Ahoj všetkým, v tomto článku sa budem venovať biofilmu /biopovlaku/-kolóniám baktérií a iných mikroorganizmov na pevných, ale i rastlinných a iných povrchoch ako neoddeliteľnej súčasti každého akvária.
Mnohí z vás sa s ním už stretli, či už vo forme oslizlého koreňa, či mastnej/slepej/ hladiny alebo zanesených hadiciach, no a samozrejme vo filtroch na biomédiách. Jedná sa o zhluk/kolónie/ mikroorganizmov na už uvedených povrchoch. Po prečítaní článkov, ktoré sú uvedené na konci ako použitá a doporučená literatúra, mnohí zrejme prehodnotíte svoj postoj k čisteniu filtrov a odkaľovaniu akvária. Tak poďme poporiadku. Nebudem to rozoberať do detailov, všetko potrebné najdete v už spomenutých odborných štúdiách, takže to bude skôr môj akvaristický pohľad v ktorom uvedené poznatky sa pokúsim aplikovať do prostredia akvária.
Baktérie majú schopnosť prilnúť k povrchom tzv. adhézia a môžu mať či majú aj bičík alebo chĺpky /pili/a teda schopnosť sa pohybovať a oddeľovať od biofilmu, tieto fakty som už načrtol aj v článkoch Jardenova filtrácia a Vplyv filr. médii na zníženie org. odpadu, kde som práve tieto ich schopnosti využil v mojej filtrácii.
Čo všetko tvorí biofilm?
Z článkov Mikrobiálne biofilmy 1/2 od Martina Rulíka a Veroniky Holej sa dozviete, že to nie je len kolónia baktérii ale aj iných organizmov ako sú nálevníky a bičíkovce, huby a iné. Baktérie v týchto kolóniách môžu medzi sebou komunikovať a tvoriť slizový obal, ktorý ich chráni a týmito schopnosťami dokážu napr. vytvárať rezistenciu na antiobitiká v ľudskom tele a rovnako tieto kolónie môžu byť dokonca nebezpečné, kedy sú zdrojom príp. infenkcií/ na katétroch a cudzích predmetoch v ľudskom tele/. Tu by som sa zamyslel v súvislosti s akvaristikou, takéto biofilmy môžu byť predsa zdrojom bakteriálnych infekcií aj pre vaše ryby v akváriu, ak sa v nich uchytia baktérie škodlivé pre ryby a práve tam môže byť zdroj bakteriálnych komplikácií na rybách /biofilm sa môže vytvoriť aj na rybách! /- čo myslíte? Stále trváte na nečistení filtrov, neregenerácii médií a neodkalovaní dna príp. aj nečistenia hadíc a poúdržbovom aspoň krátkom použití UV lampy v súvislosti so zdravím vašich rýb?
Ďalšou veľmi zaujímavou informáciou z uvedeného článku je citujem: “Biofilm poskytuje bakteriálním buňkám ochranu. Vytvořená biofilmová vrstva obklopující buňky tedy představuje bariéru, která izoluje od okolí. Buňky v biofilmu tak mají např. vyšší odolnost vůči působení toxických látek a ultrafialového záření, proti mechanickému poškození, bakteriofágům i predátorům.”
Z uvedeného vyplýva, že nie je až tak jednoduché zlikvidovať v akva biosvet chémiou a vždy niečo prežije ak to nepreženiete, ale prečo to robiť, keď pracujú tieto kolónie pre nás v akváriu?
Ďalšia zaujímavosť citujem: Regulácia tvorby biofilmu
“Některé buňky se z kolonií odlučují, přecházejí do planktonního stavu a mohou kolonizovat další části povrchu. Pravděpodobnou příčinou tohoto chování je zvyšující se konkurence mezi buňkami v biofilmu. Produkované chemické signály upozorňují okolní buňky na jejich přítomnost a zabraňují dalšímu zahušťování populace. Produkce signálních látek stoupá se zvyšující se hustotou populace a tyto látky se ve vysokých koncentracích hromadí v buňkách a jejich okolí. Tento způsob vnitrobiofilmové komunikace se označuje pojmem vnímání množství (quorum sensing, QS) a v současnosti už máme o tomto fenoménu řadu informací.”
Z uvedeného by mohlo plynúť, že nie je žiadúce vo filtroch pestovať velké kolónie, baktérie vám pri premnožení aj tak odtiaľ uniknú a budú si hľadať voľné iné povrchy-to som tiež nepriamo naznačil ako dôvod častejších čistení filtračných médií. Iba zatiaľ neviem presne určiť správny čas, kedy sa tak presnejšie deje, avšak určite to závisí aj od iných podmienok…
Ďalšia zaujímavosť citujem: “Primární kolonizátoři povrchu substrátu mají relativně vysokou růstovou rychlost, po určité době se však rychlost sníží a tloušťka biofilmu dosáhne ustálené hodnoty. Zpomalení růstu je dáno omezením transportu substrátu do hlubších vrstev biofilmu a zvýšením vlivu odumírání a rozkladu buněk ve stárnoucím biofilmu.”
