biofilms bacterianos

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD D E BIOANALISIS
"BIOFILMS BACTERIANOS"
MONOGRAFIA
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
LICENCIADO EN QUIMICA CLINICA
PRESENTA
FABIOLA BONILLA CASTRO
DIRECTOR
M.C. ANA LETICIA RAMOS DOMINGUEZ
XALAPA-EQUEZ.,VER.,
FEBRERO 2007
Universidad Veracruzana
Facultad de Bioanalisis
Facutted
de
Xalapo.
Bioondtisis
Ver.
Autorizacion de Impresion ( 6 )
C.
Q. C. FRANCISCO SOLIS PAEZ
DIRECTOR (A) DE LA FACULTAD DE BIOANALISIS
UNIDAD DE CI
ENCIAS DE LA SALUD
PRESENTE
Despues de haber revisado el Proyecto de Trabajo
de:
"
MONOGRAFIA
Recepcional, en la modalidad
"
™ Biofilms Bacterianos
intitulado
Realizado por:
FABIOLA BONILLA CASTRO
Hago de su conocimiento que estoy de acuerdo en su contenido cientifico, por lo
cual NO TENGO INCONVENIENTE EN AUTORIZAR SU IMPRESION.
ATENTAMENTE
"Lis de Veracruz, Arte, Ciencia, Luz"
Xalapa, Ver, a 23 de enero de 2007.
I
QTC JORGE ^GFRIDO GONZALEZ HERNANDEZ
Secretario
Q. C. CLAUDIA B'
ORTEGA PLANELL
1
N O T A ;
M. C.ANAL:
MOS DOMINGUEZ
2
E s t a Autorizacion de Impresion (forma 6) debe incluirse como primera pagina de manera invariable dentro
del trabajo final impreso y encuadernado.
J L g q j K D t E C I M I t E
NTOS
AMIS<PA<D<RFS
Por darme la oportunidad de
profesional. Gracias por todo.
A
[a Q.C
CCciudia (BeCen Ortega
terminar
<P(aneCC y
M.C-
Ana
mi
carrera
Leticia
(Ramos
<Dominguez
Por todo el apoyo, tiempo y dedicacion
para
realizar este proyecto, sin ustedes no hubiera sido
posible.
M.C. Victor
Q. <Rivas <Espinoza
Por su tiempo
trabajo.
y
<Dra. Lety
Lofis
Torres,
Q.C
gran
apoyo
para
<Parra, Q.C Francisco
terminar
este
SoCis <Paez Q.<M.
Noe
Viveros
Gracias por su apoyo y gran amistad.
que estuvieron conmigo durante todo este
proceso. Gracias por su apoyo.
A
mis amigos
JLC fionora6Ce juracfo:
Q.F.B Edith Pozos Mestizo
Q.C. Jorge S. Gonzalez Hernandez
Q.C Claudia Belen Ortega Planell
M.C. Ana Leticia Ramos Dominguez
A
LA
UNIDAD DE SERVICIOS ANALITICOS
BIOANALISIS
(U S A S B)
DE
SALUD
INDICE
INTRODUCCION
JUSTBFICACION
OBJETIYOS
1.-ANTECEDENTES
1
2.-MORFOLOGIA
3
3.-FASES D E DESARROLLO DEL BIOFILM
6
3.1-COOPERACION ENTRE ESPECDES
7
3.2-CRECIMIENTO Y DISPERSION
11
3.3-REGULACION DEL PROCESO DE
F O R M A a O N DEL BIOFILM
12
4.-CONDICIONES P A R A EL DESARROLLO
DEL BIOFILM
14
5.-EFECTOS D E LA PRFSFNCIA DEL BIOFILM A NTVEL
INTRAHOSPITALARIO E I N D U S T R I A
ALIMENTICIA
18
6.-UTILIDAD DEL BIOFILM
29
7.-CONCLUSIONES
32
8.-BIBLIOGRAFIA .
33
JUSTIFICACION
La importancia que tiene la formation de biofilms bacterianos a nivel de
infecciones intrahospitalarias y Las perdidas economicas de muchos hospitales del sector
salud debido al retardo en la alta del paciente, asi como la production de ciertas
intoxicaciones alimentarias principalmente en productos lacteos, debidas a bacterias
patogenas formadoras de biopeliculas, crea la necesidad de contar con una revision
bibliografica pertinente sobre las bacterias productoras de biopeliculas para que los
estudiantes de la licenciatura en quimica clinica puedan consultarlo como apoyo en las
experiencias educativas de microbiologia y analisis de alimentos.
OBJETIVO GENERAL
Realizar una revision bibliografica actualizada sobre bacterias formadoras de biofilms.
INTRODUCCION
Los biofilms se encuentran situados en cualquier superficie como vidrio,
plastico, metal, hasta la superficie de nuestra piel, son organismos que estan presentes
en zonas que no se imaginaria que pudiera existir vida: aguas termales, salinas en
medios con pH elevadi'simos o cercanos a 1.0, y para lograr mantenerse en estos
medios, no solo utilizan sus caracteristicas individuales, sino tambien el concepto de
comunidad.
Las bacterias se organizan en complejos entramados, en los que existen
mecanismos de comunicacion entre las bacterias, estas se encuentran inmersas en
peliculas de aspecto mucoso, el cual es fruto de la liberation de un material extracelular.
Estas peliculas o biofilms, estan en cualquier sitio como: la placa dental, los lentes, el
limo de cualquier recipiente que contiene agua, la capa resbaladiza de muchas rocas
cercanas a los arroyos. Dentro de un mismo biofilm se pueden encontrar distintos tipos
bacterianos que estan estructurados en distintas capas formando microcolonias
aprovechando las caracteristicas particulares de cada tipo en beneficio del conjunto.
Los biofilms no pudieron ser estudiados hasta la aparicion de tecnicas
microscopicas como la microscopia confocal, que permitio el estudio de las capas
profundas de estos, y asi observar un barrido de la pelicula en todo su grosor y ver
pianos de estas estructuras a distintas profundidades, reconstruyendo despues la
organization tridimensional del biofilm.
Despues de ser observados con la tecnica antes mencionada se pudo comprobar
que las bacterias son unicamente una pequena parte de la estructura, el resto esta
formado por una materia de tipo mucilaginoso secretada por las propias bacterias y
recibe el nombre de matriz extracelular, que absorbe agua y captura pequenas particulas.
En el interior del biofilm el agua fluye llevando a las colonias bacterianas nutrientes
disueltos y retirando los productos de desecho, que frecuentemente son utilizados por
otros tipos bacterianos que forman parte de la estructura y que estan distribuidos segun
sus intereses.
El flujo de nutrientes no es total en todo el biofilm, en las zonas centrales, la
llegada de nutrientes esta de alguna manera regulada por la actividad de las bacterias
situadas en la periferia, de la misma manera que estas estan afectadas por la actividad
metabolica de las bacterias situadas en la zona central del biofilm. De esta manera los
elementos importantes para el metabolismo, como el oxigeno, puede variar su
concentration de forma significativa en centesimas de milimetro. Esto es un indicativo
de que en el mismo biofilm existe diversidad de ambientes bioquimicos. Los biofilms
pueden ser beneficiosos o peijudiciales, dependiendo en que superficie se encuentren
situados y la composition bacteriana. 1
La importancia del estudio de los biofilms, radica en el impacto que tienen en el
area industrial y clinica, entre otras. 9
La formation de biofilm en superficies de alimentos industrializados (lacteos,
helados, etc.) como mangueras, ollas de esterilizacion, tuberias en algunos procesos de
alimentos industrializados conlleva a serios problemas higienicos y numerosas perdidas
economicas para la industria, lo que obliga ha establecer un programa de control de
calidad que establece los puntos de riesgo y control de puntos criticos. 7 ' 8 ' 9
La production de biofilm no solamente corresponde a bacterias patogenas, sino
aquellas cuyo aglomerado resulta benefico para el hombre como por ejemplo: en las
plantas de tratamiento de aguas residuales en el que las bacterias del glicocalix son
liberadas y degradan los contaminantes de: detergentes, acidos organicos y demas
componentes quimicos. 10
El desarrollo de este trabajo incluira una revision exhaustiva y actualizada sobre
las bacterias productoras de biofilms y las relaciones que tienen estas con los procesos
infecciosos en el hombre asi como la importancia que estos tienen en la industria
alimentaria y los riesgos que dichas bacterias presentan a la salud humana cuando
presentan el biofilm.
