Biofilmes

Biofilmes são complexos ecossistemas microbiológicos embebidos em
uma matriz de polímeros orgânicos, aderidos a uma superfície.
Os biofilmes contêm partículas de proteínas, lipídeos, fosfolipídeos,
carboidratos, sais minerais e vitaminas, entre outros, que formam
uma espécie de crosta, debaixo da qual, os microrganismos continuam a crescer,
formando um cultivo puro ou uma associação com outros microrganismos.

Formação de Biofilme
As falhas nos procedimentos de higienização permitem que os
resíduos aderidos aos equipamentos e superfícies transformem-se em
potencial fonte de contaminação.

Sob determinadas condições, os microrganismos se aderem,interagem
com as superfícies e iniciam crescimento celular. Essa multiplicação
dá origem a colônias e quando a massa celular é suficiente para agregar
nutrientes, resíduos e outros microrganismos, está formado o que se denomina
biofilme.

No biofilme os microrganismos estão mais resistentes à ação de
agentes químicos e físicos, como aqueles usados no procedimento de
higienização. A matriz de polímeros extracelulares de natureza polissacarídea ou
protéica, também conhecida como glicocálix, expõe-se exteriormente à
membrana externa das células Gram negativas e ao peptídeoglicano das Gram
positivas, é sintetizada por polimerases, constituindose em uma estrutura
complexa bem hidratada.

Os biofilmes nas indústrias, em alguns casos, podem ser benéficos. Pôr
exemplo, os existentes em biorreatores para a produção de fermentados.
Bactérias que produzem ácido acético se agregam em fragmentos de madeira
e convertem diversos substratos em vinagre. Agregados microbianos também
são usados em tratamentos aeróbios e anaeróbios de efluentes domésticos e
industriais.

No processo de tratamento de água potável, a remoção de
nitrogênio, carbono biodegradável e precursores de trihalometanos
podem ser obtidos por biofilmes microbianos submersos.

Os microrganismos aderidos apresentam uma resistência maior à ação
dos sanitizantes. Os sanitizantes utilizados na indústria, em testes
laboratoriais dentro das condições indicadas pelos fabricantes,
conseguem ser aprovados em testes como suspensão e diluição de uso,
alcançando até 5 reduções decimais (RD) após 30 segundos de contato a 20ºC.

Mas em meios de cultivos,sólidos ou líquidos não há formação de glicocalix fundamental ao processo de adesão, como será visto a seguir. Pesquisas comprovaram que microrganismos aderidos foram entre 150 e 3000 vezes mais resistentes do que
microrganismos não aderidos, à ação do ácido hipocloroso, quando da ação de
monoclarinas foram de 2 a 100 vezes mais resistentes. Células de L.
monocytogenes não aderidas foram eliminadas em 30 segundos de contado
com o sanitizante cloreto de benzalcônio, já células aderidas resistiram ao
mesmo sanitizante de 10 a 20 minutos.

Outros microrganismos como Pseudomonas fluorescens e Yersinia
enterocolítica, quando na presença de sanitizantes como iodóforo e hipoclorito
de sódio sofrem uma redução de 5 RD no teste denominado de suspensão mas,
quando estes microrganismos estão aderidos em borracha, teflon, os
sanitizantes alcançam valores próximos de, no máximo, 3,20 RD.

Fonte: BLOCK, S. S. Disinfection, sterilization and preservation.

Crescimento microbiano em biofilmes Básico

A maior parte da actividade bacteriana na natureza ocorre, não com as células individualizadas, mas com as bactérias organizadas em comunidades sob a forma de um biofilme.

Esses biofilmes são constituídos por uma comunidade estruturada de células aderentes a uma superfície inerte (abiótica) ou viva (biótica), embebidas numa matriz de exopolissacárido. A associação dos organismos em biofilmes constitui uma forma de protecção ao seu desenvolvimento, fomentando relações simbióticas e permitindo a sobrevivência em ambientes hostis.

Em ecossistemas aquáticos, mais de 99,9% das bactérias crescem em biofilmes associadas a uma grande variedade de superfícies. No Homem, a variedade de infecções bacterianas crónicas envolvendo biofilmes é bastante significativa, podendo estas ser causadas por uma única ou mais espécies (consultar o tópico Formação de biofilmes e envolvimento em infecções humanas).

Os biofilmes mais comuns na natureza são heterogéneos, compostos por duas ou mais espécies, podendo os produtos do metabolismo de uma espécie auxiliar o crescimento das outras e a adesão de uma dada espécie fornecer ligandos que promovem a ligação de outras.

