O biofilmes ou biofilmes Eles são comunidades de microrganismos aderidos a uma superfície, vivendo em uma matriz autogerada de substâncias poliméricas extracelulares. Eles foram inicialmente descritos por Antoine von Leeuwenhoek, quando examinou os "animálculos" (assim chamados por ele), em uma placa de material de seus próprios dentes no século XVII..
A teoria que conceitua biofilmes e descreve seu processo de formação não havia sido desenvolvida até 1978. Foi descoberto que a capacidade dos microrganismos de formar biofilmes parece ser universal..
Os biofilmes podem existir em ambientes tão variados como sistemas naturais, aquedutos, tanques de armazenamento de água, sistemas industriais, bem como em uma ampla variedade de meios como dispositivos médicos e dispositivos para permanência em pacientes hospitalares (como cateteres, por exemplo).
Através do uso de microscopia eletrônica de varredura e microscopia confocal a laser de varredura, descobriu-se que os biofilmes não são depósitos de células homogêneos e não estruturados e sedimentos acumulados, mas sim estruturas heterogêneas complexas..
Biofilmes são comunidades complexas de células associadas em uma superfície, encerradas em uma matriz polimérica altamente hidratada cuja água circula por canais abertos da estrutura..
Muitos organismos que tiveram sucesso em sua sobrevivência de milhões de anos no meio ambiente, por exemplo, espécies do gênero Pseudomonas Y Legionella, usar a estratégia de biofilme em ambientes diferentes de seus ambientes nativos nativos.
Índice do artigo
-Substâncias extracelulares poliméricas secretadas por microrganismos de biofilme, macromoléculas polissacarídicas, proteínas, ácidos nucléicos, lipídios e outros biopolímeros, principalmente moléculas altamente hidrofílicas, cruzam-se para formar uma estrutura tridimensional chamada matriz de biofilme..
-A estrutura da matriz é altamente viscoelástica, possui propriedades de borracha, é resistente à tração e quebras mecânicas.
-A matriz tem a capacidade de aderir a superfícies de interface, incluindo espaços internos de meios porosos, por meio de polissacarídeos extracelulares que atuam como gomas aderentes..
-A matriz polimérica é predominantemente aniônica e também inclui substâncias inorgânicas, como cátions metálicos..
-Possui canais de água por onde circulam oxigênio, nutrientes e substâncias residuais que podem ser recicladas..
-Essa matriz do biofilme funciona como meio de proteção e sobrevivência contra ambientes adversos, uma barreira contra invasores fagocíticos e contra a entrada e difusão de desinfetantes e antibióticos..
-A formação da matriz em gradientes não homogêneos produz uma variedade de microhabitats, o que permite que a biodiversidade exista dentro do biofilme..
-Dentro da matriz, a forma de vida celular é radicalmente diferente da vida livre e não associada. Os microrganismos do biofilme são imobilizados, muito próximos uns dos outros, associados em colônias; este fato permite que interações intensas ocorram.
-As interações entre os microrganismos no biofilme incluem a comunicação por meio de sinais químicos em um código chamado "quorum sensing"..
-Existem outras interações importantes, como a transferência de genes e a formação de micro-consórcios sinérgicos..
-O fenótipo do biofilme pode ser descrito em termos dos genes expressos pelas células associadas. Este fenótipo é alterado em relação à taxa de crescimento e transcrição do gene.
-Os organismos dentro do biofilme podem transcrever genes que não transcrevem suas formas de vida planctônicas ou livres.
-O processo de formação do biofilme é regulado por genes específicos, transcritos durante a adesão celular inicial.
-No espaço confinado da matriz, existem mecanismos de cooperação e competição. A competição gera adaptação constante nas populações biológicas.
-Um sistema digestivo externo coletivo é gerado, que retém as enzimas extracelulares perto das células.
-Este sistema enzimático permite sequestrar, acumular e metabolizar, nutrientes dissolvidos, coloidais e / ou suspensos.
-A matriz funciona como uma área externa comum de reciclagem, um depósito para os componentes das células lisadas, servindo também como um arquivo genético coletivo..
