Pierwszym badaczem, który już w XVII w. zaobserwował i opisał biofilm bakteryjny, był holenderski przedsiębiorca i przyrodnik Antoni van Leeuwenhoek, który z zaciekawieniem przyglądał się swojej własnej płytce nazębnej i zauważył, że pokrywa ją pewna błona. Po bardziej szczegółowej obserwacji, przy pomocy stworzonego przez siebie mikroskopu, doszedł do wniosku, że błona ta zawiera miliony mikroorganizmów. W latach 40. ubiegłego wieku Amerykanin Claude Zobell zauważył natomiast, że wbrew pokutującemu wówczas twierdzeniu, iż większość komórek mikroorganizmów występuje w formie planktonicznej, badane przez niego mikroorganizmy wodne chętniej bytują przyczepione do powierzchni stałej, niż swobodnie unoszą się w środowisku. Terminu „biofilm” po raz pierwszy użyto w publikacji naukowej w 1975 r. i ma on związek z obserwacjami makroskopowymi – większość struktur tego typu przypomina bowiem cienką warstwę śluzu. Od tego czasu biofilmy nieprzerwanie stanowią temat wielu badań naukowych.

Biofilm – twierdza nie do zdobycia
Biofilmy zostały zdefiniowane jako osiadłe zbiorowiska mikroorganizmów, których komórki osadzone są w wytworzonej przez nie macierzy substancji polimerycznych wydzielanych pozakomórkowo, tzw. EPS (ang. extracellular polymeric substances). Mogą one składać się z jednego lub wielu gatunków bądź rodzajów mikroorganizmów. Co ważne, bakterie wchodzące w skład biofilmów wykazują szereg właściwości, które różnią je zasadniczo od swobodnie przemieszczających się w środowisku komórek planktoniczncyh – komórki w różnych częściach biofilmu są zdolne do pełnienia odmiennych funkcji, co pozwala skupiskom mikroorganizmów funkcjonować w warunkach, w których nie mogłyby przeżyć pojedyncze komórki.

Macierz biofilmu i jej komponenty
Głównymi składnikami macierzy biofilmów są zazwyczaj: polisacharydy, białka, kwasy nukleinowe, surfaktanty, fosfolipidy oraz woda. Interesującą cechą macierzy jest zdolność do gromadzenia i oddawania wody, co nadaje jej cechy hydrożelu i powoduje, że usunięcie biofilmów z powierzchni stałej jest niezwykle trudne oraz chroni mikroorganizmy zarówno przed niekorzystnymi warunkami otoczenia, jak i środkami przeciwbakteryjnymi. Rozgałęziony system kanalików pozwala natomiast na transport substancji pokarmowych oraz komunikację pomiędzy mikroorganizmami za pomocą sygnałów chemicznych i fizycznych (ang. quorum sensing).

Co dalej z badaniami nad biofilmami?
Szereg badań przeprowadzonych od połowy lat 80. sprawił, że stan naszej wiedzy na temat biofilmów znacząco się poprawił, wciąż jednak znajdujemy się dopiero na początku drogi umożliwiającej nam dokonanie pełnej charakterystyki właściwości macierzy biofilmu, mimo iż stanowi ona przecież jego największą część. Badania wykazały, że w skład EPS może wchodzić wiele różnych biopolimerów, które nadają każdemu z biofilmów niepowtarzalne właściwości. Ponieważ biofilmy mogą zarówno wytwarzać, jak i przyłączać różne cząsteczki, dalsze badania będą musiały odpowiedzieć na pytanie, jak regulowana jest różnorodność i produkcja cząsteczek w macierzy biofilmu oraz wyjaśnić, w jaki sposób biofilmy wykorzystują przyłączone cząsteczki, np. cząsteczki sygnałowe. Wiedza ta może pozwolić nam na manipulowanie cząsteczkami wchodzącymi w skład macierzy, co jest istotne przede wszystkim w technologiach wykorzystujących biofilmy bakteryjne.

Innym interesującym zagadnieniem jest lekooporność biofilmów – wiemy, że bakterie znajdujące się w biofilmach wykazują oporność na antybiotyki i inne leki przeciwbakteryjne, jednak mechanizm ochrony komórek wciąż nie został dostatecznie wyjaśniony. Rola komórek w wewnętrznej warstwie biofilmu, znajdujących się w stanie anabiozy, również nie jest do końca poznana – nie wiadomo, czy stan „uśpienia” komórek jest typowy dla większości biofilmów występujących w naturze, czy może jednak charakteryzuje on głównie biofilmy badane w warunkach laboratoryjnych. Naukowcy będą musieli odpowiedzieć na pytanie, czy mikroorganizmy VBNC (ang. viable but not culturable), czyli takie, których nie można namnożyć i hodować w warunkach laboratoryjnych, wykorzystując klasyczne podłoża mikrobiologiczne, są częstym elementem naturalnych biofilmów. Dzięki tej informacji będziemy mogli szybciej i skuteczniej leczyć wiele schorzeń wywołanych przez bakterie bytujące w formie biofilmów.