Biofilme

O biofilme é uma matriz polissacarídica que adere fortemente a superfície sólidas e que é produzida e secretada por microrganismos e que os envolve.

Diversas bactérias formam biofilmes

Diversos tipos de bactérias que habitam ambientes aquáticos produzem películas densas chamadas de biofilmes que aderem a superfícies sólidas.

Os biofilmes são agregados de células bacterianas que aderem a uma superfície misturadas numa matriz secretada pelas próprias células.

A matriz é geralmente composta por uma mistura de polissacáridos, mas também pode incluir proteínas e até ácidos nucleicos.

A maioria dos biofilmes inclui várias espécies de bactérias (e não apenas uma) e, em alguns casos, pode também incluir fungos e protozoários.

Assim, mais do que bactérias aprisionadas num material pegajoso, os biofilmes representam comunidades microbianas funcionais.

Os biofilmes são ubíquos e podem formar-se numa ampla variedade de superfícies: desde tecidos vivos, placa dental, dispositivos médicos, implantes cirúrgicos (como pacemakers), lentes de contacto, cateteres urinários, canos e tubos de água e rochas expostas em sistemas aquáticos.

As bactérias no biofilme comportam-se distintamente

As bactérias têm sido vulgarmente descritas como platônicas, isto é, células que vivem livremente suspensas no meio. Além disso, o seu crescimento tem sido caracterizado em meios de cultura nutricionalmente ricos.

No entanto, é muito frequente as bactérias aderirem a quaisquer superfícies expostas e formarem biofilmes para sustentarem o seu crescimento.

Assim, os microrganismos associados a superfícies desenvolvem um fenótipo que contrasta com as suas respetivas células suspensas. Mais concretamente, as células associadas a biofilmes se distinguem por:

a) Secreção de substâncias poliméricas extracelulares (EPS) que forma a matriz do biofilme;

b) Redução das taxas de crescimento;

c) Alteração na transcrição de genes específicos.

O biofilme também facilita a comunicação celular e a troca de material genético entre as diferentes células.

Os biofilmes aprisionam nutrientes que permitem o crescimento microbiano e evitam que as células bacterianas desprendem das superfícies e sejam levadas por correntes aquosas.

A matriz

O biofilme apresenta uma matriz altamente hidratada, constituída por polissacáridos, proteínas, ácidos nucleicos, agentes tensioativos, lípidos, glicolípidos e catiões. Mas a sua composição varia de acordo com a espécie bacteriana e as condições de crescimento.

Alguns dos polissacáridos mais frequentes são:

a) a poliglucosamina (polímero de β-1,6-N-acetil-D-glucosamina) em espécies como Escherichia coli, Staphylococcus aureus et Staphylococcus epidermidis,Yersinia pestis, Bordetella e Actinobacillus spp.;

b) a celulose (polímero linear de glucose) em espécies como coli, Salmonella, Enterobacter e Pseudomonas;

c) o glucano em Streptococcus mutans;

d) e o alginato em Pseudomonas.

Importância de infecções associadas a biofilmes

Pensa-se que doenças infecciosas crónicas possam estar associadas a células bacterianas sésseis associadas a biofilmes.

Os biofilmes podem ser formados em diversos tecidos como os epitélios, as superfícies mucosas e os dentes. Além disso, também podem desenvolver-se em aparelhos médicos e implantes.

Os biofilmes tornam as bactérias mais resistentes, conferindo-lhes proteção contra:

a) Antibióticos;

b) Desinfetantes;

c) Sistema imunitário do hospedeiro;

d) Fagocitose;

e) Bacteriófagos (vírus que infetam bactérias).

A matriz polimérica extra-celular retarda a difusão dos antibióticos evitando que atuem sobre as bactérias. Deste modo, os biofilmes tornam as bactérias tolerantes à maioria dos antibióticos.

Células do sistema imunitário segregam citocinas inflamatórias no local do biofilme mas as células fagocitárias são incapazes de destruir o biofilme e podem até acabar por provocar lesões às próprias células do hospedeiro em redor do local de infecção.

Formação do biofilme

As células inicialmente planctónicas (i.e., móveis) aderem a uma superfície, primeiro de forma reversível e depois irreversivelmente, e tornam-se sésseis (i.e., fixos). As microcolónias de células microbianas iniciam a comunicação entre si através da produção de moléculas auto-indutores (num processo denominado quórum sensing) que levam à expressão de genes específicos. Como resultado, as células segregam uma matriz de substâncias polissacáridas extra-celulares.

As bactérias multiplicam-se, levando à expansão e maturação do biofilme. Finalmente o biofilme é disperso com as células a regressarem ao estágio planctónico. Nesta fase são produzidas enzimas sacarolíticas que quebram os polissacáridos permitindo que as células bacterianas à superfície do biofilme se soltem para o meio.

Etapas de formação de um biofilme. Adaptado de Tremblay et.al., 2014.

Etapas de formação de um biofilme. Adaptado de Tremblay et.al., 2014.

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References:

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