-O biofilme funciona como uma barreira estrutural protetora contra mudanças ambientais, como dessecação, ação de biocidas, antibióticos, respostas imunes do hospedeiro, agentes oxidantes, cátions metálicos, radiação ultravioleta e também é uma defesa contra muitos predadores, como protozoários fagocíticos e insetos..
-A matriz do biofilme constitui um ambiente ecológico único para os microrganismos, permitindo um modo de vida dinâmico para a comunidade biológica. Biofilmes são verdadeiros microecossistemas.
A formação de biofilme é um processo no qual os microrganismos vão de um estado de vida livre, unicelular e nômade para um estado sedentário multicelular, onde o crescimento subsequente produz comunidades estruturadas com diferenciação celular.
O desenvolvimento do biofilme ocorre em resposta a sinais ambientais extracelulares e sinais autogerados.
Pesquisadores que estudaram biofilmes concordam que é possível construir um modelo hipotético generalizado para explicar sua formação..
Este modelo de formação de biofilme consiste em 5 etapas:
A formação do biofilme começa com a adesão inicial dos microrganismos à superfície sólida, onde são imobilizados. Foi descoberto que os microrganismos possuem sensores de superfície e que as proteínas de superfície estão envolvidas na formação da matriz.
Em organismos não móveis, quando as condições ambientais são favoráveis, a produção de adesinas em sua superfície externa aumenta. Dessa forma, aumenta sua capacidade de adesão célula-célula e de superfície celular..
No caso das espécies móveis, os microrganismos individuais estão localizados em uma superfície e este é o ponto de partida para uma mudança radical em seu modo de vida de nômades móveis livres para sedentários, quase sésseis..
A capacidade de movimentação é perdida porque na formação da matriz participam diferentes estruturas como flagelos, cílios, pelos e fímbrias, além de substâncias adesivas..
Então, em ambos os casos (microrganismos móveis e não móveis), pequenos agregados ou microcolônias são formados e um contato célula-célula mais intenso é gerado; mudanças fenotípicas adaptativas ao novo ambiente ocorrem em células agrupadas.
Inicia-se a produção de substâncias poliméricas extracelulares, ocorre a formação inicial em monocamada e posterior desenvolvimento em multicamada..
Por fim, o biofilme atinge seu estágio de maturidade, com arquitetura tridimensional e presença de canais por onde circulam água, nutrientes, produtos químicos de comunicação e ácidos nucléicos..
A matriz do biofilme retém as células e as mantém unidas, promovendo um alto grau de interação com a comunicação intercelular e a formação de consórcios sinérgicos. As células do biofilme não estão completamente imobilizadas, elas podem se mover dentro dele e também se desprender.
De acordo com o número de espécies participantes do biofilme, este último pode ser classificado em:
Também dependendo do ambiente onde são formados, os biofilmes podem ser:
Por outro lado, dependendo do tipo de interface onde se formam, é possível classificá-los em:
A placa dentária tem sido estudada como um exemplo interessante de uma comunidade complexa que vive em biofilmes. Os biofilmes das placas dentais são duros e não elásticos, devido à presença de sais inorgânicos, que conferem rigidez à matriz polimérica..
Os microrganismos da placa dentária são muito variados e existem entre 200 a 300 espécies associadas no biofilme..
Entre esses microrganismos estão:
Outro exemplo interessante são os efluentes domésticos, onde vivem em biofilmes presos a tubulações, microrganismos nitrificantes oxidantes de amônio, nitrito e bactérias nitrificantes autotróficas..
Dentre as bactérias oxidantes de amônio desses biofilmes, as espécies numericamente dominantes são as do gênero. Nitrosomonas, distribuído por toda a matriz de biofilme.
A maioria dos componentes dentro do grupo de oxidantes de nitrito são aqueles do gênero Nitrospira, que estão localizados apenas na parte interna do biofilme.
Os biofilmes subaerie são caracterizados por um crescimento irregular em superfícies minerais sólidas, como rochas e edifícios urbanos. Esses biofilmes apresentam associações dominantes de fungos, algas, cianobactérias, bactérias heterotróficas, protozoários, bem como animais microscópicos..
Em particular, os biofilmes SAB possuem microrganismos quimiolitotróficos, capazes de usar produtos químicos minerais inorgânicos como fontes de energia..
