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.
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- Tremblay, Y.D.N., Hathroubi, S., Jacques, M. (2014). Les biofilms bactériens: leur importance en santé animale et en santé publique. The Canadian Journal of Veterinary Research, 78:110-116.
