Biofilm adalah kumpulan sel mikroorganisme yang melekat pada suatu permukaan dan diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dikeluarkan oleh bakteri. Biofilm terbentuk melalui proses pelekatan, pematangan, dan dispersi sel yang melibatkan komunikasi antarsel dan mekanisme quorum sensing. Biofilm bermanfaat bagi bakteri dengan meningkatkan pertahanan dan akses akan nutrisi, namun juga dapat menyebabkan berbagai penyakit

1. Biofilm
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Langsung ke: navigasi, cari
Biofilm Staphylococcus aureus di dalam selang kateter.
Biofilm adalah kumpulan sel mikroorganisme, khususnya bakteri, yang melekat di suatu
permukaan dan diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dikeluarkan oleh bakteri.[1] Biofilm
terbentuk karena mikroorganisme cenderung menciptakan lingkungan mikro dan relung
(niche) mereka sendiri.[2] Biofilm memerangkap nutrisi untuk pertumbuhan populasi
mikroorganisme dan membantu mencegah lepasnya sel-sel dari permukaan pada sistem yang
mengalir.[1] Permukaan sendiri adalah habitat yang penting bagi mikroorganisme karena
nutrisi dapat terjerap pada permukaan sehingga kandungan nutrisinya dapat lebih tinggi
daripada di dalam larutan.[1] Konsekuensinya, jumlah dan aktivitas mikroba pada permukaan
biasanya lebih tinggi daripada di air.[1]
Hingga tahun 1980-an, mode pertumbuhan dengan biofilm lebih dianggap sebagai sesuatu
yang menarik saja dan bukan sebagai suatu studi ilmiah yang serius.[3] Namun, bukti-bukti
yang terkumpul kemudian menunjukkan bahwa pembentukan biofilm lebih disukai oleh
mikroorganisme, dan hampir semua permukaan yang terkena kontak dengan mikrob dapat
mendukung pembentukan biofilm sehingga memengaruhi kehidupan manusia.[3] Atas dasar
tersebut, studi mengenai biofilm menjadi lebih intensif.[3] Selain bakteri, mikroorganisme
lainnya seperti alga dan khamir (fungi bersel satu) juga dapat membentuk biofilm, namun
biofilm bakteri adalah yang paling banyak dipelajari dan dirujuk sebagai contoh.[3]
Daftar isi
1 Asal-usul
2 Komposisi dan struktur
3 Pembentukan
o 3.1 Quorum sensing
4 Fungsi bagi bakteri
o 4.1 Pertahanan
o 4.2 Pelekatan pada relung
o 4.3 Kolonisasi
o 4.4 Cara hidup alami bakteri
5 Pengaruh negatif terhadap manusia
o 5.1 Penyakit

2.  5.1.1 Karies gigi
 5.1.2 Fibrosis sistik
 5.1.3 Biofilm pada peralatan medis
6 Pengaruh positif terhadap manusia
o 6.1 Pengolahan limbah
7 Kontrol biofilm
8 Lihat pula
9 Referensi
10 Bacaan lanjut
11 Pranala luar
Asal-usul
Stromatolit di Sharkbay
Asal-usul biofilm dapat ditelusuri hingga 3,5 milyar tahun yang lalu berdasarkan fosil biofilm
yang ditemukan di Afrika bagian selatan dan Australia Barat.[4] Fosil biofilm tersebut
berbentuk stromatolit (Bahasa Yunani stroma, "tempat tidur", dan lithos, "batu") yaitu kubah
bergaris-garis yang tersusun dari batuan sedimen yang sangat mirip dengan kerak berlapis-
lapis, yang sekarang ini terbentuk pada dasar rawa berair asin dan beberapa laguna laut
hangat oleh koloni bakteri dan sianobakteri.[4] Biofilm terbentuk karena prakarsa koloni
bakteri dan sianobakteri yang melekat pada batuan tersebut.[4] Sampai saat ini, fosil tersebut
adalah fosil organisme hidup tertua yang diketahui sehingga biofilm diperkirakan sudah ada
pada awal mula kehidupan di bumi.[4]
Komposisi dan struktur