ANTECEDENTES
Los microorganismos se descubrieron hace mas de 300 anos, pero se sabia muy poco
de ellos, fue hasta la mitad del siglo XIX que la microbiologi'a surgio como ciencia
experimental y posteriormente comenzo un periodo de progreso acelerado que en la actual idad
continua.22 Desde que empezo la microbiologi'a, los investigadores han podido observar los
microorganismos libres que obtenian de diversos medios naturales, la primera persona que
observo microorganismos fue Anthony van Leeuwenhoek, era un comerciante de origen
holandes que como pasatiempo construfa pequenos microscopios manuales y observaba a
traves de las lentes, muestras colocadas en la punta de una aguja, asi fue como descubrio un
mundo de criaturas que denomino "animalculos" pequenos animales, estos estaban en todas
partes: gotas de agua, partfculas de suelo, sarro dental. 2,23,24
El poder aislar microorganismos a partir de cultivos en condiciones especificas, ha
permitido un gran avance de la microbiologi'a con aplicaciones ch'nicas, agricolas e
industriales. Hace cerca de un siglo que las investigaciones microbiologicas se basan en las
propiedades de cultivos puros de microorganismos
y de los mismos
organismos
individualmente. Pero en el medio natural los cultivos puros no existen; los microorganismos
se combinan en colonias limosas donde establecen relaciones y dependencias.2
En 1978 J.W. Costerton fue quien por primera vez considero la posibilidad de que los
biofilms se podi'an formar sobre los cateteres y tener importancia en las enfermedades
humanas, esto gracias a un estudio que realizo sobre las estructuras que formaban las
Pseudomonas sobre rocas de arroyos las cuales eran dificiles de eliminar y dedujo que podi'an
hacer lo mismo en los cateteres.6
En los ultimos 20 anos, ha ido creciendo la perception de que las bacterias no se
encuentran en el medio ambiente en forma unicelular, planctonica o libre, como la que se
estudian en el laboratorio, sino que la gran mayoria se encuentran formando parte de los
biofilms, los cuales se definen como comunidades complejas de microorganismos y polimeros
extracelulares fijas a una superficie y pueden presentar una unica especie o una gran variedad
de especies diferentes. 2,3 ' 5,6,7 ' 10,14
MORFOLOGIA
Los
biofilms son
comunidades
complejas
de microorganismos
y polfmeros
extracelulares, fijas a una superficie, que pueden presentar una unica especie o una variedad de
especies diferentes. 2 ' 3 ' 5 ' 6 ' 7 ' 10'
14
Se pueden desarrollar en todos los medios donde existan
bacterias: el medio natural, ch'nico o industrial puesto que solo necesitan un entorno hidratado
y una minima presencia de nutrientes para desarrollarse.4'
6
La capacidad de formation de
biofilm no parece estar restringida a ningun grupo especifico de microorganismos y
se
considera que bajo condiciones ambientales adecuadas todos los microorganismos son capaces
de formar biofilm. 5 En la flgura 1 se muestra el biofilm de Staphylococcus
aureus formado
en un cateter dejado en un organo.
Aunque la composition del biofilm varfa en funcion del sistema en estudio, el
componente mayoritario es el agua, que puede representar hasta un 97% del contenido total.
Ademas de agua y las celulas bacterianas, la matriz del biofilm es un complejo formado
principalmente por exopolisacaridos secretados por las propias celulas que forman parte del
mismo. En menor cantidad se encuentran otras macromoleculas como proteinas, DNA y
o c
productos diversos procedentes de lisis de las bacterias. '
Estas conformaciones microbianas presentan caracterfsticas como heterogeneidad, es
decir pueden estar formadas por mas de una especie de bacterias pudiendose encontrar
tambien hongos, diversidad de microambientes
encontrandose por ejemplo en el mismo
biofilm diferentes concentraciones de oxigeno, resistencia antimicrobianos esto debido a la
matriz de exopolisacaridos que los protege y capacidad de comunicacion intercelular que
realizan gracias al sistema de poseen llamado quorum sensing que las convierten en
complejos dificiles de erradicar de los ambientes donde se establecen. 3 ' 5 ' 7 ' 17
Otra caracteristica
de
las biopeliculas
ademas de su resistencia
antimicrobianos es la resistencia a las defensas del hospedero 3 ' 7 . Mientras
a
agentes
que
los
microorganismos aislados son mas susceptibles a estos factores de control, las colonias
organizadas e incluidas en el exopolimero forman una capa impermeable en donde solo los
microorganismos mas superficiales se ven afectados. En la figura 2 se muestra la estructura de
un biofilm la cual esta constituida por tres componentes: la masa celular, espacios
intercelulares y la matriz extracelular que lo rodea.
Figura2 ( , 8 )
Se pueden observar las distintas comunidades bacterianas organizadas en forma de torre y
separadas entre si por los espacios intercelulares.
FASES DE DESARROLLO DEL BIOFILM
En la figura 4 se ilustra el proceso de formacion del biofilm: union a la superficie,
adherencia con otras celulas, formacion de microcolonias y maduracion dentro de una capa de
exopolisacarido.10
Figura 4
Etapas del proceso de formacion del biofilm 11
La formacion del biofilm empieza cuando una bacteria individual se une inicialmente a
una superficie la cual puede ser de vidrio, plastico, metal. La capacidad de la bacteria para
realizar este ataque inicial depende de factores ambientales como la temperatura y el pH, y de
factores geneticos que codifican las funciones motrices, la sensibilidad ambiental, las
adhesinas y otras proteinas 2 ' , 0 ' 2 1 . Aunque la combinacion de los factores que influyen en el
desarrollo del biofilm dependen en principio de la especie, algunas caracteristicas son
comunes a la mayori'a de bacterias estudiadas hasta ahora.2 La formacion de un biofilm, no es
un proceso aleatorio sino que sigue una sistematica que permite su prediccion.
