BIOFILM

oleh.
ALIT ADI SANJAYA
(Jurusan Pendidikan Biologi, Fakultas MIPA, Universitas Pendidikan Ganseha)
Jalan Udayana 11 Singaraja, Bali
(adius_smart@yahoo.com)



BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Berbicara mengenai biofilm seharusnya tidak asing lagi bagi kita semua. Biofilm terdapat di sekitar kita, baik dalam tubuh kita maupun dilingkungan sekitar kita. Biofilm merupakan kumpulan mikroorganisme yang terus tumbuh di sebuah permukaan. Contoh sederhana adalah karang yang tumbuh pada gigi kita merupakan salah satu bentuk biofilm. Biofilm adalah suatu istilah yang digunakan untuk menggambarkan suatu lingkungan kehidupan yang khusus dari sekelompok mikroorganisme, yang melekat ke suatu permukaan padat dalam lingkungan perairan. Hal ini membentuk mikro lingkungan dimana mikroorganisme dalam  biofilm berbeda secara struktural maupun fungsional dengan yang hidup bebas (planktonik).   

Biofilm memberi dampak kepada berbagai kehidupan sehari-hari, oleh sebab itu penelitian mengenai biofilm menjadi penting. Biofilm dapat tumbuh di berbagai permukaan, termasuk batu dan air, gigi, makanan, pipa, alat-alat medis dan jaringan implant. Walaupun biofilm biasanya mengakibatkan kerugian seperti infeksi, adakalanya biofilm juga menguntungkan. Contohnya, biofilm dapat untuk memurnikan air dengan cara menguraikan senyawa-senyawa berbahaya dalam perairan. Sedangkan efek negatif biofilm diantaranya adalah kontaminasi air, makanan, gangguan terhadap alat pendistribusian panas, dan kontaminasi peralatan medis serta jaringan implant seperti infeksi jantung buatan. Dampak ini sudah menjadi perhatian banyak peneliti dari negara-negara maju seperti Amerika, Australia, Inggris terutama bidang-bidang terkait dengan mikrobiologi untuk menggali proses terjadinya biofilm, keanekaragaman spesies, faktor-faktor pemacu, akibat dan pengendalian biofilm.

Masalahnya sekarang seberapa jauh para peneliti menyadari fakta tentang biofilm sehingga akan dapat memfokuskan penelitian-penelitian terutama mikrobiologi dengan merujuk kepada fakta yang sudah ada tentang biofilm. Karena akan dapat dikacaukan oleh banyak penelitian selama ini yang berdasarkan kepada sel mikroorganisme yang planktonik terutama yang bertujuan untuk pengendalian  serta pemanfaatan.  Sedangkan bentuk kehidupan yang dominan dari mikroba di alam adalah dalam bentuk biofilm (lebih dari 90%).  Selain itu biofilm mempunyai keunggulan dibandingkan sel planktonik dimana dia lebih tahan terhadap bahan antimikroba, temperatur, pH dan lainnya sampai beberapa ribu kali. Maka akan sangat efektif bila pengendalian dan pemanfaatan mikroba dilakukan terhadap mikro lingkungan biofilm ini. Dalam bidang bioteknologi, peranan biofilm sangat penting, sebab adanya biofilm ini akan sangat mempengaruhi keberhasilan dari rekayasa bioteknologi.

            Berdasarkan latar belakang diatas, dalam makalah ini akan dibahas lebih jauh pengertian biofilm, proses pembentukannya pembentukan, peranannya dalam kehidupan manusia dan lingkungan.

1.2  Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah tersebut diatas, maka dapat dikemukakan beberapa masalah yang akan dikaji dalam tulisan ini, yaitu sebagai berikut.

           1.    Bagaimanakah konsep dasar biofilm?

           2.    Bagaimanakah proses terbentuknya biofilm?

           3.    Apakah penyusun dari biofilm?

           4.    Apakah manfaat dari biofilm?

           5.    Apakah dampak yang ditimbulkan dari biofilm?

1.3  Tujuan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan tulisan ini adalah sebagai berikut.

          1.      Untuk mengetahui konsep dasar biofilm.

          2.      Untuk mengetahui proses terbentuknya biofilm.

          3.      Untuk mengetahui penyusun dari biofilm.

          4.      Untuk mengetahui manfaat dari biofilm.

         5.      Untuk mengetahui dampak-dampak yang di timbulkan dari biofilm.

1.4  Metode Penulisan

Adapun metode penulisan yang kami gunakan dalam pembuatan makalah ini adalah dengan menggunakan metode  telaah pustaka. Dimana kami mencari berbagai pustaka yang berhubungan dengan materi yang dikaji dan menganalisisnya untuk dijadikan bahan dalam pembuatan makalah ini. selain pustaka, kami juga mencari data melalui internet guna memperkaya bahan dalam pembuatan makalah ini.