3. Struktur kimia xanthan gum, EPS yang dihasilkan Xanthomonas campestris untuk
membentuk biofilm
Komposisi biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme, produk ekstraseluler, detritus,
polisakarida sebagai bahan pelekat, dan air yang adalah bahan penyusun utama biofilm
dengan kandungan hingga 97%.[5][6]Polisakarida (polimer dari monosakarida atau gula
sederhana) yang diproduksi oleh mikrob untuk membentuk biofilm termasuk
eksopolisakarida (EPS) yaitu polisakarida yang dikeluarkan dari dalam sel.[7] EPS yang
disintesis oleh sel mikrob berbeda-beda komposisi dan sifat kimiawi dan fisikanya.[8]
Beberapa adalah makromolekul yang bersifat netral, namun mayoritas bermuatan karena
keberadaan asam uronat (Asam D-glukuronat), Asam D-galakturonat, dan Asam D-
manuroniat.[8] Ada biofilm yang bersifat kaku karena EPS-nya terdiri dari ikatan ß-1,4 atau ß-
1,3 glikosida (ikatan monosakarida monomer penyusun polisakarida) seperti EPS xanthan
gum yang dihasilkan oleh Xanthomonas campestris tetapi ada juga yang bersifat fleksibel
karena memiliki ikatan α-1,2 atau α-1,6 glikosida yang banyak ditemukan pada dekstran[8]
Beberapa contoh EPS selain xanthan gum adalah asam kolanat yang diproduksi oleh
Escherichia coli, alginat oleh P. aeruginosa, dan galaktoglukan oleh Vibrio cholerae.[9][10][11]
Bahan-bahan penyusun biofilm yang lain contohnya adalah protein, lipid, dan lektin.[7]
Struktur dari suatu biofilm adalah unik tergantung dari lingkungan tempatnya berada,
contohnya adalah kandungan nutrisi dan keadaan fisik.[12][7] Selain itu, di alam, sangat jarang
terdapat biofilm yang hanya terdiri dari satu spesies, biasanya biofilm tersusun dari beberapa
spesies dalam lapisan-lapisan yang berbeda.[2][8]
Biasanya mikroorganisme fotosintetik ada di permukaan paling atas, mikroorganisme
kemoorganotrof anaerob fakultatif di bagian tengah, sedangkan di bagian dasar adalah
mikroorganisme anaerob pereduksi sulfat.[2] Pada bagian atas, cahaya matahari lebih mudah
didapat sehingga dapat digunakan untuk fotosintesis, sedangkan bagian tengah dapat dihuni
oleh mikrob kemoorganotrof fakultatif anaerob karena dapat mentolerir kandungan udara
yang sedikit serta banyak dapat mengakses bahan organik sebagai sumber energinya.[13]
Pada bagian dasar, tidak terdapat kandungan udara sehingga mikrob anaerob pereduksi sulfat
dapat tumbuh dan energi dengan cara mereduksi sulfat.[13] Pemodelan habitat mikrob-mikrob
tersebut dapat diamati menggunakan Kolom Winogradsky.[13] Struktur biofilm yang lebih
kompleks dapat berbentuk empat dimensi (x,y,z, dan waktu) dengan agregat sel, pori-pori,
dan saluran penghubung.[2] Tergantung dari kondisi lingkungannya, biofilm dapat menjadi
sangat besar dan tebal sehingga dapat dilihat dengan mata telanjang contohnya pada
lingkungan air laut dapat terbentuk stromatolit.[2] Struktur dan ukuran biofilm sangat
bergantung pada konsentrasi substrat.[14]

4. Pembentukan
Pembentukan biofilm yang meliputi 5 tahap
Komunikasi antarsel penting bagi perkembangan dan pemeliharaan biofilm.[1] Pelekatan
suatu sel pada suatu permukaan adalah hasil dari sinyal untuk mengekspresikan gen-gen
pembentuk biofilm.[1] Gen-gen ini mengkodekan protein-protein untuk mensitensis sinyal
komunikasi antarsel dan memulai pembentukan polisakarida.[1] Pada bakteri gram negatif
seperti Pseudomonas aeruginosa, molekul sinyal yang utama adalah komponen yang disebut
homoserin lakton yang berfungsi sebgai agen kemostatik untuk mengumpulkan sel-sel P.
aeruginosa yang berdekatan (melalui mekanisme quorum sensing) dan membentuk biofilm.[1]
Ada 5 tahap pembentukan biofilm yaitu:
1. Pelekatan awal: mikrob melekat pada permukaan suatu benda dan dapat diperantarai
oleh fili (rambut halus sel) contohnya pada P.aeruginosa.[15]
2. Pelekatan permanen: mikrob melekat dengan bantuan eksopolisakarida (EPS).[16]
3. Maturasi I: proses pematangan biofilm tahap awal.[16]
4. Maturasi II: proses pematangan biofilm tahap akhir, mikrob siap untuk menyebar.[16]
5. Dispersi: Sebagian bakteri akan menyebar dan berkolonisasi di tempat lain.[16]
Pemicu pembentukkan biofilm salah satunya adalah kondisi lingkungan yang kurang
menguntungkan atau mencekam.[17] Contohnya adalah produksi EPS oleh Escherichia coli
berupa asam dan P. aeruginosa saat ketersediaan nutrisi menipis.[17]
Quorum sensing
Selain keterbatasan nutrisi, faktor lain yang memicu pembentukan biofilm adalah quorum
sensing, yaitu mekanisme untuk memastikan jumlah sel mencukupi sebelum suatu spesies
melakukan respon biologi khusus.[1][18] Jadi, setiap sel mikrob akan menghasilkan molekul
sinyal untuk berkomunikasi dengan sel yang lain, bila jumlah sel mikrob tersebut cukup
banyak, maka molekul sinyal terseut juga cukup banyak untuk memicu pembentukkan
biofilm oleh keseluruhan bakteri tersebut.[19] Molekul-molekul sinyal tersebut berbeda untuk
tiap jenis mikrob dan memiliki peranannya masing-masing.[19] Berikut ini adalah tabel daftar

