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Listeria monocytogenes y Legionella pneumophilla
Formación de biofilms
24 de septiembre de 2013 – Vitoria
Betelgeux.es
Contenido
• Biofilms: composición y
estructura.
• Factores implicados en la
formación de biofilms.
• Secuencia de formación
del biofilm.
• Ventajas para la bacteria
e impacto en la industria.
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Biofilms: composición y
estructura
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Biofilms: composición y
estructura
• Los biofilms o biopelículas
suponen un caso particular de
contaminación microbiológica,
están constituidos por
agrupaciones de bacterias
adheridas entre sí y a una
superficie.
• Estas bacterias se encuentran
embebidas en una matriz
gelatinosa y adhesiva de
naturaleza polimérica, generada
por los propios microorganismos.
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Biofilms: composición y
estructura
Un biofilm típico se compone fundamentalmente de:
• Agua.
• Microorganismos.
•
La matriz extracelular de sustancias poliméricas (EPS),
supone entre un 75% y un 95% del volumen de un biofilm
maduro. Esta matriz extracelular se compone de
polisacáridos, proteínas, lípidos, minerales y ADN de origen
microbiano.
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Biofilms: composición y
estructura
• Los biofilms naturales son consorcios con más de una especie.
• Cualquier superficie puede servir como soporte, aunque algunas
pueden ser más favorables que otras (microtopografía,
hidrofobicidad, iones liberados, etc.)
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Biofilms: composición y
estructura
• Tiene forma de champiñón con
torres, pedestales y canales para
la circulación de agua.
• El crecimiento celular es rápido
en la periferia de la estructura y
lento en el interior.
• Su porosidad es heterogénea.
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Factores implicados en la
formación de biofilms
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Biofilms: factores implicados
• La formación de biofilms
requiere que la superficie esté
en contacto con un fluido que
contenga minerales, moléculas
orgánicas y microorganismos.
• La gran mayoría de bacterias
poseen la capacidad de
adherirse a superficies y formar
un biofilm, por lo que tiene una
gran importancia en multitud de
sectores.
© Alfred B. Cunningham, John E. Lennox and Rockford J. Ross, Eds. 2001-2008
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Biofilms: factores implicados
La formación de biofilms depende
principalmente de la interacción
entre tres componentes:
* Las células bacterianas.
* La superficie de anclaje.
* Y el medio que los rodea.
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Biofilms: factores implicados
Propiedades de la célula
El anclaje de bacterias a superficies es un proceso físico-químico
determinado por fuerzas electrostáticas entre las células y la superficie.
Las estructuras y moléculas que caracterizan la superficie externa de
las células bacterianas determinan las propiedades de la célula para
formar biofilms.
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Biofilms: factores implicados
Propiedades de la célula
• La presencia de flagelos en la superficie externa
favorece la capacidad de la bacteria para formar
biofilms.
• Las fimbrias también favorecen la formación de
biofilms por parte de la célula que las presenta.
• La función de los pili es la de transferencia
horizontal de genes a otras células. Este proceso,
denominado conjugación, puede estimular el
desarrollo de biofilms.
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Biofilms: factores implicados
Propiedades de la célula
• La presencia de polisacáridos en la superficie externa de las células
juega un papel fundamental en su capacidad para adherirse a
superficies y formar biofilms.
• El mecanismo denominado quorum sensing, basado en la producción
de moléculas señal de bajo peso molecular, permite la agrupación de
las bacterias para formar biofilms.
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Biofilms: factores implicados
Propiedades de la superficie
Factores importantes en la potencial
formación de biofilms incluyen:
• Rugosidad superficial.
• Hidrofobicidad.
• Limpiabilidad.
• Resistencia al desgaste, etc.
Determinan la elección de los materiales
para el diseño de superficies y
conducciones.
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Biofilms: factores implicados
Propiedades de la superficie
Uno de los parámetros superficiales con
más influencia en la posible adhesión de
bacterias es la energía libre superficial.
La hidrofobicidad de una superficie
disminuye al aumentar su energía libre
superficial.
Superficies de vidrio y acero inoxidable
poseen una elevada energía libre
superficial, de manera que son más
hidrofílicas que superficies como teflón y
poliestireno.
