Biofilm adalah komunitas mikroba yang melekat pada permukaan dan terbungkus dalam zat polimer ekstraseluler (EPS) yang diproduksi sendiri. Matriks EPS, yang terdiri dari polisakarida, protein, asam nukleat, dan lipid, memberikan integritas struktural dan melindungi sel residen dari stres lingkungan, antibiotik, dan pertahanan imun inang.
Pembentukan biofilm berlangsung melalui lima tahap. Perlekatan reversibel awal sel planktonik ke permukaan dimediasi oleh interaksi elektrostatik, gaya van der Waals, dan interaksi hidrofobik. Perlekatan ireversibel melibatkan adhesin dan produksi EPS. Selama tahap maturasi I, mikrokoloni terbentuk dan arsitektur biofilm berkembang. Tahap maturasi II menghasilkan struktur tiga dimensi berbentuk jamur dengan saluran air untuk pengiriman nutrisi dan pembuangan limbah. Pada tahap dispersi, sel terlepas dari biofilm dan mengkolonisasi permukaan baru.
Fenotipe biofilm pada dasarnya berbeda dari pertumbuhan planktonik. Sel dalam biofilm menunjukkan ekspresi gen yang berubah, aktivitas metabolisme yang berkurang, dan peningkatan toleransi antibiotik. Gradien nutrisi dan oksigen menciptakan lingkungan mikro yang heterogen, dengan sel di bagian dalam biofilm memasuki keadaan mirip fase stasioner.
Toleransi antibiotik dalam biofilm timbul dari beberapa mekanisme. Penetrasi yang berkurang melalui matriks EPS membatasi akses obat. Laju pertumbuhan yang lebih lambat membuat sel kurang rentan terhadap antibiotik yang menargetkan sel yang membelah secara aktif. Sel persister adalah subpopulasi yang memasuki keadaan dorman dan toleran terhadap antibiotik. Lingkungan biofilm menginduksi respons stres yang meningkatkan toleransi.
Organisme pembentuk biofilm yang penting secara klinis termasuk Pseudomonas aeruginosa pada infeksi paru fibrosis kistik dan pneumonia terkait ventilator. Staphylococcus aureus dan S. epidermidis membentuk biofilm pada perangkat medis menetap termasuk kateter, sendi prostetik, dan katup jantung. Spesies Candida membentuk biofilm pada kateter vena sentral yang menyebabkan kandidemia. Plak gigi adalah biofilm polimikroba yang menyebabkan karies dan periodontitis.
Studi laboratorium biofilm menggunakan perangkat biofilm Calgary untuk uji kepekaan high-throughput, sistem sel aliran untuk mikroskopi konfokal real-time, dan pewarnaan kristal violet plat 96-sumur untuk kuantifikasi biomassa. Uji konsentrasi eradikasi biofilm minimum (MBEC) menentukan konsentrasi antibiotik yang diperlukan untuk membunuh sel biofilm.