5. molekul sinyal yang berperan dalam quorum sensing untuk membentuk biofilm dan
Diagram quorum sensing. Pada densitas sel rendah (kiri), konsentrasi autoinduser (titik biru)
relatif rendah sehingga ekspresi gen (titik merah). Pada densitas sel tinggi (kanan),
konsentrasi autoinduser tinggi sehingga ekspresi gen terjadi
akibatnya bila molekul sinyal tersebut tidak ada:[19]
Dampak tidak adanya molekul sinyal untuk quorum sensing pada mikroorganisme
pembentuk biofilm
Molekul sinyal yang
Mikroorganisme Dampak
dihilangkan
Candida albicans Farnesol Dispersi biofilm terganggu
Pseudomonas
AHL Biofilm tak berstruktur
aeruginosa
Klebsiella pneumoniae AI-2 Perkembangan biofilm terhambat
Dampak tergantung kondisi
Staphylococcus aureus peptida
pertumbuhan
Fungsi bagi bakteri
Alasan bakteri membentuk biofilm adalah karena daya tahan hidup/sintasan (survival)
meningkat dan pertumbuhan menjadi lebih baik[1]. Setidaknya ada empat alasan yang
mendasari hal tersebut:
Pertahanan
Biofilm berfungsi sebagai mekanisme pertahanan bagi bakteri dengan cara meningkatkan
resistensi terhadap gaya fisik yang dapat menyapu berssih sel-sel yang tidak menempel,
fagositosis oleh sel-sel sistem imun (kekebalan) tubuh, dan penetrasi dari senyawa beracun
seperti antibiotik.[1] Bakteri di dalam biofilm lebih resisten 10-1.000 kali dibandingkan bila
tidak di dalam biofilm.[16]

6. Pelekatan pada relung
Dengan menggunakan biofilm, bakteri dapat melekat pada permukaan yang kaya akan nutrisi
seperti jaringan sel hewan, atau permukaan substrat pada sistem yang mengalir contohnya
permukaan batu di dalam aliran air.[1]
Kolonisasi
Pembentukan biofilm membantu sel-sel bakteri untuk hidup berdekatan dan membentuk
koloni.[1] Contohnya adalah Pseudomonas aeruginosa yang berkoloni dengan biofilm
sehingga memfasilitasi komunikasi antar sel dengan molekul sinyal, dan meningkatkan
peluang pertukaran materi genetik.[1]
Cara hidup alami bakteri
Di alam, biofilm adalah cara hidup alami bagi beberapa bakteri tertentu dengan alasan
terbatasnya nutrisi, tidak seperti medium buatan yang kaya akan nutrisi bagi bakteri.[1]
Pengaruh negatif terhadap manusia
Penyakit
Karies gigi
Karies gigi dapat disebabkan oleh biofilm dari matriks glukan yang dibentuk Streptococcus
mutans.[20] Biofilm tersebut melapisi enamel sehingga bakteri lain juga dapat melekat pada
matriks tersebut dan membentuk plak gigi.[20] Tingkat aktivitas karies gigi dapat ditentukan
menggunakan S. mutans sebagai indikator, caranya adalah menumbuhkan S. mutans dari
sampel air liur (dari kelenjar saliva di mulut) pada medium buatan lalu dihitung jumlah
koloni yang tumbuh.[21] Bila jumlah S. mutans>106/ml maka tingkat aktivitas karies gigi
tinggi, sedangkan S. mutans<105/ml maka aktivitas karies gigi termasuk rendah.[21]
Fibrosis sistik
Penyakit ini disebabkan oleh P. aeruginosa yang membentuk biofilm pada paru-paru
sehingga menimbulkan gejala pneumonia.[1][22]
Biofilm pada peralatan medis
Peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang
kateter dan sendi buatan sangat rentan terhadap pembentukan biofilm.[19] Contoh mikrob
yang sering ditemui membentuk biofilm pada selang kateter adalah Candida albicans.[19]
Mikroorganisme ini adalah khamir patogen yang menyebabkan infeksi dan penyakit yang
membahayakan jiwa pada orang-orang dengan sistem imun yang kurang baik, namun dalam
keadaan sistem imun yang normal, C. albicans adalah mikroflora normal pada manusia yang
tinggal di dalam mulut, saluran pencernaan, dan saluran alat kelamin.[23]
Biofilm C. albicans merugikan manusia saat terbentuk pada peralatan medis yang
diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter, dan sendi
buatan yang kemudian dapat menyebabkan infeksi sistemik.[23] Komponen utama penyusun