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Biofilms: factores implicados
Propiedades del medio
• Los resultados son contradictorios respecto a la
influencia de la presencia de nutrientes en el
medio sobre la adhesión de células a la
superficie, debido a las diferencias entre cepas de
distintos serotipos.
• La adherencia a superficies se produce a
temperaturas de entre 4 y 45 °C, siendo 18 °C la
temperatura óptima para el acero inoxidable.
• El pH del medio y la presencia de nutrientes
influyen en la carga superficial de la bacteria.
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Secuencia de formación del
biofilm
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Secuencia de formación
Etapas de la formación de biofilms:
1. Contacto y anclaje de bacterias sobre la superficie.
2. Formación de microcolonias.
3. Comunicación entre moléculas y producción de la matriz extracelular.
4. Maduración del biofilm.
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Secuencia de formación
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Secuencia de formación
Anclaje de las bacterias sobre la
superficie
• Fase inicial instantánea y
reversible.
• Fase irreversible y
dependiente del tiempo.
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Secuencia de formación
Formación de microcolonias y
desarrollo del biofilm
El mecanismo de comunicación
intercelular quorum sensing o
autoinducción permite la unión de
células planctónicas en el medio
circundante.
Incremento de la producción de
EPS por parte de las bacterias.
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Agregación de
nuevos
microorganismos
Crecimiento
Producción
de EPS
Microcolonias
Secuencia de formación
Maduración del biofilm
Se desarrolla una estructura
organizada.
El biofilm se adapta en su proceso
de maduración a los cambios en
población y disponibilidad de
nutrientes y oxígeno.
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Secuencia de formación
Dispersión de un biofilm
Desprendimiento de componentes del biofilm y colonización de nuevas
superficies.
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Ventajas para la bacteria e
impacto en la industria
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Ventajas para la bacteria
El biofilm es un modo protegido de crecimiento
que permite la supervivencia de bacterias en un
entorno hostil debido a cambios en las
condiciones del medio.
1) Protección frente a agentes antimicrobianos.
2) Incremento de la disponibilidad de nutrientes
para el crecimiento.
3) Incremento de la unión a moléculas de agua,
reduciendo el riesgo de deshidratación.
4) Proximidad a otras bacterias, facilitando la
cooperación y la transferencia de genes.
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Ventajas para la bacteria
Mayor resistencia frente a desinfectantes
La mayor resistencia frente a desinfectantes se atribuye a diferentes mecanismos:
• Difusión lenta o incompleta del biocida al interior del biofilm.
• Procesos de adaptación y tolerancia de los microorganismos al desinfectante:
exposición a concentraciones subletales
células persistentes.
• Diferenciación fisiológica de las células en el biofilm.
• La resistencia también puede ser debida a las sustancias que integran la matriz
del biofilm o a su estructura.
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Impacto en la industria
• Problemas sanitarios y pérdidas de calidad y vida útil de los
alimentos: microorganismos procedentes de materias primas,
aire, agua, operarios, etc. se pueden instalar como biofilms en
planta y actuar como reservorios desde los que se transfieren
al alimento procesado.
• Problemas tecnológicos: Alteración de las propiedades de
las superficies (fricción, transferencia de calor, obturación de
conductos, orificios, filtros, válvulas). Facilitan la corrosión.
• Problemas biotecnológicos: Los biofilms son una forma
natural de inmovilización de células microbianas, algunas de
ellas se utilizan para la obtención de ingredientes y aditivos,
tratamiento de aguas residuales, etc.
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Impacto en la industria
Recomendaciones
• Diseño de instalaciones y equipos fáciles de
limpiar y desinfectar.
•
Mantener las superficies lisas, evitar abrasión,
corrosión, resquicios, soldaduras poco lisas,
etc.
•
Reponer frecuentemente piezas de materiales
agrietables o que se dañen fácilmente.
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Impacto en la industria
Recomendaciones
•
Programas correctos de limpieza y desinfección.
•
Minimizar durante la producción las
salpicaduras, superficies humedecidas con
condensados, restos de líquidos en codos de
conducciones, etc.
•
Controlar durante la limpieza los aerosoles que
transportan restos de biofilms.
•
Identificar en planta las zonas más favorables
para el desarrollo de biofilms.
•
Desmontar la maquinaria y accesorios para su
limpieza.
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Muchas gracias por su atención.
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