Despues de la union inicial, la celula empieza a crecer y a esparcirse sobre la superficie
en una monocapa y forma microcolonias, mientras tanto las celulas cambian
su
comportamiento y dan lugar a la compleja arquitectura del biofilm. El mas evidente de estos
comportamiento y dan lugar a la compleja arquitectura del biofilm. El mas evidente de estos
cambios es la production de la matriz de exopolisacaridos que cementara todo el conjunto y
dentro de la cual se lleva a cabo la maduracion de estas colonias.5'
10
Si las condiciones
ambientales lo permiten, se puede extender hacia areas no infectadas o liberar algunas celulas,
que recuperan las cualidades planctonicas y actuan como las semillas que reparte el viento,
hacia nuevas superficies.2 La liberation de las bacterias desde el biofilm es el proceso que
menos se conoce.5
En bacterias Gram negativas (Pseudomonas aeruginosa, Vibrio cholerae, Escherichia
coli, Salmonella enterica) se ha visto que los fiagelos, las fimbrias de tipo I, IV y los curli son
importantes para la etapa de adherencia primaria. La motilidad parece que ayuda a la bacteria
a alcanzar la superficie y contrarrestar las repulsiones hidrofobicas. Sin embargo, aunque la
motilidad ayuda al proceso no parece ser un requisito esencial, pues muchas bacterias Gram
positivas inmoviles como estafilococos, estreptococos y micobacterias son capaces de formar
biofilm, en el caso de las bacterias Gram positivas se ha descrito la participation de proteinas
de superficie (AtlE, Bap, Esp) en esta primera etapa de adherencia primaria.5
Acondicionamiento de la superficie
Las bacterias en general son capaces de formar biofilms sobre muchas superficies
bioticas y sobre todas las abioticas probadas, gracias a que previamente entra en contacto la
materia organica presente en el agua. En la interfase agua/superficie se deposita una capa
organica, que cambia las propiedades quimicas y fisicas de la superficie y mejora las
posibilidades de fijacion de las bacterias. 2 ' 17
La capacidad de unirse a diversos plasticos, cristal y metales, depende de las proteinas
espetificas de su cubierta y de los apendices motrices. El acero inoxidable puede ser tan
susceptible como el plastico, la action del aire o de la humedad sobre el acero inoxidable,
poco a poco crea una capa de oxido de cromo sobre el que se pegan los desechos de las
bacterias. Asi se pre-acondiciona el sustrato para la adhesion de las mismas.
Adsorcion y Fijacion
La adhesion de los microorganismos a un sustrato puede ser activa (por los flagelos,
pili, adhesinas, capsulas y cargas de superficie) o pasiva (por gravedad, difusion y dinamica de
fluidos). En condiciones normales, las celulas bacterianas son repelidas por la superficie ya
que presentan cargas electricas iguales.
Otros mecanismos utilizados por las bacterias para fijarse a una superficie en respuesta
a un ambiente son: la sintesis de la celulosa, la modulation de su densidad en orden de
position sobre si mismas, formando diferentes niveles de columnas las cuales se sumergen en
el agua para producir vesfculas de gas, sintesis de carbohidratos o formar agregados, los
magnetosomas, estructuras intracelulares consideradas de cristal o de mineral magnetico
rodeado por una membrana que causa el pasivo alineamiento de las celulas, la congregation la
cual increments la interaction celula a celula asi como la tasa de sedimentation celular; esta
agrupacion no solo favorece la union a la superficie sino que brinda beneficios adicionales
como la versatilidad fenotipica de las celulas hijas y las adhesinas las cuales les permiten
adherirse no solo a superficies sino interactuar con otras celulas.10
En pocos minutos, las bacterias libres que encuentran la superficie acondicionada,
forman en ella una union reversible que depende de las cargas electricas de la bacteria
formadora de biofilm, estas cargas son de tipo electrostatico o hidrofobo y fiierzas de van der
waals. Si esta union se mantiene suficiente tiempo, aparecen nuevas estructuras quimicas y
fisicas que la haran irreversible. En casos de gran densidad de poblacion o ante la precariedad
de nutrientes que existan en medios acuosos, algunos microorganismos son capaces de
responder individualmente con una alteration de su pared celular para hacerla hidrofoba y,
por lo tanto, con mas afinidad hacia las superficies.
Cuando llegan a la capa base, mas proxima a la pared de la tuberia y casi sin flujo de
agua, son atraidos por la superficie donde probaran una union e intentaran fijarse a ella,
durante la etapa de union reversible las celulas bacterianas aun muestran movimiento
Browniano, y se eliminan facilmente al friccionar. La union irreversible significa el anclaje de
apendices bacterianos y la production de exopoh'meros. La action mecanica necesaria para
desengancharlo sera mayor cuanto mas tiempo lleve activo el biofilm.
Para adaptarse a la vida del biofilm, las bacterias han de sufrir cambios radicales, ej
cambio del medio donde se encuentran provoca que se activen diferentes genes que codifican
nuevas protei'nas estructurales y enzimas, estos genes y proteinas son los responsables de la
fijacion y la resistencia de las bacterias incluidas en los biofilms ante los antibioticos o los
desinfectantes
Maduracion: el glicocalix
La maduracion del glicocalix se debe principalmente a la tranquilidad del ambiente en
el que se encuentra el biofilm, el cual favorece el crecimiento y la division de las celulas
permitiendo iniciar la fabrication de una mezcla de polimeros polianionicos, de consistencia
limosa y pegajosa, que las bacterias excretan al exterior para mantener unidas las celulas entre
ellas y con la superficie. Este agregado recibe el nombre de glicocalix conformado por
exopolisacaridos, la composition del exopolimero es poco conocida se sabe que consta de
polisacaridos o glicoprotefnas de diversos azucares como: glucosa, fructosa, manosa, Nacetilglucosamina y otros, tambien puede contener proteinas fibres, fosfolfpidos y acidos
nucleicos o teicoicos los cuales sirven para retener los nutrientes y proteger a las bacterias de
los diversos biocidas.
El glicocalix de material polimerico se excreta desde la pared celular bacteriana en una
formacion radicular que recuerda la de una arana y se estructura a partir de grupos de
polisacaridos neutros o portadores de cargas electricas, que proporcionan a la adherencia la
capacidad de actuar como un sistema de intercambio ionico para atrapar y concentrar los
nutrientes que encuentre, y una vez que los nutrientes se concentran, las celulas primitivas se
reproducen con menos limitaciones y las celulas hijas produciran su propio glicocalix
aumentando exponencialmente la superficie de intercambio ionico y el volumen de una
prospera colonia bacteriana.
En un biofilm maduro, la mayor parte de su volumen esta ocupado por la matriz
laxamente organizada (75-95%) alrededor de unas pocas bacterias (5-25%), que proporciona
una cubierta gelatinosa y deslizante a la superficie colonizada con un considerable volumen de
agua disponible.
A pesar de todo, los estudios que han permitido descubrir esta estructura han sido
realizados en agua y aguas residuales. Pero en la industria alimentaria se dan niveles muy altos
de nutrientes junto a depositos macroscopicos y microscopicos de residuos alimentarios, el
estres frecuente de la limpieza y desinfeccion, y otros factores cuya influencia no ha sido aun
considerada. 2
Cooperation entre especies
A1 cabo de pocos dias de la primera colonization, otros microorganismos quedan
atrapados en el glicocalix por captation ffsica y atraccion electrostatica: hongos o bacterias sin
movilidad propia seran capaces de aprovechar materiales residuales de los primeros habitantes
y de producir sus propios residuos que seran aprovechados a su vez por otros microbios.
Desde el biofilm mas simple (por ejemplo, un colonia bacteriana en agar nutritivo) al
mas complejo (las interacciones de los microorganismos patogenos con las celulas huespedes,
o las poblaciones bacterianas que viven naturalmente en el lodo), la comunidad metabolica
coopera de una manera compleja, como el tejido vivo de un organismo multicelular.
Las diferentes especies viven en un nicho minimo, superespecializado y hecho a
medida, si una especie genera residuos toxicos otra los devorara con avidez, de esta manera se
consigue coordinar los recursos bioquimicos de todos los habitantes del biofilm; ademas se
reunen las diferentes enzimas de las que disponen numerosas especies de bacterias para
abastecerse de aportes nutritivos que ninguna especie sola podria digerir y que serviran para
responder al ataque de diversos biocidas.