1.5  Manfaat

Dalam pembuatan makalah ini, adapun manfaat yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut.

              1.      Sebagai bahan diskusi dalam memecahkan masalah yang berhubungan dengan biofilm.

              2.      Untuk mengenal lebih lanjut dan mendalam mengenai biofilm sehingga ke depan dapat diaplikasikan   dalam  bioteknologi secara sederhana.

              3.      Dapat dijadikan pengetahuan tambahan dalam upaya menjadi calon guru yang professional.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Konsep Dasar Biofilm

            Bakteri yang hidup bebas (planktonik) dalam perairan di alam akan cenderung untuk melekat ( sesil ) ke berbagai macam permukaan baik abiotik maupun biotik. Pelekatan ini didukung berbagai faktor diantaranya oleh matrik ekstrasellular. Di alam, bakteri yang melekat ini jumlahnya jauh lebih besar dari yang hidup bebas (Costerton, 1995). Walaupun banyak bakteri dapat hidup dengan bebas di alam, yang sering disebut dengan istilah planktonik,  tetapi terdapat pula  bakteri melekat pada suatu permukaan dengan memproduksi substansi ekstraseluler polisakarida (Dearcon, 1997). Bakteri yang melekat ini akan membentuk mikro koloni, yang akan mengatur perkembangan membentuk biofilm.  Pada awalnya mungkin  hanya tersusun satu tipe bakteri saja, tetapi  seiring perkembangannya akan tersusun beberapa tipe bakteri  yang hidup dalam komunitas yang kompleks. Faktanya hampir  pada setiap permukaan yang terpapar cairan dan nutrien akan ditumbuhi mikroorganisme. Contoh umum dari biofilm adalah pada gigi kita. yang mengatur perkembangan lubang gigi (dental caries) ketika bakteri seperti Streptococcus mutans menguraikan senyawa gula menjadi asam-asam organik. Biofilm juga ditemukan pada zat padat. Biofilm ditemukan pada permukaan tangki air, pipa, alat pembedahan, dimana bakteri melekat kuat. Disinfektan tidak mampu dengan mudah menembus matriks polisakarida (Dearcon, 1997). 

Biofilm adalah lapisan yang merupakan koloni dari konsorsium mikroba yang menempel dan menutupi suatu permukaan benda padat di lingkungan berair. Para ahli mikrobiologi memperkirakan bahwa biofilm adalah cara hidup mikroorganisme yang dominan dibandingkan dengan cara hidup melayang-layang di dalam cairan  atau planktonis (Helianti, 2007).  Turner (2006) menjelaskan bahwa biofilm merupakan sebuah struktur komunitas dari bakteri, algae atau jenis sel lainnya yang menghasilkan matriks polimerik dan melekat pada permukaan. Bakteri kebanyakan hidup sesil (pada suatu permukaan), membentuk komunitas kehidupan jika memungkinkan, yang dapat memberikan keuntungan lebih dibanding hidup secara planktonik. Secara fisik, keberadaan biofilm dapat dicirikan sebagai berikut (Bukhari, 2006)

ü  Jarak ketebalan dari beberapa mikron sampai lebih dari 1000 mikron.

ü  Permukaan tidak rata (kasar)

ü  Spesies heterogen

ü  Tersusun dari dua bagian, yaitu dasar biofilm dan permukaan biofilm.

Jamilah (2003) menjelaskan bahwa biofilm merupakan sebuah kumpulan yang kompleks dari mikroorganisme (bakteri) yang melekat pada substrat padat. Biofilm biasanya ditandai dengan struktur yang beranekaragam, keberagaman genetik, interaksi komunitas yang kompleks, dan matriks ektraselulernya berupa substansi polimerik.

Biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme yang melekat erat ke suatu permukaan sehingga berada dalam keadaan diam (sesil), tidah mudah lepas atau berpindah tempat (irreversible). Pelekatan ini seperti pada bakteri disertai oleh penumpukan bahan-bahan organik yang diselubungi oleh matrik polimer ekstraseluller yang dihasilkan oleh bakteri tersebut. Matrik ini berupa struktur benang-benang bersilang satu sama lain yang dapat berupa perekat bagi biofilm.

