バイオフィルム（Biofilm）とは、微生物や微生物が産生する物質などが集合して出来た構造体の総称である。一般に、微生物自身が産生する物質（主に、粘着性の菌体外多糖類、タンパク質やDNAなど）によって微生物を覆いながら形成し、バイオフィルム内で微生物は増殖などを繰り返すと考えられている。また、バイオフィルム中には多種多様な微生物が三次元的に分布し、偏性嫌気性菌がその大部分を占めており、特徴的な微小環境が形成されている。歯の表面に形成されるプラークは、バイオフィルムの代表例で、主に口腔内において優勢菌種であるStreptococcus sanguisやStreptococcus mutansなどのグラム陽性菌などによって産生される。他にも、バイオフィルムは河川の岩、水道管の表面や人工臓器の表面など様々な自然界において観察される。
バイオフィルムは、非常に強固な構造体として物理的に除去するのが困難であると同時に、バイオフィルム内の微生物の代謝活性や性質が変化していることから、抗菌剤や界面活性剤などの薬剤に対する抵抗性も100倍以上にまで上昇することが知られている。そのため、抗菌剤や抗体などによる歯の表面のプラーク除去は困難であるために、虫歯や歯周病などの発症原因となる。また、水道管の表面に発生したバイオフィルムは詰まりや腐食の原因にもなるため様々な問題の原因となり、医学・生命科学のみに留まらず、環境問題や食糧生産などの幅広い分野においても重要な課題として捉えられている。
一方、バイオフィルムを利用した微生物との共存についても検討が為されている。例えば、生物学的排水処理プロセスの一つとしてバイオフィルム法が利用されている。バイオフィルム内は酸素濃度が低いため、繁殖力の低い嫌気性細菌である硝化細菌、アンモニア酸化細菌やメタン生成菌などを定着させることが可能となり、効率的な下水処理や産業廃水処理が行われている。また、植物の生育においてもバイオフィルムが重要な役割を果たしている。例えば、土壌細菌であるBacillus subtilisは植物の根と土が接触する領域である根圏に存在する微生物であり、トマトの根から分泌されるL-リンゴ酸によって、根の表面におけるバイオフィルム形成を促進する結果、病害微生物の感染を防御していると考えられている。加えて、植物からバイオフィルムには酸素や栄養素が供給されることで、バイオフィルム内の微生物の生存や増殖に寄与していると考えられており、相利共生関係が構築されている。さらに、バイオフィルムの形成は発酵食品の生産にも深く関与することも知られている。発酵食品の米酢は、酢酸菌の一種で、高い酢酸生産能力と耐酸性を備えるAcetobacter pasteurianusやAcetobacter xylinumなどがエタノールを酸化して酢酸を生成することにより製造される。この過程で、特に、Acetobacter pasteurianusは発酵液表面にバイオフィルム（絹布のチリメンのような美しい光沢と特有の筋目）を形成する。米酢生産における培養後期において、酢酸生成によるpHの低下に伴い微生物の生存が困難な環境下においても、酢酸菌の形成したバイオフィルムによって、効率的にエタノールから酢酸を生成することが可能となる。また、このバイオフィルムの形成度合を米酢造りの指標ともされており、発酵食品の製造分野におけるバイオフィルムの重要性が示唆されている。
（宮本潤基）