La estructura se permeabiliza con una red de canales atravesados por agua, residuos
bacterianos, enzimas, nutrientes, metabolitos y oxigeno. Los gradientes de iones y moleculas
que se establecen entre las diversas zonas, proporcionan el impulso necesario para derivar las
sustancias hacia los alrededores del biofilm y es precisamente en la periferia de la estructura
donde se local izan la mayoria de las celulas viables, cuyo numero se reduce con la edad del
biofilm; en un biofilm joven se han detectado cerca de un 80% de celulas viables, y tan solo
un 50% en un biofilm antiguo.2
Crecimiento y dispersion
La colonia en division continua, libera periodicamente unas pocas bacterias (figura 5) a
consecuencia del stress del medio en el que se encuentran o debido a que algunas bacterias
dejan de producir exopolisacaridos para desprenderse del mismo medio; a este fenomeno en el
que algunas bacterias dejan de expresar determinados genes se le llama variation de fase. 2 ' 15
Estas nuevas celulas desprendidas colonizaran mas facilmente que los iniciales porque desde
el biofilm original se les liberaran residuos y nutrientes que podran usar para preparar la nueva
superficie con la cubierta organica de acondicionamiento y para alimentar otras celulas. Esta
colonization esta relacionada con la evolution y la supervivencia de la bacteria a largo plazo.
Si las condiciones de flujo hidrico lo permiten, el equilibrio que se establece entre el
crecimiento de la colonia y el movimiento del agua libera pocas celulas, con un flujo intenso
o turbulento se pueden liberar muchas mas, incluso desenganchar partes enteras del biofilm. El
nivel de estres ambiental y la transition entre entornos diferentes son unos de los factores
principales que influyen en esta liberation celular. 2
Microcolonia constituida de la que escapan bacterias sin exopolisacaridos (en variation de fase) para
colonizar otros tejidos.15
Regulation del proceso de formation del biofilm
El proceso de formation del biofilm esta regulado por una compleja serie de
reguladores. Un trabajo pionero con P. aeruginosa demostro que el proceso de formation del
biofilm esta regulado por un proceso de quorum sensing o autoinduccion, el cual es un
mecanismo de regulation dependiente de la acumulacion en el medio ambiente de una
molecula senal (autoinductor), que permite a la bacteria sentir la densidad
de poblacion
existente. En bacterias Gram negativas el principal autoinductor es acylhomoserina lactona,
mientras que en bacterias Gram positivas el autoinductor son peptidos. Cuando en el medio
extracelular se acumula una cantidad suficiente de autoinductor, este activa un receptor
especiflco que altera la expresion de genes afectando a distintos fenotipos. En relation con el
quorum sensing, se ha identificado una molecula denominada "Furanona" producida por el
alga Delisea pulcra con una estructura similar a las acylhomoserina lactona. Estas moleculas
se unen a los mismos receptores, pero en lugar de activarlos, los bloquean, inhibiendo la
consiguiente formation del biofilm.
se unen a los mismos receptores, pero en lugar de activarlos, los bloquean, inhibiendo la
eonsiguiente formacion del biofilm.
En la actualidad se esta intentando desarrollar inhibidores de la formacion del biofilm
basados en derivados de la furanona, ya que esta molecula es extremadamente toxica. De
forma similar en S.aureus se ha descrito un peptido denominado RIP, que inhibe un sistema de
quorum-sensing y el proceso de formacion del biofilm.
Ademas del quorum-sensing, otros reguladores globales como CsrA en E.coli, CytR de
V. cholerae, se ha demostrado que son determinates importantes para el desarrollo de biofilm
de estas bacterias y en S.aureus, se ha demostrado que un regulador global de virulencia
denominado SarA es esencial para el desarrollo del biofilm de esta bacterias, existen indicios
de la existencia de una regulation postranscripcional del proceso de formacion del biofilm, asi
la activation de la sintesis de celulosa en S. typhimuriun se produce por el activador alosterico
c-diGMP, la concentration de este activador depende de las actividades enzimaticas,
diguanilato ciclasa y fosfodiesterasa, asociadas a enzimas que contienen los dominios GGDEF
y EAL.
En S. typhimuriun existen al menos 21 proteinas que contiene estos dominios, y se
desconoce si todas estas proteinas afectan a la regulation del proceso de sintesis de celulosa en
distintas condiciones ambientales o si son responsables de otras fiinciones. En Vibrio cholerae,
Yersinia pestis, Pseudomonas fluorescens,
Gluconacetobacter
xylinum, tambien se han
descrito proteinas con dominio GGDEF implicadas en la formacion del biofilm, indicando que
esta molecula es un transmisor secundario de seiial comun al proceso de regulation de la
production de exopolisacaridos en bacterias.
Finalmente, parece logico que la formacion del biofilm se produzca en respuesta a las
condiciones ambientales
y por tanto que existan sistemas de fosfotranferencia
de dos
componentes que transmitan la senal ambiental al interior de la bacteria para adecuar la
expresion de genes a la nueva situation ambiental.3
Condiciones para el desarrollo del biofilm
Ya que la mayoria de las bacterias son potencialmente formadoras de biofilms, este
depende principalmente de: el alimento y la protection a los biocidas. A continuation se
mencionan las caracteristicas de cada uno de estos factores
Alimento
Para que los microorganismos crezcan una vez que llegan a las superficies necesitaran
agua y los nutrientes esenciales para su crecimiento. Asi, hay microorganismos que pueden
necesitar sales de hierro para poder crecer, a otros les sera imprescindible la existencia de
algunas vitaminas hidrosolubles, azucares o nitrogeno no proteico, entre otros. Es relevante
mencionar
que microorganismos como Legionella no tienen capacidad de crecer en el
laboratorio si no hay hierro, pero en las torres de refrigeration este microorganismo obtiene el
hierro de partfculas en suspension y de los materiales entre los que abunda el acero. De la
misma forma, Salmonella necesita la existencia de azucares y algo de nitrogeno no proteico y
Listeria, dependiendo de la cepa necesita productos que faciliten la multiplication. Son
bacterias que se adaptan perfectamente , con mecanismos de resistencia genetica que les
permiten obtener recursos de la degradation de los materiales sobre los que se fijan, de los
restos de
suciedad
y de
la relation
positiva con
otros microorganismos.
Estos
microorganismos pueden crecer sin problemas, aunque para sobrevivir reducen su tamano
celular y ralentizan su capacidad para multiplicarse. Esto implica un retraso en la capacidad
para recuperar su actividad celular, que lleva a que incluso en los analisis rutinarios no se
consiga detectar con facilidad la presencia de los microorganismos adaptados.
A diferencia de otras situaciones, es interesante destacar que un crecimiento
enlentecido no es sinonimo de lesion o de elimination de la bacteria, sino de resistencia,
puesto que al no poder crecer, la cantidad de sustancias que entra en la celula es menor, ello
implica que al utilizar antimicrobianos que necesitan entrar en el interior del citoplasma no
tengan ningun efecto, por ejemplo los alcoholes y la mayoria de los acidificantes y las sales.8
\
En los diversos medios donde se encuentran los microorganismos se dan situaciones de
abundancia, incluso de exceso de nutrientes, y situaciones de austeridad y falta de nutrientes,
esta ultima situation se da en el agua potable, especialmente en los sistemas de agua de alta
pureza, donde las bacterias activan estrategias propias de cada especie. Unas bacterias
cambiaran su cubierta para hacerla mas hidrofoba y dirigirse hacia las paredes; otros iran
moviendose directamente con sus flagelos o pili, y otros caeran al fondo por gravedad.2
A la superficie donde lleguen las bacterias habra alguna molecula organica o mineral
que permita un cambio energetico minimo, asi las particulas del entorno o las de la misma
superficie pueden proporcionar el sustrato inicial, puesto que las bacterias han demostrado ser
capaces de obtener nutrientes de las tuberias o del revestimiento interno del sistema hfdrico,
tambien pueden obtener trazas de metal a partir del acero inoxidable y otros componentes
metalicos. Los microorganismos oligotrofos seran pues los primeros en colonizar una
superficie, y les seguiran aquellos que han evolucionado para encontrar y unirse a las
superficies con tal de incrementar sus posibilidades de captar nutrientes.