Biofilm terbentuk khususnya secara cepat dalam sistem yang mengalir dimana suplai nutrisi tersedia secara teratur bagi bakteri. Pertumbuhan bakteri secara ekstensif disertai oleh sejumlah besar polimer ekstraseluller, menyebabkan pembentukan lapisan berlendir (biofilm) yang dapat dilihat dengan kasat mata pada permukaan baik biotik seperti daun dan batang tumbuhan air, kulit hewan-hewan air maupun abiotik seperti batu-batuan, bagian bawah galangan kapal serta pada tempat lainnya.

Walaupun banyak bakteri dapat tumbuh pada keadaan bebas (free-living) atau planktonik, secara umum bakteri melekat ke suatu permukaan dengan menghasilkan polisakarida ekstra seluller (EPS) atau pada beberapa kasus dengan menggunakan holdfast. Pelekatan ini menghasilkan mikro koloni, sebagai awal perkembangan biofilm yang dimulai dari satu sel tapi sering berkembang menjadi beberapa bakteri membentuk multilayers dengan matrik yang hidup pada komunitas komplek. Dalam kenyataannya, hampir semua permukaan berhubungan dengan cairan dan nutrisi akan dikoloni oleh mikroorganisme.

Contoh klasik dari biofilm adalah yang terdapat pada gigi, mengawali pembentukan gigi berlubang (dental caries) bilamana bakteri seperti Streptococcus mutan memecah gula menjadi asam-asam organik. Untuk dapat melihat  biofilm lebih dekat dapat dilakukan dengan cara tidak membersihkan pipa kamar mandi seminggu atau pada bebatuan pada aliran sungai di pegunungan. Biofilm juga biasa ditemukan pada badan kapal, peralatan medis, kontak lensa (contact lenses), pipa pada industri minyak, serta saluran-saluran yang tersumbat. Selain itu, biofilm juga ditemukan di tempat-tempat (lingkungan) yang ekstrim, seperti di daerah kutub, lingkungan dengan kadar garam yang sangat tinggi, daerah beracun atau kotor, sumber air panas serta di daerah dengan kadar asam yang tinggi.

2.2 Proses Terbentuknya Biofilm

Bakteri di habitat alamiah umumnya dapat hidup dalam dua lingkungan fisik yang berbeda:

• Keadaan planktonik, berfungsi secara individu dan
• Keadaan diam (sesil) dimana dia melekat ke suatu permukaan membentuk biofilm dan berfungsi sebagai komunitas yang bekerjasama dengan erat.

   

Kepadatan populasi yang rendah adalah karakteristik umum dari  komunitas planktonik pada ekosistem mikroba di alam.  Keadaan oligotropik dari ekosistem ini mendapatkan ketidakcukupan masukan nutrisi untuk mendukung aktivitas mikroba. Jika kepadatan populasi rendah, kompetisi antara bakteri secara individu untuk tempat, oksigen, serta faktor-faktor pembatas lainnya hanya sedikit. Pada keadaan planktonik, kesempatan bagi induvidu untuk terpisah dari komunitas, khususnya oleh arus  dalam medium berair, relatif  lebih besar. Hal ini juga dialami oleh bakteri yang motil, termasuk respon kemotatis yang sesuai dengan gradien nutrisi.

Pada medium air, bakteri oligotropik tumbuh secara aktif walaupun lambat, sedangkan banyak diantaranya tidak dapat mengambil makanan yang cukup untuk mendukung pertumbuhan lalu hanya bertahan pada keadaan kekurangan nutrisi. Keadaan ini memberikan beberapa kesimpulan adanya  kemampuan bakteri untuk bertahan (revert) dalam keadaan diam (sesil). Seringkali kekurangan nutrisi disertai oleh mengecilnya ukuran dan respirasi endogenous, peningkatan hidrofobisitas permukaan sel dan meningkatkan pelekatan. Faktor ini membuat bakteri cenderung melekat ke permukaan padat, dimana kesempatan untuk  mendapatkan nutrisi lebih tinggi.

Gambar 1. Tahapan pembentukan biofilm

Sumber: www.goggle.com & Turner (2006).