Tu by som povedal, že primárny biofilm v akváriu tvoria práve dekompozičné baktérie heterotrófne aeróbne, tie sú rýchle vo svojej činnosti a množení ak majú dostatok kyslíku a vhodné podmienky. Zároveň by som pripomenul príklad s lepiacou doskou v mojom článku Vplyv filtr. médii na zníženie org. odpadu. Nemáte pocit, že je to niečo podobné ako uvádzajú odborníci so stárnutím biofilmu?
V ďalšej časti článku nájdete jasnú definíciu významu biofilmu aplikovateľnú do našich filtrov a akvárii citujem: “Jinou významnou vlastností biofilmů je vychytávání a hromadění živin a organických látek z okolního prostředí, což umožňuje bakteriím růst i v extrémně oligotrofních podmínkách. Biofilmy mohou také zadržovat a skladovat organické složky, které se později rozkládají v přítomnosti extracelulárních enzymů produkovaných bakteriemi. Tak jsou schopny rozkládat vysokomolekulární látky, jako např. lignin, které jsou jinak jako potravní zdroj pro volně žijící buňky nedostupné. Další funkcí EPM je velmi účinná ochrana před nepříznivými účinky vnějšího prostředí. EPM je extracelulární polymerní matrice– sliz různého chemického složení.” Opäť by som aplikoval na Jardenovu filtráciu-sliz je schopný zachytávať org. znečistenie.
Ďalšia velmi dôležitá informácia z pohľadu prúdenia vo filtroch citujem: “V prostředí s vyšší rychlostí proudění, kde dochází k silnému tlaku na odtrhávání, jsou biofilmy hustší a hladší, naopak ty, které rostou při pomalejším proudění, jsou více porézní. Plně vyzrálý biofilm není homogenní, ale má heterogenní strukturu –buňky a kupy buněk rozptýlených v matrici s mezerami a kanálky naplněnými vodou a propojenými s okolní kapalnou fází.” Toto je zásadné z pohľadu prúdenia vo filtri a asi väčšina o tom viete, že primeraný prúd vo filtri lepšie zachytáva org. znečistenie, tu však musím poznamenať, že ak príde k zaplneniu poréznych častí biofilmu/ pozor biofilmu nie biomédia/, tak bude zrejme hladký ako pri silnejšom prúdení, preto si myslím, že pri väčšom org. odpade by častejšie čistenie malo opäť opodstatnenie z pohľadu Jardenovej filtrácie.
Ďalšie úžasné zistenie citujem: “Bakterie jsou v něm rozloženy nerovnoměrně, rostou v mikrokoloniích – shlucích kuželovitého nebo houbovitého tvaru – navzájem spojených spletitými kanálky, jež mohou většími mikrokoloniemi i procházet; tyto kanálky jsou však tenčí.”-nepripomína vám to mravenisko-toľká podobnosť..
Ďalšia úžasná vec z pohľadu aj anaeróbnych procesov, mysleli ste si že prebiehajú iba hlbšie v dne? Tak prosím, citujem: “Z kanálků proudí kapalina póry do nitra větších mikrokolonií a dále se již dostává pouhou difuzí. Ta je však účinná pouze do určité hloubky biofilmu. S rostoucí hloubkou proto dochází ke zřetelnému úbytku koncentrace kyslíku a dalších životně důležitých látek. Protože matrice izoluje mikrokolonie od proudící kapaliny, umožňuje biofilmová vrstva metabolické aktivity zcela odlišné od okolí. Tak je možné, aby např. anaerobní aktivity (produkce metanu) probíhaly v aerobním prostředí a aerobní i anaerobní procesy, jako např. oxidace sulfidů a redukce síranů, v odlišných vrstvách téhož biofilmu.” Geniálne…je jasné, že dlhšie nečistený filter, môže významne napodobniť dno akvária a preto FILTRE MAJÚ OPODSTATNENIE V AKVÁRIÁCH kde je viac rýb ako je vhodné !
V súvislosti s použitím chémie v akváriu a baktériami-ich kolóniami citujem: “Obecně jsou biofilmy v raných fázích svého vývoje (mladší biofilmy) daleko náchylnější k působení polutantů než zralé biofilmy, ale těchto látek obsahují mnohem méně (měly méně času pro akumulaci).” Takže týka sa to hlavne zábehu akvária a Jardenovej filtrácie- použitia chémie a prehnaného hnojenia mikroprvkami v akváriu a opäť citujem “Výzkumy totiž prokázaly, že starší a silnější vrstvy říčních biofilmů jsou odolnější k toxickým účinkům mědi, zinku a kadmia než ty mladší.”