Microrganismos quimiolitotróficos têm a capacidade de oxidar compostos inorgânicos, como Hdois, NH3, NÃOdois, S, HS, Fedois+ e aproveitar a energia do potencial elétrico produto das oxidações em seus metabolismos.
Entre as espécies microbianas presentes em biofilmes subaeriais estão:
Muitas das bactérias conhecidas como agentes causadores de doenças humanas vivem em biofilmes. Entre eles estão: Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio fischeri, Vellionella parvula, Streptococcus mutans Y Legionella pneumophyla.
É interessante a transmissão da peste bubônica pela picada de pulga, uma adaptação relativamente recente do agente bacteriano causador da doença., Yersinia pestis.
Esta bactéria cresce como um biofilme ligado ao trato digestivo superior do vetor (a pulga). Durante uma picada, a pulga regurgita o biofilme contendo Yersinia pestis na derme e, assim, começa a infecção.
Organismos isolados de biofilme em cateteres venosos centrais explantados incluem uma variedade surpreendente de bactérias Gram-positivas e Gram-negativas, bem como outros microorganismos..
Vários estudos científicos relatam como bactérias Gram-positivas de biofilmes em cateteres venosos: Corynebacterium spp., Enterococcus sp., Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus spp., Estafilococo aureus, Staphylococcus epidermidis, Estreptococo spp. Y Streptococcus pneumoniae.
Entre as bactérias Gram-negativas isoladas desses biofilmes, são relatadas as seguintes: Acinetobacter spp., Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter anitratus, Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogens, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida, Proteus spp., Providencia spp. Y Serratia marcescens.
Outros organismos encontrados nesses biofilmes são: Candida spp., Candida albicans, Candida tropicalis Y Mycobacterium chelonei.
No que se refere ao funcionamento da indústria, os biofilmes geram obstruções em tubulações, danos a equipamentos, interferências em processos como transferência de calor na cobertura de superfícies de trocadores ou corrosão de peças metálicas..
A formação de filme na indústria de alimentos pode gerar problemas operacionais e de saúde pública significativos.
Patógenos associados em biofilmes podem contaminar produtos alimentícios com bactérias patogênicas e causar sérios problemas de saúde pública para os consumidores.
Entre os biofilmes de patógenos associados à indústria de alimentos estão:
Este agente patogênico utiliza na fase inicial de formação de biofilme, flagelos e proteínas de membrana. Forma biofilmes nas superfícies de aço das máquinas de fatiar.
Na indústria de laticínios, biofilmes de Listeria monocytogenes em leite líquido e produtos derivados do leite. Resíduos lácteos em tubulações, tanques, recipientes e outros dispositivos favorecem o desenvolvimento de biofilmes desse patógeno que os utiliza como nutrientes disponíveis..
Biofilmes dessas bactérias podem ser encontrados em instalações da indústria de alimentos, como pisos, ralos e nas superfícies de alimentos como carnes, vegetais e frutas, bem como derivados de leite com baixo teor de ácido.
Pseudomonas aeruginosa secreta várias substâncias extracelulares que são utilizadas na formação da matriz polimérica do biofilme, aderindo a um grande número de materiais inorgânicos como o aço inoxidável.
Pseudomonas pode coexistir dentro do biofilme em associação com outras bactérias patogênicas, como Salmonella Y Listeria.
As espécies de Salmonella são o primeiro agente causal de zoonoses de etiologia bacteriana e surtos de toxoinfecção alimentar.
Estudos científicos têm mostrado que Salmonella pode aderir como biofilmes a superfícies de concreto, aço e plástico em instalações de processamento de alimentos.
As espécies de Salmonella eles têm estruturas de superfície com propriedades aderentes. Além disso, produz celulose como substância extracelular, principal componente da matriz polimérica..
Ele usa flagelos e proteínas de membrana na etapa inicial da formação do biofilme. Ele também produz celulose extracelular para gerar a rede tridimensional da matriz no biofilme..
Os biofilmes oferecem proteção aos microrganismos que os compõem, à ação de desinfetantes, germicidas e antibióticos. Os mecanismos que permitem esse recurso são os seguintes:
Ainda sem comentários