Secara sederhana, siklus hidup bakteri biofilm dapat dijelaskan sebagai berikut. Pertama-tama terjadi penyisipan dari bakteri plaktonik  pada suatu permukaan atau dari perpindahan atau pembelahan sel untuk menutupi suatu permukaan yang kosong. Selanjutnya bakteri ini akan memproduksi kelompok  senyawa polisakarida yaitu substansi polimerik ekstraseluler (EPS) untuk perlekatan sel pada permukaan. Tahap selanjutnya adalah terjadi penambahan secara terus produksi substansi polimertik estraseluler (EPS). Selanjutnya sel bakteri akan melakukan pembelahan (reproduksi) guna memperbanyak jumlah dan mempertebal komposisi biofilm. Tahap terakhir adalah beberapa bakteri akan melakukan perpindahan untuk membentuk biofilm yang baru, sehingga lama-kelamaan jumlah biofilm akan semakan banyak dan membesar.

Beberapa sel pada populasi yang berbeda dari bakteri planktonik menempel ke berbagai macam permukaan. Pada medium cair yang mengalir, bakteri  yang melekat memperoleh akses ke sumber nutrien yang berkelanjutan yang dibawa oleh aliran medium. Di laboratorium ditemukan bakteri yang kekurangan nutrien, setelah melekat ke permukaan, tumbuh menjadi ukuran yang normal kemudian memulai reproduksi sel. Pelekatan kontinyu dan pertumbuhan mendukung pembentukan biofilm.  

Biofilm terbentuk ketika mikroba perintis mulai menempel pada suatu permukaan benda padat (plastik, bebatuan dan lain-lain) di lingkungan berair. Mikroba ini dapat berupa spesies tunggal atau bermacam spesies yang kemudian menghasilkan zat polimer yang kental dan lengket-seperti lem- ke luar sel. Inilah yang membuat mereka dapat menempel kuat pada permukaan benda padat dan saling merekatkan diri satu sama lain. Polimer yang lengket ini biasanya terdiri dari kelompok senyawa polisakarida. Polisakarida ini tidak hanya berguna untuk menempel pada suatu permukaan, tetapi juga dapat menjerat sekaligus mengkonsentrasikan zat makanan  yang terkandung dalam air yang mengelilingi permukaan biofilm. Polisakarida ini juga melindungi sel mikroba dari toksik yang dapat membunuh mikroba biofilm. Karena itu dengan membuat biofilm, mikroba menjadi lebih bisa bertahan terhadap lingkungan yang tidak menguntungkan dari pada hidup secara planktonis. Kumpulan bakteri ini  ibarat membangun masyarakat sebuah kota yang tangguh dimana kebutuhan hidup mikroba tersebut seperti energi, zat gizi, dan pertahanan tercukupi dengan saling tergantung satu sama lain. Mereka hidup saling menempel dengan tingkat kepadatan yang tinggi dan mobilitas individu yang hampir tidak ada.

Pertumbuhan biofilm ini bergantung pada substansi matriks bahan yang digunakan. Matriks bahan yang digunakan ini akan menyediakan aseptor elektron bagi mikroba untuk proses oksidasi dalam upaya menghasilkan energi. Selain itu, pembentukan biofilm ini bergantung pada keragaman/variasi jenis mikroba yang tumbuh. Biofilm dapat dibentuk dari satu jenis mikroba saja, namun secara alami hampir semua jenis biofilm terdiri dari campuran berbagai jenis mikroba. Sebagai contoh fungi, algae, yeast (ragi), amoeba, bakteri dan jenis mikroba lainnya. Semakin beragam mikroba yang tumbuh, maka biofilm yang terbentuk akan semakin cepat dan kompetitif. Bagi bakteri yang bersifat aerob akan tumbuh di bagian luar, sedangkan bakteri yang bisa tumbuh secara anaerob akan berada di lapisan bagian dalam. Semakin beragam bakteri, maka interaksi antara bakteri semakin kompleks. Demikian halnya jenis mikroba yang lain.

Biofilm akan terbentuk pada permukaan yang lembab, hal ini disebabkan mikroba dapat bertahan hidup jika mikroba tersebut mendapatkan kelembaban yang cukup. Pada prosesnya biofilm mengekskresikan suatu bahan yang licin (berlendir) pada sebuah permukaan, kemudian akan menempel dengan baik di permukaan tersebut jika keadaan minimum bakteri tersebut terpenuhi. Beberapa lokasi yang dapat dijadikan tempat hidup biofilm meliputi material alami di atas dan di bawah tanah, besi, plastik dan jaringan sel. Selama kita dapat menemukan kombinasi nutrien, air dan sebuah permukaan yang tidak mengandung senyawa beracun, disana sangat mungkin bisa temukan biofilm.