Los primeros colonizadores iran concentrando las formas organicas de la superficie y
metabolizandolas para fabricar otras nuevas. A partir de la formacion del polfmero
extracelular, se incrementa notablemente la capacidad de retention de nutrientes que se
encuentren en el medio quedando entre la red o adheridos a ella. Tambien influye la actividad
de intercambio ionico que ahf se desarrolla.
El glicocalix atrapa nutrientes y otros microorganismos que se mezclaran con los que
ya estan alii y con sus descendientes, asi las nuevas bacterias seran capaces de utilizar como
nutrientes lo que otros rechacen. Finalmente se uniran todos los recursos bioquimicos de las
diferentes especies de bacterias, cada una con sus enzimas, para ingerir aportes alimentarios
que ninguna de ellas podria aprovechar de manera individual.
Resistencia a los biocidas
El exopolimero protege a los habitantes del biofilm de la dispersion de sustancias
nutritivas, del acceso de los biocidas y de la desecacion 2 La creation de un biofilm
proporciona una ventaja competitiva para la supervivencia y un incremento de la resistencia
esperada. Asi, estas bacterias pueden ser hasta 1,000 veces mas resistentes a los antibioticos
que las mismas bacterias crecidas en medio liquido. Entre los mecanismos responsables a la
resistencia se incluyen la barrera fisicay quimica a la penetration de los antimicrobianos, que
constituye la matriz de exopolisacaridos formada por el biofilm, el crecimiento ralentizado de
las bacterias del biofilm provocado por la limitation de nutrientes, la presencia
de
microambientes en el interior del biofilm que antagonicen con la action de los antibioticos y
por ultimo, la activation de respuestas de estres que provocan cambios en la fisiologia de la
bacteria y la aparicion de caracteristicas especificas en el biofilm. Todos estos factores, ya sea
de forma individual o asociada, le confieren al biofilm un sistema de resistencia que impide
su elimination completa si no hay estrategias especificas.8
Los detergentes quimicos mejoran la capacidad de arrastre de la suciedad por la propia
agua, pero aun no se sabe como los detergentes quimicos pueden eliminar el exopolimero
asociado a los biofilms, los fabricantes de detergentes y desinfectantes no tienen en cuenta la
estructura proteica que mantiene al biofilm enganchado a la superficie, harian falta nuevas
formulaciones para poder disolver estas sustancias.
Los biofilms presentan resistencias a un gran numero de antibioticos de amplio
espectro como: ampicilina, estreptomicina, tetraciclinas, gentamicina y a biocidas oxidantes
del tipo del cloro, el yodo o el ozono. Esta caracteristica los hace muy diflciles de eliminar,
incluso de controlar, en medicina y en la industria.
La terapia antibiotica usual elimina las bacterias en estado planctonico, pero no puede
acceder a las del biofilm. Por otra parte, en el se han detectado enzimas hidroliticas del tipo de
la P-lactamasa, que serian sintetizados en poca cantidad pero que se mantendrian atrapados y
concentrados en la matriz del biofilm, lo que contribuiria a su protection. 2
Las caracteristicas que mejor se distinguen en las infecciones cronicas relacionadas con
biofilms de las infecciones agudas, es su respuesta a tratamientos antibioticos, mientras que las
infecciones agudas pueden ser eliminadas despues de un breve tratamiento antibiotico, las
infecciones por biofilms normalmente no consiguen ser completamente eliminadas y producen
episodios recurrentes de esta manera en la mayoria de las veces deben resolverse sustituyendo
el implante afectado.5
Entre todas las posibles razones, la explication mas intuitiva para la baja eficacia de
los antibioticos contra las bacterias del biofilm es la incapacidad para penetrar en el biofilm a
traves de la matriz exopolisacaridica. Sin embargo, diferentes estudios en los que se ha medido
la penetration de los antibioticos en los biofilms de P. aeruginosa han demostrado que la
matriz del
biofilm altera
la velocidades
de penetration
de
los antibioticos
(las
fluoroquinolonas penetran rapidamente y los aminoglucosidos mas lentamente), pero en
principio todos los antibioticos ensayados son capaces de penetrar hasta el interior del biofilm
en unas horas y alcanzar concentraciones bactericidas para las formas planctonicas.
Un problema adicional de la practica ch'nica relacionado con la resistencia de los
biofilms a los antimicrobianos es la ausencia de metodos estandarizados de uso rutinario para
determinar la sensibilidad de las bacterias de un biofilm a los antimicrobianos. Se han
realizado intentos por adoptar metodos desarrollados en laboratories de investigation, pero
todavia no se ha adoptado ningun protocolo estandar para este fin.
Entre estos metodos, destacan por su facilidad para adaptarse al diagnostico clfnico el
metodo descrito por Amorena y col. y el metodo denominado "Sistema Calgary Biofilm". En
el primer metodo, el biofilm desarrollado sobre pocillos de placas de microtiter durante
distintos periodos de tiempo, se expone a los tratamientos antimicrobianos, el numero de
bacterias viables que han resistido el tratamiento se cuantifica midiendo la cantidad de ATP
por bioluminiscencia.
El "Sistema Calgary Biofilm" utiliza una placa con una tapa especial, la cual tapa
tiene 96 puas que se introducen y ajustan perfectamente en cada uno de los pocillos de las
placas microtiter. Los biofilms formados sobre las puas de la tapa se pueden llevar a otra
placa
para su exposition a la action de las distintas concentraciones de antibioticos.
Finalmente, el numero de bacterias supervivientes se cuantifican realizando recuentos en
medios de cultivo. 5 ' 22
EFECTOS DE LA PRESENCIA DEL BIOFILM
Nivel intrahospitalario
El Instituto Nacional de Salud de E.U. publico recientemente que mas del 60% de
todas las infecciones microbianas son causadas por biofilms, de igual manera se les atribuye el
60% de las infecciones nosocomiales, lo que provoca un incremento en la estancia
hospitalaria, los costos de atencion y la mortalidad debido a su gran resistencia a los
01
antimicrobianos.
Estas enfermedades a diferencia de infecciones en donde se conoce el
agente causal especifico, son de transcurso cronico y persistente, lo que hace dificil su
eradication. Por ejemplo Pseudomonas
aeruginosa
se ha encontrado en pulmones de
personas con fibrosis quistica produciendo infecciones frecuentes, lo que genera dificultades
en la recuperation de estos pacientes. Con el desarrollo de la tecnologia medica, aparecieron
materiales que permitian ser implantados en el organismo sin causar reacciones adversas como
los implantes de valvulas cardiacas, de cadera, marcapasos e incluso implantes dentales,
tambien estan incluidos aparatos de implantation temporal o parcial como cateteres. A pesar
del avance de la medicina, la introduction de un material nuevo al organismo, simplemente
genera un nicho optico para la formation de una biopelicula. 3 ' 13 ' 18
Los biofilms sobre implantes, medicos pueden estar compuestos por bacterias Gram
positivas, Gram negativas o levaduras, estos microorganismos proceden de la piel del propio
paciente. Pueden estar formados por una unica especie o por multiples especies, dependiendo
del implante y de la duracion de su uso en el paciente.5
Sthaphylococcus epidermidis con frecuencia se encuentra relacionado con infecciones
cronicas o tardias en aparatos implantados gracias a su bajo potencial patogenico mientras que
S. aureus, P. aeruginosa y otros microorganismos Gram negativos por lo general se
encuentran asociados a la colonization y generation de infecciones agudas. 3 ' 16 Las valvulas
cardiacas son con frecuencia colonizadas por microorganismos orales que se desprenden de la
placa bacteriana, entre ellos el Actinobacillus actinomycetemcomitans,
una bacteria Gram
negativa implicada en la etiopatogenesis de la enfermedad periodontal.