7. biofilm adalah matriks ekstraseluler (di luar sel) berupa β-1,3 glukan yang pembentukkannya
dikodekan oleh gen (susunan DNA yang menyandikan protein) ZAP1.[23] Penanganan biofilm
C. albicans tidak mudah karena resisten terhadap berbagai macam obat antifungi.[23] Berikut
ini adalah daftar mikroorganisme yang dapat
membentuk biofilm pada selang kateter:[19]
Daftar mikroorganisme pembentuk biofilm pada
selang kateter
Bakteri
Bakteri gram Mikroorganism
gram
positif e lain
negatif
Corynebacteriu Acinetobacte
Candida spp.
m spp. r spp.
Enterococcus Escherichia Candida
spp. coli albicans Gambar kateter yang dipasang pada jantung
Staphylococcus Pseudomona Candida
aureus s aeruginosa tropicalis
Streptococcus Serratia Mycobacterium
pneumoniae marcescens chelonae
Pengaruh positif terhadap manusia
Pengolahan limbah
Pemanfaatan biofilm untuk mengolah limbah sudah diaplikasikan saat ini contohnya untuk
mengolah limbah cair.[24] Pada biofilm di fasilitas pengolahan limbah cair, terdapat berbagai
macam mikrob yang dapat menguraikan senyawa-senyawa baik organik maupun inorganik
pada limbah[24] Misalnya saja bakteri pengoksidasi sulfur (S) yang berperan untuk mendaur
ulang sulfur, lalu bakteri pengikat Uranium (U) yaitu Desulfovibrio desulfuricans.[24][25] Alat
yang digunakan untuk mengolah limbah dengan biofilm berupa bioreaktor yang memiliki
biofilm contohnya sequencing batch biofilm reactor (SBBR).[26]
Kontrol biofilm
Kontrol biofilm adalah bisnis yang besar dengan miliaran dollar digunakan oleh industri-
industri di seluruh dunia untuk merawat pipa-pipa dan permukaan-permukaan yang lain
supaya terbebas dari biofilm.[1] Beberapa bahan yang sedang dikembangkan untuk mencegah
pembentukan biofilm adalah antibiotik dan obat untuk mengganggu komunikasi antar sel
yang membentuk biofilm.[1] Salah satu bahan kimia golongan furanon telah menunjukkan
hasil positif untuk mencegah biofilm pada permukaan abiotik.[1] Furanon kemungkinan dapat
digunakan sebagai agen antibiofilm pada obat manusia karena sifatnya yang stabil dan
nontoksik.[1]
Pada peralatan medis seperti selang kateter, telah dicoba berbagai cara untuk mencegah
pelekatan awal oleh bakteri, contohnya dengan mengubah sifat kimia atau fisika dari
permukaan seperti dibuat menjadi hidrofobik (menolak molekul air) sehingga membran sel
yang hidrofilik (mengikat molekul air) lebih susah menempel.[16] Sayangnya, metode ini tidak

8. menunjukkan hasil yang baik karena peralatan medis yang terkena cairan tubuh akan menjadi
tempat yang baik bagi bakteri untuk melekat.[16]
Pseudomonas aeruginosa dilihat dengan Biofilm yang dibentuk oleh sianobakteria
mikroskop elektron berwarna biru