Biofilm menjaga kesatuan bentuknya dengan saling berikatan satu sama lain pada rantai molekul gula yang disebut sebagai EPS atau extracellular polymeri substance, yaitu terbentuknya polimer antar biofilm, sehingga kemungkinan untuk terlepas  menjadi sulit. Karena dengan mengekskresikan EPS ini, masing-masing biofilm sangat mungkin saling mendukung untuk berkembang dalam dimensi yang kompleks dan sangat erat (utuh). Matriks yang terbentuk dengan EPS ini akan melindungi sel dan memudahkan komunikasi antar sel melalui pertukaran senyawa biokimia. Beberapa biofilm berada dalam fase cair, dimana keadaan tersebut membantu sel dalam mendistribusikan zat yang dibutuhkan dan memberi sinyal molekul pada sel. Matriks ini cukup kuat, oleh sebab itu pada kondisi-kondisi tertentu, biofilm dapat berwujud padat. Masing-masing lapisan dalam biofilm akan mempunyai ketebalan yang berbeda, hal ini sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan tumbuhnya.

            Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi terbentuknya dan perkembangan biofilm adalah terdapat empat faktor penting, yaitu:

1. Material pada permukaan

Material pada permukaan memiliki efek yang sedikit atau bahkan tidak ada terhadap perkembangan biofilm. Mikroba akan dapat menempel pada suatu permukaan yang mengandung nutrient. Mikroba dapat menempel pada staenless steel atau pada permukaan plastik dengan daya yang hampir sama.

2. Areal Permukaan

Areal permukaan merupakan satu faktor utama yang mempengaruhi perkembangan biofilm.

3. Permukaan yang licin

Walaupun permukaan yang licin dapat menghambat pertumbuhan awal dari penyisipan bakteri, kelicinan tidak mempunyai efek yang sangat signifikan terhadap jumlah total biofilm pada suatu permukaan setelah beberapa hari.

4. Kecepatan aliran

Aliran yang tinggi tidak akan dapat mencegah penyisipan bakteri, tidak akan mampu menghilangkan biofilm secara keseluruhan, tetapi ketebalan biofilm akan mengalami  keterbatasan.

5. Ketersediaan nutrisi

Sama halnya dengan makhluk hidup yang lainnya, bakteri juga memerlukan nutrisi untuk pertumbuhan dan reproduksi. Ketersediaan nutrisi merupakan faktor pembatas dari pertumbuhan bakteri. Biofilm yang terdapat pada daerah yang memiliki aliran (misalnya sungai atau sistem pipa), nutrisi akan diperoleh dari aliran tersebut.

2.3 Penyusun Biofilm

Secara kimia, biofilm tersusun atas polimerik ekstra seluler (EPS). EPS ini terdiri dari sebagian besar hidroksil dan kelompok karboksilat (OH^-, COO^-). EPS sangat penting bagi kehidupan biofilm. EPS dapat menyediakan makanan bagi biofilm, terlibat dalam mekanisme pertahanan inang, dan membantu dalam agregasi dan pelekatan permukaan. Perlindungan EPS menyebabkan biofilm untuk bertahan pada kondisi dimana sel planktonik sudah tidak mampu bertahan hidup.

Biofilm tersusun atas mikroba dan EPS (extracellular polymer substance) yang terdiri atas 50 – 90% dari total karbon organik dari biofilm itu sendiri dan dapat dinyatakan sebagai materi utama dari biofilm. EPS dapat berupa senyawa kimia utamanya polisakarida. Polisakarida yang ada bersifat netral atau disebut polyanionik khususnya EPS pada bakteri gram negatif. Kehadiran asam uronat (seperti D-Glukoronat, D-Galaktonat, Asam Manuronat) atau keton yang terikat pada piruvat, membentuk bagian anionik. Bagian ini merupakan bagian yang penting karena merupakan jalur asosiasi dari ion-ion seperti kalsium, magnesium, yang terlihat melintas berikatan dengan polimer dan menyediakan ikatan yang kuat yang terbentuk pada biofilm. Pada bakteri gram positif, seperti staphylococcus, komposisi kimia dari EPS terlihat cukup berbeda utamanya pada ion kation. Hal ini dilihat dari kondisi endapan koagulasi bakteri terdiri dari asam teichioc yang tercampur pada protein dalam kadar yang rendah.