Los microorganismos no solo tiene la capacidad de colonizar las superficies de
implantes, tambien lo hacen sobre superficies animadas como epitelios. La enfermedad
periodontal de gran incidencia en el ser humano se caracteriza por un proceso inflamatorio que
resulta en la perdida del soporte del diente.
Todo comienza con la formacion de una pelicula de origen glandular (saliva, moco)
que recubre las mucosas, las superficies dentales y epiteliales de la encia; luego llegan los
primeros colonizadores que ofrecen medios para la retention de otros microorganismos dando
origen a una comunidad celular diversa. Con el crecimiento de la biopelicula aumenta la
liberation de productos microbianos, como el lipopolisacarido, factor de virulencia
responsable de desencadenar una respuesta inflamatoria e inmune de tipo local que puede
llegar a ser sistemica, ocasionando procesos inflamatorios en lugares diferentes al desafio
microbiano. Al igual que los dientes y la encia, los tejidos pulmonares, arteriales y gastricos
son lugares de preferencia para los microorganismos habitantes de las biopeliculas.3
Aunque normalmente se asocian los biofilms bacterianos con procesos infecciosos, es
necesario senalar que algunos biofilms tienen un papel protector, por ejemplo; los biofilms de
lactobacilos presentes en la vagina fermentan el glucogeno producido por las celulas
epiteliales al ser inducidas por los estrogenos, produciendo acidos que disminuyen el pH
vaginal y previniendo de esa manera la colonization por microorganismos patogenos como
Gardnerella vaginalis y otros microorganismos anaerobios.
Otro ejemplo de biofilms beneficioso lo constituyen los biofilms formados sobre las
superficies de los dientes, que protegen frente a la colonization por otros patogenos exogenos,
este biofilm suele estar compuesto en una persona por 20-30 especies bacterianas distintas,
entre las que invariablemente destacan en numero los estreptococos y Actinomyces spp. Las
bacterias de la placa dental viven en equilibrio mientras las condiciones externas se mantengan
constantes, si se consumen muchos alimentos o bebidas ricas en azucares, favorecera el
desarrollo de especies bacterianas que fermentan los azucares, desequilibrando la poblacion
bacteriana y favoreciendo el desarrollo de especies como Streptococcus
mutans
y
Lactobacillus ssp., que producen acidos que disuelven el esmalte protector de los dientes, la
consecuencia final es el desarrollo de las dos infecciones mas frecuentes en el hombre, la
caries y la periodontitis.
Los biofilms estan implicados en infecciones cronicas, lentas, resistentes a los
tratamientos, se forman en superficies de tejidos naturales e implantes artificiales y explican
caracteristicas de las infecciones de valvulas cardiacas nativas o protesicas, protesis
articulares, cateteres diversos, derivaciones ventriculo-peritoneales, dispositivos intrauterinos,
tubos endotraqueales, etc., colonizados por Staphylococcus
aureus,
S.
epidermidis,
Pseudomonas aeruginosa, Candida y otros oportunistas.6
En la siguiente tabla se enlistan algunas de las infecciones humanas en las que estan
involucrados biofilms bacterianos.5
INFECCION O
ENFERMEDAD
Caries dental
Periodontitis
Otitis media
Infecciones del musculo-esqueleto
ESPECIE BACTERIANA
F O R M A D O R A DE BIOFILM
Cocos Gram positivos acidogenicos
(ej. Streptococcus)
Bacterias anaerobicas orales Gram negativas
Cepas no tipables de Haemophilus influenzae
Cocos Gram positivos
(ej. Staphylococcus)
Fascitis necrotizante
Osteomelitis
Prostatitis bacteriana
Endocarditis de la valvula nativa
Neumom'a por fibrosis qufstica
Meloidosis
Streptococos grupo A
Varias cepas bacterianas y fungicas
E. coli otras bacterias Gram negativas
Streptococos del grupo viridans
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas pseudomallet
ENFERMEDADES
NOSOCOMIALES
Neumonfa (cuidados intensivos)
Suturas
Orificios de salida
Vfas arteriovenosas
Lentes de contacto
Cistitis por cateteres urinarios
Peritonitis por dialisis peritoneal
DIU
Tubos endotraqueales
Cateteres hickman
Cateteres centrales venosos
Valvulas mecanicas del corazon
Injertos vasculares
Dispositivos ortopedicos
Bacilos gram-negativos
Sthaphylococcus epidermidis y S. aureus
Sthaphylococcus epidermidis y S. aureus
Sthaphylococcus epidermidis y S. aureus
P. aeruginosa y cocos gram positivos
E. coli y otros bacilos gram negativos
Una variedad de bacterias y hongos
Actinomyces israelii
Una variedad de bacterias y hongos
S. epidermidis y Candida albicans
S. epidermidis
S. epidermidis y S. aureus
Cocos gram positivos
S. epidermidis y S. aureus
A continuation se describen algunas caracteristicas de las bacterias mas importantes
formadoras de biofilms bacterianos.
Estafilococos
Dentro del genero de los Staphylococcus
Staphylococcus
aureus, Staphylococcus
las tres especies de importancia son
epidermidis,
Staphylococcus
saprophyticus,
son
celulas esfericas grampositivas, comunmente se encuentran en formaciones de racimos
irregulares muy parecidos a racimos de uvas, crecen con rapidez sobre muchos tipos de
medios bacteriologicos en condiciones aerobias o microaerofilicas, en los medios solidos las
colonias son redondas, lisas, prominentes y brillantes {Staphylococcus aureus colonias de
color gris o amarillo dorado intenso, S. epidermidis de color gris o bianco),en condiciones
anaerobias o en caldo de cultivo no se forman pigmentos, crecen con mayor rapidez a 37°C,
fermentan carbohidratos y producen pigmentos que varian desde el color bianco hasta el
amarillo intenso. Algunos son flora normal de la piel y las mucosas de los humanos. Los
estafilococos coagulasa-negativo son normales en la flora humana y suelen causar infecciones
generalmente relacionadas con dispositivos y aparatos implantados, afecta a pacientes muy
ancianos o muy jovenes e inmunocomprometidos. Los estafilococos patogenos a menudo
causan hemolisis, coagulation del plasma, y producen enzimas y toxinas extracelulares.
Estreptococos
Los estreptococos son bacterias esfericas grampositivas que por lo general
forman
pares de cadenas durante su crecimiento, son individuates, esfericos u ovoides y se disponen
en cadenas la mayor parte de los estreptococos crecen en un medio solido con un de diametro
de 1 a 2 mm, las cepas que producen material capsular con frecuencia dan lugar a colonias
mucoides, se distribuyen ampliamente en la naturaleza, algunos son miembros de la flora
normal humana; otros se relacionan con enfermedades humanas importantes atribuibles a
infection por estreptococos y en parte a sensibilization a ellos elaboran varias sustancias
extracelulares y enzimas.
