CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Màng sinh học và ứng dụng của màng sinh học trong việc xử lý ô nhiễm nước
1.4.2.1. Vai trị của sự hình thành màng sinh học
Sự hình thành màng sinh học mang lại lợi ích cho chính bản thân vi sinh vật. Trong q trình hình thành màng sinh học, các tế bào phải trải qua một số thay đổi về hình thái, đặc tính sinh lý và một trong những thay đổi quan trọng là việc hình thành mạng lưới các chất ngoại bào bao quanh. Mạng lưới này giúp giữ lại chất hữu cơ khơng hịa tan từ mơi trường nước xung quanh tạo điều kiện cho vi sinh vật sinh trưởng, phát triển. Đồng thời nó cũng có vai trị trong việc kiến tạo cấu trúc không gian 3 chiều đặc trưng cho màng sinh học bằng cách tạo nên một mức độ ổn định, một sự cân bằng nội môi cho các vi sinh vật.
Bên cạnh đó một vai trị quan trọng của mạng lưới ngoại bào là đem lại khả năng chống lại các tác nhân kháng khuẩn cho các tế bào sinh sống trong một màng sinh học. Theo Flemming, vi khuẩn có thể có khả năng kháng đối với các tác nhân gây hại (chất kháng sinh, chất hoạt động bề mặt...) cao gấp 1000 lần khi gắn kết với nhau tạo thành màng sinh học so với tế bào sống trôi nổi. Mạng lưới các hợp chất
ngoại bào cũng được ghi nhận có khả năng giúp tế bào chống lại tác động của kim loại nặng, các ion và chất độc, giúp tế bào tránh khỏi rất nhiều yếu tố gây tác động xấu tới vi sinh vật từ môi trường như tia UV, pH, sốc thẩm thấu và sự khô hạn [23].
Những kênh vận chuyển nước nằm xen kẽ trong cấu trúc của màng sinh học, giữa các vùng bao quanh vi khuẩn lạc được ví như là một hệ thống tuần hoàn. Chúng hoạt động hiệu quả trong q trình trao đổi chất với mơi trường xung quanh, do đó làm tăng hiệu quả trong việc sử dụng nguồn dinh dưỡng cũng như loại bỏ các sản phẩm chuyển hóa có khả năng gây độc hại. Nhờ vậy q trình chuyển hóa các chất trong đó cũng mang những đặc trưng khác so với dạng sống tự do [7].
Mặt khác quá trình hình thàng màng sinh học giúp vi sinh vật tận dụng được nguồn chất hữu cơ bám dính trên bề mặt giá thể cũng như các cơ chất, chất dinh dưỡng tạo ra từ các loài vi sinh vật khác sống chung.
Một màng sinh học có thể được hình thành do sự hợp tác cùng chung sống của nhiều loài vi sinh vật để tạo một cộng đồng có cấu trúc khơng gian phức tạp. Các loài vi sinh vật cùng tồn tại trong biofilm thích nghi với những điều kiện về dinh dưỡng, nồng độ khác nhau tạo nên những “vi ổ sinh thái” trong biofilm. Chẳng hạn như những vi sinh vật nằm phía ngồi biofilm thích nghi với điều kiện hiếu khí cao trong khi những lồi nằm phía trung tâm biofilm có xu hướng chịu được nồng độ oxy thấp (vi hiếu khí).
Khả năng thích nghi với nhiều điều kiện dinh dưỡng khác nhau giúp các loài vi sinh vật tận dụng được nguồn dinh dưỡng từ môi trường đồng thời hỗ trợ lẫn nhau theo hướng cùng có lợi trong q trình chuyển hóa vật chất. Mối quan hệ hợp tác giữa các lồi trong biofilm cũng có ảnh hưởng lớn đến chu trình tuần hồn của các nguyên tố trong tự nhiên. Hầu hết các q trình trong tự nhiên địi hỏi sự phối hợp của nhiều nhóm vi khuẩn có cơ chế trao đổi chất khác nhau để cùng phân giải một hợp chất hữu cơ và việc các vi sinh vật thuộc nhiều nhóm khác nhau cùng cư trú trong biofilm sẽ góp phần thúc đẩy các q trình này diễn ra nhanh hơn [35].
Q trình truyền gen ngang đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự tiến hóa của các cộng đồng vi sinh vật. Trong đó cơ chế truyền gen phổ biến ở vi
sinh vật là truyền gen thông qua plasmid và cầu tiếp hợp. Tuy nhiên từ những hiểu biết rằng hầu hết các vi khuẩn trong tự nhiên định cư dưới dạng biofilm, liên kết với nhau bởi mạng lưới các chất ngoại bào thì việc tiếp hợp giống như là cơ chế mà nhờ đó vi khuẩn trong biofilm có thể truyền gen từ tế bào này sang tế bào khác [35].