EPS memiliki daya hidrasi yang tinggi karena dapat mengabsorbsi air dalam jumlah yang besar kedalam struktur ikatan hidrogen. EPS sebagian besar hidropobik, meskipun banyak tipe EPS dapat berupa hidropobik dan hidrofilik. EPS juga tergantung pada kondisi kelarutannya. Ada dua bagian penting dari EPS sebagai efek penanda pada biofilm. Pertama, komposisi dan struktur dari polisakarida mengindikasikan konformasi utama mereka. Sebagai contoh, beberapa bakteri EPS memiliki ikatan 1,3-β-heksosa atau 1,4-β-heksosa residu dan cenderung  untuk lebih kaku, lebih sedikit deformabel, dan pada kasus-kasus tertentu sulit terlarut atau tidak dapat larut. Molekul EPS lain mungkin lebih mudah terlarut dalam air. Kedua, EPS dari biofilm secara umum tidak sama tergantung kondisi dari bakteri itu sendiri. Ikatan khusus dari lektin pada gula sederhana digunakan untuk menguji perkembangan bakteri biofilm pada organisme berbeda. Penelitian menunjukan bahwa organisme berbeda menunjukan produksi EPS yang berbeda pula serta jumlah EPS dapat meningkatkan umur biofilm itu sendiri. EPS dapat berasosiasi dengan ion metal, kation divalent dan makro melekul yang lain (seperti protein, DNA, dan lemak). Produksi EPS diketahui berasal dari kondisi nutrient pada medium pertumbuhan; ditemukannya karbon, nitrogen, potasium atau pospat dapat menghambat sintesis EPS. Perlambatan pertumbuhan bakteri juga mengubah produksi EPS. Karena EPS sifatnya yang sangat hidraktif, maka kondisi kekeringan dapat dicegah pada biofilm alami. EPS juga berkontribusi pada bagian resistensi antimikroba biofilm yang merintangi tranportasi utama dari antibiotik pada biofilm, biasanya dengan ikatan langsung pada agen pembawa.

Biofilm terbentuk karena adanya interaksi antara bakteri dan permukaan yang ditempeli. Interaksi ini terjadi dengan adanya faktor-faktor yang meliputi kelembaban permukaan, makanan yang tersedia, pembentukan matrik ekstraseluller (exopolimer) yang terdiri dari polisakarida, faktor-faktor fisikokimia seperti interaksi muatan permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan Van Der Waals, pH dan tegangan permukaan serta pengkondisian permukaan. Artinya terbentuknya biofilm adalah karena adanya daya tarik antara kedua permukaan (psikokimia) dan adanya alat yang menjembatani pelekatan (matriks eksopolisakarida).

Biofilm adalah suatu bentuk mekanisme pertahanan sel. Berdasarkan studi invitro, biofilm dapat menghindari serangan pertahanan inang. Sebagai contoh adalah sel fagosit sulit untuk menelan bakteri dalam bentuk biofilm. Biofilm juga lebih resisten dibandingkan dengan sel planktonik  terhadap agen antibakteri. Contohnya khlorinasi biofilm sering tidak berhasil sebab biosidal hanya membunuh bakteri pada lapisan luar biofilm, sedangkan bakteri bagian dalam tetap hidup dan biofilm dapat berkembang. Penggunaan ulang agen antibakteri diantara biofilm meningkatkan resistensinya terhadap biosida.

Sel bakteri pada permukaan biofilm berbeda dari sel dengan matrik biofilm. Sifat sel yang terselubung dalam matrik dapat berubah sejalan dengan perubahan ketebalannya. Sel permukaan cenderung untuk sel permulaan biofilm muda yang aktif secara metabolisme. Sel permukaan membelah dan meningkatkan ketebalan biofilm. Oksigen yang tersedia bagi sel dalam matrik lebih sedikit oleh sebab itu mereka lebih kecil dan tumbuh dengan lambat. Bakteri akan menjadi sedikit dorman, dan menjadi aktif bila lapisan luarnya dibunuh.

