Το πόσιμο νερό μπορεί να γίνει ακατάλληλο από τις βιομεμβράνες που σχηματίζονται συχνά στους σωλήνες διανομής. Προστατευμένοι από το γλοιώδες φιλμ, οι μικροοργανισμοί μπορούν να αναπτύσσονται παρά τη χλωρίωση Μελετητές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ απέδειξαν ότι όταν το μικρόβιο της χολέρας σχηματίσει βιομεμβράνη μπορεί να αντέξει μέχρι και σε εικοσαπλάσια συγκέντρωση χλωρίου από την κανονική.

Φάρμακα που αδυνατίζουν το σύστημα επικοινωνίας των μικροβίων βρίσκονται τώρα υπό δοκιμή σε ζώα. Αλλά, γιατί άργησαν τέτοια όπλα να προστεθούν στο ιατρικό οπλοστάσιο; Η απάντηση είναι ότι οι μικροβιολόγοι έκαναν πολύ καιρό για να καταλάβουν το μέγεθος του εχθρού. Από το 19ο αιώνα που ανακαλύφθηκε η μικροβιακή φύση των ασθενειών, οι περισσότεροι άνθρωποι, των επιστημόνων μη εξαιρουμένων, θεωρούσαν τα βακτήρια σαν μεμονωμένα κύτταρα που επιπλέουν ή κολυμπούν μέσα σε κάποιο υδατικό περιβάλλον. Η εικόνα αυτή πηγάζει από τον τρόπο που οι ερευνητές μελετούν τέτοιους οργανισμούς: κατευθύνοντας τα μικροσκόπιά τους σε καλλιέργειες κυττάρων που βρίσκονται σε αιώρηση μέσα σε μια σταγόνα. Αυτή η διαδικασία είναι βολική, αλλά όχι ιδανική, μια και αυτές οι πειραματικές συνθήκες δεν αντικατοπτρίζουν τα πραγματικά μικροβιακά περιβάλλοντα. Σαν αποτέλεσμα, τα βακτήρια στις τυπικές εργαστηριακές καλλιέργειες δε συμπεριφέρονται όπως αυτά που συναντώνται στη φύση.

Πρόσφατες εργασίες δείχνουν ότι πολλοί μικροοργανισμοί περνούν λίγο καιρό, τριγυρίζοντας σαν μεμονωμένα κύτταρα, κολλάνε πάνω σε υγρές επιφάνειες και οργανώνονται σε αποικίες που σχηματίζουν απίστευτα ποικιλόμορφες κοινότητες. Είναι βέβαια εκπληκτικό πώς οι ερευνητές μπόρεσαν να παραβλέψουν για τόσο καιρό τον τρόπο ζωής των μικροβίων. Οι βακτηριακές μεμβράνες είναι πανταχού παρούσες. Η οδοντική πλάκα (που όλοι μας αντιμετωπίζουμε καθημερινά), η γλοιώδης επικάλυψη των βράχων μέσα σε ένα ρυάκι και η γλίνα που αναπόφευκτα σχηματίζεται στον πάτο ενός βάζου με λουλούδια μετά από δυο τρεις μέρες είναι μερικά κοινά παραδείγματα. Τα βακτήρια, δεν είναι οι μόνοι μικροοργανισμοί που σχηματίζουν βιομεμβράνες. Στην πραγματικότητα η γενετική ποικιλία των μικροβίων που μπορούν να οργανωθούν με αυτόν τον τρόπο και των περιβαλλόντων που πετυχαίνουν κάτι τέτοιο, πείθουν ότι αυτή πρέπει να είναι μια αρχαία στρατηγική που απόκτησαν μέσα από την εξελικτική διαδικασία. Αντίθετα, η αναγνώριση της σημασίας της και η κατανόησή της από τους επιστήμονες είναι, ωστόσο, ένα πολύ σύγχρονο φαινόμενο.