Ďalšia zaujímavosť citujem:” Prvoci biofilmová společenstva nejen kolonizují, ale také způsobují jejich strhávání od podložního substrátu. Studií s měňavkou Acanthamoeba castellani a nálevníkem Colpoda maupasi bylo zjištěno, že oba druhy značně ovlivňují populační dynamiku biofilmů –A. castellani konzumuje bakterie s rychlostí asi 30 tisíc buněk na cm2 za hodinu a C. maupasi je schopen redukovat tloušťku biofilmu až o 60 %. Spásání mění fungování říčních biofilmů hned několika způsoby, mimo jiné zjednodušuje taxonomické složení řasového společenstva (favorizuje některé taxony) a ovlivňuje jeho fyziognomickou strukturu. Protože navíc spásači udržují nízkou biomasu biofilmu a snižují tak kapacitu jeho sorpčního povrchu pro rozpuštěné a koloidní toxické látky, dochází ke zvýšené poproudové mobilitě a snížení samočisticího efektu biofilmů.” tu by som povedal, že je to zaujímavé hlavne v súvislosti so zábehom akvária.
V ďalšom článku Mikrobiálne biofilmy od KAŠLÍKOVÁ Katarína, SLOBODNÍKOVÁ Jana, MELUŠ Vladimír, KRAJČOVIČOVÁ Zdenka je tiež zaujímavé citujem: “Rôzne signály z prostredia ako napríklad dostupnosť niektorých živín, prítomnosť kyslíka, hydrodynamika, teplota a pH sa podieľajú na regulácii tvorby biofilmu. Štúdie o tvorbe biofilmu u Listeria monocytogenes uvádzajú, že príliš nízka alebo príliš vysoká hladina fosfátov v životnom prostredí znižuje tvorbu biofilmu, zatiaľ čo prítomnosť sacharidov manózy a trehalózy naopak tvorbu biofilmu stimulovala.” a ďalšia zaujímavosť citujem: “Ďalší z faktorov ovplyvňujúci tvorbu biofilmu je koncentrácia glukózy. Tým, že je biofilm polymorfný, tak prispôsobuje svoju štruktúru v závislosti od množstva živín, ktoré boli preukázané pomocou experimentov s rôznymi koncentráciami glukózy. Ak je koncentrácia glukózy vysoká, mikrokolónie rastú rýchlo a následne sa výrazne zvyšuje aj hrúbka biofilmu. Opätovným znížením koncentrácie glukózy sa pôvodná štruktúra biofilmu obnoví.” v článku Akvatriky som písal o znižovaní NO3 v akváriu cukrom /Maq/, cukry vylučujú aj rastliny/rastliny obsahujú 85 až 90% sacharidov v sušine-cukry sú energetický zdroj buniek/ napr. po ostrihaní rastlín, takže ak chcete zväčšiť biofilm v akva a filtri, tak cukor je tiež riešenie.
Na záver by som dodal, že svet baktérií je úžasný a nepoznaný, myslím že aj nekonečný a nedokážeme ho vedecky obsiahnuť, preto som napísal pár svojich postrehov a doporučujem všetkým prelúskať aspoň tie odkazy nižšie, ak sa chcete posunúť v chápaní mikrosveta akvária a jeho záludností.
Ešte pre “vrtákov” dodám, že články Jardenova filtrácia a Vplyv filtr. médii na zníženie org. odpadu som písal skôr ako tento článok a nemal som vtedy ešte odborné info z dole uvedených článkov a štúdii o biofilme a všetky úvahy a konštatovania v nich napísané, sú len na základe mojich pokusov a pozorovaní a aj preto sú v tomto článku uvedené moje myšlienkové vsuvky, ktoré porovnávajú moje pozorovania s odbornými výsledkami v nižšie uvedených článkoch. Ďalšie súvislosti si vyvodíte aj sami ak to prečítate a možno prídete na odpovede k ďalším otázkam súvisiacich s baktériami v akváriu. Ak by vás zaujímala moja nová Teória otvárania a zatvárania biofilmov podporenú aj pokusom, nájdete ju tu: https://barrreport.com/threads/theory-of-opening-and-closing-of-biofilms-according-to-jarden-sk.17644/
10.7.2021 Jarden Sk
Užitočné a použité odkazy a články:
Martin Rulík, Veronika Holá Mikrobiální biofilmy 1 https://ziva.avcr.cz/files/ziva/pdf/mikrobialni-biofilmy-1-vsudypritomny-a-pritom-malo.pdf
Martin Rulík Mikrobiální biofilmy 2 https://ziva.avcr.cz/files/ziva/pdf/mikrobialni-biofilmy-2-vodni-prostredi.pdf
Mikrobiálne biofilmy https://zl.tnuni.sk/fileadmin/Archiv/2018/2018-6.c.3/ZL_2018_6_3_05_Kaslikova.pdf
Produkčné mikroorganizmy E.Kulichová https://www.siov.sk/wp-content/uploads/2020/04/Produkcne-mikroorganizmy.pdf
