendő, kutatási feladatként értelmezendő. Az EPS-mátrix fennmaradó hányadát fehérjék, nukleinsavak és lipidek alkotják (Goodwin et al., 1985). A fehéijék a mátrix mintegy 10-15%-át teszik ki (Ford et al, 1991). Napjainkig a kutatások elsősorban a poliszacharidok vizsgálata felé irányultak, így az exoproteinek szintézisére vonatkozóan konkrét megállapítások még nem vonhatóak le. A kiválasztott exopolimerek molekulaláncai részben hidratálódnak, átkötések, így aggregátumok alakulnak ki, melyek háromdimenziós formációt alkotnak. Ez a gél állagú EPS-mátrix kialakulásának folyamata (Christensen etal, 1990). Elméleti megfontolások (Marshall, 1980; Rutter et al., 1980; Robb, 1984) és elktronmikroszkópos vizsgálatok (Fletcher et al., 1973; Marshall et al., 1973) egyaránt arra mutatnak, hogy a sejtfalon rögzült polimerek közreműködnek a sejt hordozófelülethez történő rögzítésében. Majdnem minden vízben oldódó polimer