Streptococcus pyogenes su habitat es la faringe y piel, es el principal patogeno humano
relacionado con la invasion local o sistemica y con trastornos inmunitarios. Las enfermedades
que mas comunes o importantes que causa son faringitis, impetigo, fiebre reumatica,
glomerulonefritis.
Streptococcus pneumoniae son diplococos grampositivos, lanceolados o dispuestos en
cadenas, es el agente causal de neumonia, meningitis, endocarditis.
Enterobacterias
Las enterobacterias son bacilos gramnegativos cortos, en muestras clinicas su
morfologia es diferente a la mostrada en medios solidos, su habitat natural es el intestino de
humanos y animates, incluye muchos generos como Escherichia, Shigella,
Salmonella,
Enterobacter, Klebsiella, Serratia, Proteus. Las caracteristicas morfologicas de las colonias
son las siguientes: E.coli, Klebsiella, Enterobacter, son lisas, circulares, convexas, con bordes
bien diferenciados, mucoides y grandes, algunas fermentan lactosa como Shigella
y
Salmonella
Escherichia coli forma parte de la flora normal por lo general es la causa mas comun
de infection del aparato urinario y es responsables de casi el 90% de las infecciones urinarias
primarias en mujeres jovenes asi como de enfermedades diarreicas. Tambien puede ser causal
de septicemia.
Shigella es un bacilo gramnegativo delgado, se encuentra en el intestino y las
infecciones que produce casi siempre se limitan al aparto gastrointestinal.
Las salmonelas (Salmonella typhi, Salmonella choleraesuis, Salmonella enteritidis) son
patogenas para el hombre y para los animales, y se transmiten al hombre a partir de animales y
productos de estos, causan enteritis, infection sistemica y fiebre enterica.
Enterobacter aerogenes puede vivir libremente asi como en el intestino, es causante de
infecciones de las vias urinarias y septicemia.
La Klepsiella pneumoniae se encuentra en el aparato respiratorio y en las heces de casi
el 5% de las personas sanas, esta bacteria produce es la causante de aproximadamente el 2%
de las neumonias bacterianas, en ocasiones provoca infection del aparato urinario y
bacteriemia en pacientes debilitados. La Klepsiella pneumoniae y la Klepsiella oxytoca son
causantes de infecciones nosocomiales.
Serratia
marcescens
es un patogeno oportunista
muy comun en pacientes
hospitalizados, causa neumonia, bacteriemia y endocarditis.
Las especies de Proteus causan infecciones en humanos cuando abandona del intestino,
provoca infecciones urinarias y produce bacteriemia, neumonia. P. mirabilis
origina
infecciones del aparato urinario, P. vulgaris es un patogeno nosocomial.
La Pseudomonas aeruginosa es un bacilo gramnegativo, se encuentran en el suelo,
agua, plantas, y animales, es comun hospitales, causa enfermedad en hospederos humanos con
alteraciones en el sistema inmunologico, ademas produce infection en heridas y quemaduras,
mucosas y piel lesionadas por dano tisular directo, asi como por el uso de cateteres
intravenosos o urinarios, tambien se observa con frecuencia en la otitis externa leve de los
nadadores.
/
Haemophilus
Haemophilus es un grupo de bacterias gramnegativas pleomorficas, erecen en medios
enriquecidos que contengan sangre o sus derivados, incluye especies como Haemophilus
influenzae y Haemophilus ducreyi, son cocobacilos cortos de 1,5(i se presentan en pares de
cadenas cortas, son colonias pequenas, redondas, convexas en agar cerebro-corazon
adicionado de sangre.
EI Haemophilus influenzae se encuentra en la mucosas del aparato respiratorio superior
en humanos y es causa importante de meningitidis en ninos y en ocasiones produce
infecciones del aparato respiratorio en ninos y adultos.
Micobacterias
Las micobacterias son bacilos aerobias, tienen formas cocoides y filamentosas con
morfologia variable de una especie a otra, se les denomina bacilos "acido-resistentes" debido a
que una vez que se tinen, resisten la decoloration con acido o alcohol. Existen mas de 50
especies de Mycobacterium. La de mayor importancia para el humano es el
Mycobacterium
tuberculosis agente causal de la tuberculosis.
Otros generos
Las corinebacterias por lo general tienen aspecto de "raqueta", el principal patogeno
humano es el C. disphtheriae se encuentra en vias respiratorias, heridas o sobre la piel de
personas infectadas, y se disemina por gotas de las secreciones respiratorias o por contacto con
individuos susceptibles; despues los bacilos empiezan a crecer sobre las mucosas o en las
excoriaciones de la piel y a producir sus toxinas.
Listeria monocytogenes
es una de las especies dentro de este genero que con
frecuencia es causante de enfermedades en los humanos como meningoencefalitis, bacteriemia
que afectan con frecuencia a pacientes inmunodeficientes, es un bacilo grampositivo e ingresa
a la sangre a traves
el aparato gastrointestinal despues de la ingestion de alimentos
contaminados (queso, vegetales).
Campylobacter jejuni
y Campylobacter coli
son patogenos humanos comunes y
principalmente causan enteritis y ocasionalmente enfermedad sistemica. 25
Endocarditis de valvulas nativas
La endocarditis de valvulas nativas es el resultado de la interaction de bacterias y
hongos con las valvula mitral, aorta, tricuspide o pulmonar. Los microorganismos implicados
en esta infection son principalmente estreptococos y estafilococos los cuales alcanzan el
torrente sanguineo desde la orofaringeo, el tracto gastrointestinal o el tracto genitourinario,
normalmente estas bacterias no se adhieren sobre las valvulas intactas, pero si estas valvulas
se lesionan, las celulas endoteliales secretan fibronectinas, que es utilizada como receptor por
edhesinas especificas de la superficie de las bacterias, las cuales empiezan a multiplicarse en la
lesion e inician el biofilm, lo cual acentua el dano.
Otitis media
Es una infection que afecta al oido medio, y es causada por un grupo de diversos
microorganismos como Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae,
Sthaphylococcus
aureus y Pseudomonas aeruginosa. Los biofilms se forman sobre unos tubos que atraviesan el
timpano y reciben el nombre de tubos timpanostomicos.
Prostatitis
Esta infection afecta a la glandula prostatica la cual se infecta por bacterias que
ascienden desde la uretra o por reflujo de orina contaminada y una vez que entran en la
prostata empiezan a multiplicarse y si no es tratada a tiempo esta infection, las bacterias
empiezan a formar microcolonias que se adhieren al epitelio lo que da como resultado la
formacion del biofilm.5
Los biofilms no solo causan problemas a nivel intrahospitalario sino tambien en otras
areas como las que se mencionan a continuation.
Industria alimenticia
Los biofilms no solo se forman en las superficies en donde se producen los alimentos
sino tambien en los productos alimenticios. las superficies de las instalaciones de production
de los alimentos, tales como acero inoxidable, aluminio, crista!, materiales de nylon, y Teflon.
Las superficies ambientales han conducido a la contamination cruzada por medio de el aire, el
personal o la limpieza, tambien se encuentran en superficies que estan en contacto con el
alimento, tales, bandas transportadoras, pasteurizadores. Estas areas son a menudo duras de
alcanzar durante la limpieza y el saneamiento y de esta manera se establecen las condiciones
•m
optimas para la formation y el desarrollo de biofilms.