Γιατί οι βιομεμβράνες είναι τόσο ανθεκτικές; Πολλές φορές, τα αντιβιοτικά και τα αντιβακτηριακά καθαριστικά μπορεί να μην καταφέρουν να διαπεράσουν τη μεμβράνη. Τα αντιβιοτικά πενικιλίνης, για παράδειγμα, δυσκολεύονται να διαπεράσουν όσα βιοφίλμ περιέχουν κύτταρα που παράγουν ένζυμα γνωστά ως βήτα λακταμάσες. Αυτά τα ένζυμα αποσυνθέτουν το αντιβιοτικό πιο γρήγορα απ' ό,τι αυτό προλαβαίνει να διαχυθεί προς το εσωτερικό της μεμβράνης, έτσι που ποτέ δε φτάνει στα βαθύτερα στρώματα. Ακόμα και η χλωρίνη, συχνά χρησιμοποιούμενο καθαριστικό στο σπίτι και τη βιομηχανία, δυσκολεύεται να καταστρέψει τις βιομεμβράνες. Αυτό το δραστικό οξειδωτικό θα καταφέρει τελικά να κάψει οποιαδήποτε βιομεμβράνη, αλλά πρώτα πρέπει να μειώσει, στρώμα - στρώμα, την ικανότητα της βιομεμβράνης να το ουδετεροποιεί. Αυτή η διαδικασία απαιτεί περισσότερο χρόνο και χλωρίνη απ' όσο θα περίμενε κανείς. Ετσι, είναι εύκολο να θεωρήσει κανείς ότι όλα τα βακτήρια πρέπει να έχουν καταστραφεί, ενώ αρκετά απ' αυτά είναι ακόμα ζωντανά μετά από το ξέπλυμα.

Μια άλλη αιτία της ανθεκτικότητας των βιοφίλμ είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ των μικροβίων. Οσα απ' αυτά βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια τρέφονται και πολλαπλασιάζονται, ενώ όσα βρίσκονται στο εσωτερικό της μεμβράνης, όπου δε φτάνει πολλή τροφή, παραμένουν ζωντανά, αλλά πέφτουν σε μια κατάσταση σαν τη χειμέρια νάρκη. Είναι αυτά ακριβώς που θα επιζήσουν, όταν η πενικιλίνη, που παρεμβαίνει μόνο στη διαδικασία αναπαραγωγής των μικροβίων, καταστρέψει τα μικρόβια της εξωτερικής επιφάνειας. Μάλιστα όταν πεθάνουν τα εξωτερικά μικρόβια, εκείνα που ήταν σε λήθαργο στο εσωτερικό θα τα χρησιμοποιήσουν σαν τροφή και μόλις σταματήσει η θεραπεία με το αντιβιοτικό θα αποκαταστήσουν την αποικία μέσα σε λίγες μόλις ώρες. Αυτές οι ικανότητες εξηγούν γιατί τα αντιμικροβιακά μέσα, που είναι αποτελεσματικά στις εργαστηριακές καλλιέργειες, δεν αποδίδουν τα αναμενόμενα αποτελέσματα όταν χρησιμοποιηθούν σε ανθρώπους που έχουν να κάνουν με βιομεμβράνες.

Οι βιολόγοι αρχίζουν να μιλούν τώρα για το σχηματισμό των βακτηριακών βιοφίλμ σαν μια διαδικασία ανάπτυξης, δανειζόμενοι όρους που χρησιμοποιούνται συχνά για να περιγράψουν το αναπτυσσόμενο έμβρυο. Οπως ένα γονιμοποιημένο ωάριο δίνει διαφοροποιημένους απογόνους, έτσι και τα βακτήρια διαφοροποιούνται από τη στιγμή που θα προσδεθούν σε μια επιφάνεια. Συνθέτουν χημικές ουσίες (που θυμίζουν τις φερορμόνες και τις ορμόνες των εντόμων και των φυτών), για να μπορέσουν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και να κατασκευάσουν μικροαποικίες με περίτεχνη δομή. Η δομή αυτή επιτρέπει την είσοδο της τροφής και την έξοδο των προϊόντων του μεταβολισμού, θυμίζοντας τα αντίστοιχα συστήματα των ανώτερων οργανισμών. Σε μερικά βιοφίλμ, βακτήρια ενός είδους συνεργούν ώστε να χωνέψουν τροφές, που ένα μεμονωμένο είδος δεν μπορεί να αξιοποιήσει. Η συνάθροιση πολλών μικροβίων γίνεται αιτία για την εμφάνιση νέας ποιότητας, ενός ανώτερου επιπέδου οργάνωσης αυτής της απλής μορφής ζωντανής ύλης.