Inversamente, a competição pelos nutrientes e a acumulação de metabolitos tóxicos produzidos pelas espécies colonizadoras poderão limitar a diversidade de espécies num biofilme.

Através de técnicas microscópicas, tem sido possível observar a grande heterogeneidade espacial dos biofilmes, em que coexistem células em diferentes estados fisiológicos. Esta heterogeneidade constitui uma importante estratégia de sobrevivência porque essas células terão maior probabilidade de sobreviver a agressões externas.

Etapas de desenvolvimento de um biofilme1. Adesão a uma superfícieO padrão de desenvolvimento de um biofilme envolve várias etapas: a adesão inicial à superfície, seguida da formação de microcolónias e, na maioria dos casos, a diferenciação das microcolónias em macrocolónias envolvidas numa matriz de exopolissacárido, formando biofilmes maduros.

1 - Representação esquemática das várias etapas de desenvolvimento de um biofilme de acordo com o modelo aceite para Pseudomonas aeruginosa (adaptado de Ghigo et al., 2003 ).
A adesão de uma bactéria a uma superfície abiótica é, geralmente, mediada por interacções inespecíficas (e.g., forças hidrofóbicas), enquanto que a adesão a um tecido vivo ou desvitalizado é normalmente mediada por mecanismos moleculares específicos de “ancoragem”, nomeadamente através de lectinas, ligandos ou adesinas.

A adesão primária de um organismo a uma superfície é um processo reversível que envolve a aproximação deste à superfície, de forma aleatória ou através de mecanismos de quimiotaxia e de mobilidade

Quando o microrganismo atinge uma proximidade crítica da superfície, a ocorrência de adesão depende do balanço final entre forças atractivas e repulsivas (e.g. interacções electrostáticas e hidrofóbicas, forças de Van der Waals, impedimento estereoquímico, etc) geradas entre as duas superfícies.

A repulsão entre duas superfícies pode ser ultrapassada através de interacções moleculares específicas mediadas por adesinas, que são proteínas localizadas em estruturas que irradiam da superfície celular. Foi ainda demonstrado que os mecanismos de mobilidade das células, dependentes de pili superficiais e do flagelo polar são fundamentais no processo de iniciação de um biofilme.

2. Maturação do biofilmeApós a adesão primária, as células fracamente ligadas consolidam o processo de adesão produzindo exopolissacáridos que complexam os materiais da superfície e os receptores específicos localizados nos flagelos, Pili ou fímbrias. Na ausência de interferência mecânica ou química, a adesão torna-se, nesta fase, irreversível. Durante este estágio de adesão, os microrganismos individualizados ou planctónicos podem “colar-se” uns aos outros, formando agregados na superfície a que aderem.
Após a adesão irreversível da bactéria à superfície, inicia-se o processo de maturação do biofilme.

A densidade e complexidade do biofilme aumenta à medida que as células se dividem (ou morrem) e os componentes extracelulares gerados pelas bactérias interagem com moléculas orgânicas e inorgânicas do ambiente circundante para formar o glicocálix. Nesta fase, os biofilmes tornam-se altamente hidratados, formando-se estruturas abertas compostas por 73 a 98% de material não celular, incluindo exopolissacárido e canais por onde circulam os nutrientes.

O crescimento de qualquer biofilme é limitado pela disponibilidade de nutrientes no ambiente circundante e pela sua propagação a células localizadas no interior do biofilme. Factores como o pH, difusão de oxigénio, fonte de carbono e osmolaridade controlam também a maturação do biofilme

Quando completamente maduro, o biofilme funciona como um consórcio funcional de células, com padrões de crescimento alterados, cooperação fisiológica e eficiência metabólica. Nesta fase, as células localizadas em regiões diferentes do biofilme exibem diferentes padrões de expressão genética.

3. Ruptura do biofilmeQuando o biofilme atinge uma determinada massa crítica e o equilíbrio dinâmico é alcançado, as camadas mais externas do biofilme começam a libertar células em estado planctónico, que se podem rapidamente dispersar e multiplicar, colonizando novas superfícies e organizando novos biofilmes em novos locais.
Com a ausência de nutrientes e/ou de oxigénio ou dificuldades na sua difusão, a diminuição do pH e a acumulação de metabolitos secundários tóxicos, inicia-se um processo de morte celular junto à superfície e subsequente desintegração do biofilme.

Fonte: www.e-escola.pt/topico.asp?id=355