En la industria alimenticia, los biofilms que ahi se forman contienen
Listeria,
Pseudomonas, Campylobacter, E. coli y Salmonelas ademas una de las bacterias mas comunes
en la industria de bebidas es Enterobacter cloacae
12: 9l 21
'
. Las especies termofilas son las
que han aumentado resistencia termica, crecen en las temperaturas altas y pueden sobrevivir a
la pasteurization. Los biofilms de las instalaciones lecheras son predominados a menudo por
una sola especie bacteriana como resultado del proceso de pasteurization, que elimina la
mayoria de las especies gram-negativas, lo que permite el crecimiento de las especies
termofilas sin la competition con otras por los alimentos.19
Los biofilms en el campo industrial
Los biofilms estan implicados en diversos ambitos convirtiendose en un enemigo
cuando estan involucrados en el biofouling o en aliados cuando se utilizan en bioremediacion.
Uno de los problemas asociados con la formation de biofilms es el biofouling que es la
contamination producida por la actividad microbiana sobre diferentes superficies, Mo que
genera corrosion de equipos, cascos de barcos, tuberias y de campos petroleros.
La corrosion de los metales por biofilms es ocasionada por la actividad metabolica de
uniones bacterianas formadas por bacterias sulfato reductoras (BSR) y por las caracteristicas
propias de la superficie del material que permite el crecimiento de ellas. En la extraction y
almacenamiento del petroleo las biopeliculas BSR producen grandes cantidades de acido
sulfhi'drico y hace que el crudo sea un producto de menor rendimiento. En todas las tuberias, la
formacion de biofilms como comunidades viscosas ocasiona el taponamiento de filtros y
orificios de estas estructuras y provocan cambios al fluido normal.
Los problemas del biofouling afectan economicamente a la industria productora de
papel por el desarrollo de estos complejos microbianos sobre la maquinaria y a las fabricas
•
que poseen torres de enfriamiento de aguas donde todo el sistema se puede ver obstruido.
3
UTILIDAD DEL BIOFILM
Por otro lado los biofilms toman un papel muy importante en la bioremediacion, en
donde transforman agentes contaminantes a formas menos daninas. La bioremediacion se
puede dar en diferentes campos los mas comunes son:
Bioremediacion de aguas residuales. Las aguas residuales domesticas e industriales
son ricas en materiales organicos y deben ser tratadas en alguna forma antes de devolverlos al
ambiente. Los procesos para el tratamiento de las aguas residuales son practicamente sistemas
de cultivo microbiano a gran escala que utilizan biofilms en los cuales las sustancias organicas
de los desechos se degradan a dioxido de carbono, gas metano y otros nutrientes inorganicos.
El agua residual es tratada dentro del fondo de un tanque en donde se pone en contacto con
lodos o agregados de biofilms unidos a particulas muy pequenas. La degradation anaerobica
de los sustratos organicos ocurre en el lecho del lodo y alii mismo se genera gas metano como
uno de los productos finales; este gas tiene una utilidad valiosa porque puede ser recolectado
por un sistema de tuberias para generar energia. En paises como Colombia el residuo solido
del lodo que consiste en material no digerible y celulas bacterianas, se elimina periodicamente
y se seca para ser utilizado como abono para la tierra.
Bioremediacion de suelos y aguas subterraneas. Cuando los suelos o las aguas se
contaminan con hidrocarburos como el petroleo, los biofilms son fundamentales en su
bioremediacion. Las bacterias oxidantes de los hidrocarburos son capaces de adherirse a las
gotas insolubles de petroleo y de lograr la dispersion de la capa, estos biofilms estan
conformados basicamente por especies de Pseudomonas, corinebacterias, micobacterias y
algunas levaduras. Sin embargo, para el buen desempeno del biofilm se requieren condiciones
especiales de oxigeno, temperatura, pH, nutrientes, sin las cuales la bioremediacion no se
produce.
El establecimiento de bacterias adheridas a los alimentos o a las superficies en contacto
con los alimentos, conlleva serios problemas higienicos y numerosas perdidas economicas
debido a los productos que se llegan a desechar; por este motivo es preciso eliminar todos los
microorganismos de todas las superficies en contacto con los alimentos, antes de que los
contaminen y establezcan un biofilm que servira de reservorio, por ejemplo el biofilm que se
forma sobre las carnes crudas y en el entorno del proceso manipulador (superficies,
instrumentos) aumenta considerablemente los problemas de contamination cruzada y
contaminaciones posteriores en el proceso.
En
las
industrias
alimentarias
lo
mas
importante
microorganismos patogenos o alterantes debido a una
es
la
supervivencia
de
desinfeccion insuficiente de las
superficies o de los instrumentos que estan en contacto con los alimentos, ademas de aquellos
procesos que causen la dispersion en aerosol de los microbios, sobre las superficies o el
producto acabado.
Inmovilizacion
de los
microorganismos
para la obtencion
de
productos
industriales. El biofilm representa el habitat natural de los microorganismos en el cual
muestran una tendencia a inmovilizarse en estas estructuras mucosas y organizarse en ellas en
comunidades complejas capaces de fabricar excedentes de determinadas sustancias. Esta
habilidad ha sido la base de los biorreactores industriales, sistemas cerrados que utilizan
microorganismos para realizar procesos fermentativos productivos y estables.2
Con la utilization de los biofilms se busca resolver la contamination de las aguas subterraneas
hidrocarburos saturados e insaturados como alcanos y alquenos dorados como disolventes de
limpieza, para este fin se han desarrollado las biobarreras las cuales consisten en acumulos de
biofilms que forman una barrera impermeable para el flujo del agua contaminada a otros
sistemas.
Otro de los sistemas que se han utilizado con exito en el proceso de bioremediacion,
son los biofiltros que evitan la contamination del aire dada por compuestos organicos volatiles
provenientes de empresas quimicas y de las especies depuradoras de aguas residuales. En el
biofiltro las comunidades microbianas crecen sobre la superficie de un soporte por lo general
de plastico, a traves del cual pasa el aire contaminado, los compuestos solubles en el gas
entran en la biopelicula y quedan disponibles para su biodegradacion, generandose productos
no toxicos. La principal ventaja de un sistema de biofiltro sobre otras alternativas de control de
la contamination del aire, son los bajos costos de inversion y explotacion, las bajas
necesidades de energfa y la ausencia de subproductos y residuos que requieran un tratamiento
posterior. 3
CONCLUSIONES
Despues de haber realizado una revision bibliografica pertinente sobre la formacion de
biofilms bacterianos se llego a las siguientes conclusiones.
1. La formacion de un biofilm bacteriano depende de diferentes factores: como el pH del
medio, la temperatura, la concentration de nutrientes y la superficie sobre la cual se
adhiere.
2. La gran mayoria de las bacterias presentan la formacion de biofilm.
3. La mayoria de las infecciones intrahospitalarias resistentes a antibioticos debe a
bacterias formadoras de biofilms.
4. Las bacterias formadoras
de biofilms han sido aprovechadas en el tratamiento de
aguas residuales y en sistemas de bioremediacion., ya que no requieren de energia
extra o externa para trabajar y
no generan desechos toxicos en sus procesos de
biodegradacion.
5. Las perdidas economicas en la industria alimenticia se debe principalmente a bacterias
formadoras de biofilm.
6. La pelicula de glicocalix de la cual se encuentra formado el biofilm solamente puede
ser removida mecanicamente.
7. La resistencia de los biofilms a los antibioticos depende de la barrera de difusion fisica
y quimica y a la penetration de los antimicrobianos que constituye la matriz de
exopolisacaridos.
8. El crecimiento ralentizado de las bacterias del biofilm debido la limitation de
nutrientes
Desde el descubrimiento de los biofilms o biopeliculas (1970) hasta nuestros dias el
estudio de estos conglomerados bacterianos resulta de vital importancia desde el punto de
vista clinico, alimentario, ambiental, etc., ya que es posible predecir su comportamiento y
conocer sus mecanismos de elimination
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