Infeksi mikroba dapat terbentuk pada biomaterial yang secara total berada dalam tubuh manusia atau sebagian terbuka ke luar. Spesies E.coli, Staphylococci dan Pseudomonas diantaranya adalah penginvansi yang umum. Banyak bagian gastrointestinal  (rongga pencernaan) manusia dan hewan dikoloni oleh kelompok spesifik bakteri (mikrobiota normal) memberi  kesempatan terhadap biofilm alami yang memberikan sejumlah proteksi terhadap spesies patogenik. Penggunaan alat-alat prostetik dengan memasukkan ke tubuh manusia sering menyebabkan  pembentukan biofilm pada permukaan  alat-alat tersebut oleh Stahylococcus epidermidis, Stahylococci koagulase negatif yang lain dan bakteri Gram negatif penghuni normal kulit ini memiliki derajat pelekatan yang tinggi ke alat prostetik. Bakteri dalam biofilm terlindung dari antibiotik yang memacu biofilm secara kontinyu menyebarkan sumber infeksi ke bagian lain tubuh dengan terjadinya pelepasan (detachment) sel. 

 Setelah biomaterial dicangkok, baik jaringan sel atau mikroorganisme akan mengkoloninya. Jika sel jaringan mengkoloni pertama kali cangkokan kemungkinan besar akan berhasil. Jika bakteri mengkoloni pertama kali, banyak mikroorganisme dapat melekat ke permukaan cangkokan. Bakteri ini dapat mengkoloni dan memulai pembentukan biofilm. Karena resisten terhadap agen antibakteri, biofilm sering tidak dapat ditanggalkan dari peralatan medis, dengan demikian dibutuhkan operasi tambahan. Komponen biomedis yang rentan terhadap kolonisasi biofilm termasuk jantung buatan, pengganti sendi, kontak lensa, katup jantung, cangkokan gigi, intravascular catheter. Dengan kemajuan teknologi modern banyak manusia menjadi inang bagi biomaterial, dan menjadi beresiko terhadap infeksi biofilm.

2.4 Manfaat Biofilm

Biofilm ternyata juga bisa memberi keuntungan bagi manusia dan dapat dimanfaatkan sebagai solusi alternatif untuk stabilisasi bangunan yang berdiri di atas tekstur tanah yang rentan terhadap bencana gempa bumi. Penelitian ini dilakukan oleh para peneliti dari Lafayette College, Amerika Serikat. Biofilm yang diaplikasikan ini adalah koloni dari bakteri Flavobacterium johnsoniae yang secara alami terdapat di tanah. Bakteri ini dipilih karena bersifat non-patogenik, terdapat secara alami pada aliran (pembuangan) air tanah, tidak perlu zat nutrien tinggi, bahkan dapat menguraikan molekul makro yang banyak terdapat dalam limbah seperti kitin, dan membentuk biofilm. Penggunaan bakteri ini diharapkan dapat secara alami membentuk polimer biofilm pada lapisan tanah yang rentan terhadap gempa tempat bangunan berdiri lewat aliran air tanah.

Selain itu, manfaat dari biofilm juga dapat diaplikasikan dalam dunia industry, seperti:

ü  Bioremediasi: bakteri dapat dimanfaatkan untuk mendegradasikan polutan pada lingkungan.

ü  Biofiltrasi: pemindahan secara selektif pada speises kimia dari suatu larutan.

ü  Biobarrier: melindungi suatu objek dengan menggunakan glukokaliks yang sangat kasar yang diproduksi oleh biofilm.

ü  Bioreaktor: Memproduksi suatu senyawa/zat dengan menggunakan pembuatan biofilm.

2.5 Dampak Biofilm

1. Industri Makanan

            Biofilm dikhawatirkan dalam industri makanan, dalam hal ini biofilm dapat muncul dari bahan mentah, permukaan, manusia, hewan, dan udara. Ketika makanan atau permukaan pada pabrik pemprosesan makanan terkontaminasi, bakteri dapat membentuk koloni, akhirnya membentuk biofilm. Sebagai contoh adalah papan iris yang digunakan untuk memotong daging dapat terinfeksi dengan mikroorganisme. Mikroorganisme lain dapat menempel pada mikroorganisme yang duluan melekat dan biofilm dapat terbentuk. Pembersih yang digunakan untuk mengusap papan iris dapat membunuh planktonik, bakteri yang hidup lepas, tapi terkadang   tidak mampu menembus biofilm. Makanan yang bersentuhan dengan papan iris dapat terkontaminasi.

2. Sistem Perairan

            Dalam suatu survei pada aliran sampah, populasi bakteri sesil (biofilm) melebihi sel planktonik sebanyak 200 unit logaritma. Kandungan nutrisi yang tinggi tersedia dalam sistem limbah, merangsang pertumbuhan biofilm. Biofilm yang melekat pada pipa logam dapat menyebabkan korosi. Potensi korosi dibangun antara permukaan logam yang tidak dikoloni dan permukaan logam yang dikoloni oleh biofilm. Perbedaan pH sekitar 1,5 unit dapat terjadi pada zona yang lebih rendah dari biofilm yang tumbuh pada permukaan metalik.

3. Dampak lainnya

Dalam kehidupan sehari-hari biofilm banyak dijumpai di sekitar kita. Salah satu contohnya adalah karang gigi. Karang gigi biasanya adalah lapisan biofilm dari bakteri Streptococcus. Biofilm yang dapat terdiri dari multi lapisan ini menempel pada permukaan gigi dan dapat menyebabkan caries gigi. Penelitian biofilm pada gigi ini berdampak luas pada ilmu kedokteran gigi dan kesehatan mulut. Biofilm juga terdapat pada bagian tubuh manusia lainnya. Biofilm dalam tubuh manusia biasanya menjadi masalah ketika terjadi pencangkokan organ buatan. Koloni mikroorganisme patogen dalam bentuk biofilmlah yang biasanya menyebabkan infeksi dan penolakan penanaman organ baru tersebut ke tubuh pasien. Mikroba penghuni biofilm yang menutupi permukaan organ buatan itu sulit dijangkau oleh antibiotik dan dapat menebarkan infeksi yang berujung pada penolakan tubuh terhadap organ yang dicangkok. Dalam prespektif industri, biofilm juga dipandang sebagai gangguan. Sebagai contoh, biofilm yang terdapat pada pipa-pipa minyak atau saluran air dapat menyebabkan korosi pipa secara pelan tetapi pasti, sehingga menyebabkan kebocoran pipa.

Efek yang ditimbulkan oleh biofilm menyangkut area yang luas yaitu (1) kehilangan energi dalam unit pemindah panas, (2) korosi logam, (3) pertumbuhan pada alat-alat rumah sakit, (4) kontaminasi pada alat pendistribusian air minum (Characklis & Marshall, 1990), dan (5) kontaminasi permukaan alat pemerosesan makanan (Hood & Zottola, 1995).

Kehadiran biofilm  menyebabkan masalah yang potensial terhadap industry makanan. Kekhawatiran terjadi bila bakteri patogen melekat pada alat pemerosesan makanan. Kalau biofilm tidak dibersihkan, organisme yang melekat dalam perkembangannya dapat terlepas dari permukaan dan mengkontaminasi produk sebelum produksi. Masalah yang ditimbulkan oleh adanya kontaminasi ini adalah terjadinya pembusukan makanan yang akan memperpendek masa simpan (shelf-life) maupun penyebaran penyakit melalui makanan (foodbom desease).

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

            Berdasarkan pembahasan diatas, maka dapat penulis simpulkan sebagai berikut.

1. Biofilm merupakan sebuah struktur komunitas dari bakteri, algae atau jenis sel lainnya yang menghasilkan matriks polimerik dan melekat pada permukaan.
2. Proses pembentukan biofilm dapat dibedakan menjadi tiga tahapan besar yaitu, tahap invasi, tahap kolonisasi serta tahap pertumbuhan.
3. Penyusun utama biofilm adalah ekstra polymeric substance (EPS) yang merupakan kelompk dari senyawa polisakarida. EPS ini di ekskresikan oleh sel yang memiliki berbagai fungsi dalam kehidupan sel.
4. Biofilm memiliki beberapa manfaat dalam kehidupan manusia, seperti sebagai biofiltrasi, bioremediasi, biobarrier, serta bioreactor.
5. Selain memiliki manfaat, biofilm juga memiliki dampak negative terhadap kehidupan manusia, seperti dapat merusak makanan, penyebab pipa korosi, menganggu kesehatan manusia, serta dampak lainnya.

3.2 Saran

            Saran yang dapat penulis berikan kepada para pembaca adalah senantiasa tetap menjaga kebersihan diri kita dan lingkungan dari berbagai mikroorganisme yang bersifat pathogen. Selain itu, menjaga kebersihan pangan juga sangat penting, sebab mikroorganisme bisa tumbuh di makanan.

.