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BIOPELICULAS
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Biopelculas o biofilm Luz Marina Lizarazo Forero PH.D
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BIOPELCULAS
Las biopelculas se-forman cuando las poblaciones microbianas estn encerradas
dentro de una matriz que facilita la adherencia de unas clulas con otras o a
superficies. Son importantes en la colonizacin de superficies y tpicamente se
observan en esas interfases
Durante el proceso de adhesin, las clulas microbianas alteran sus fenotipos en
respuesta a la proximidad de la superficie. Los microorganismos muestran respuestas
especficas al ambiente superficial, tales como cambios morfolgicos o la alteracin de
la expresin gentica.
En la naturaleza, las biopelculas contribuyen a la formacin de tapetes de
microorganismos mediante interacciones entre comunidades muy distintas. En las
biopelculas se dan todas las interacciones potenciales, positivas y negativas, que se
definen tpicamente en relacin a la utilizacin del sustrato.
En los hbitats naturales las poblaciones de la biopelcula estn cambiando
constantemente. Las poblaciones se mueven dentro de la biopelcula y a menudo
nuevas poblaciones desplazan a las originales por lo que encontramos una sucesin de
especies que colonizan la superficie. La sucesin se basa en una secuencia de
acontecimientos fsicos y biolgicos, que empiezan con la adsorcin de pelculas
orgnicas y siguen con la colonizacin de la superficie por bacterias. En un proceso
denominado epibiosis, las especies colonizadoras iniciales son reemplazadas por otras
a medida que otros microorganismos con requerimientos definidos evolutivamente se
integran en el consorcio que coloniza la superficie
Muchos factores afectan la formacin de las biopelculas entre ellos la naturaleza
qumica del sustrato, la fuente natural de carbono y la concentracin de esta, la
osmoralidad, el estrs fisiolgico y la temperatura. Existe otra caracterstica que define
tambin la estructura y conformacin de las biopelculas y es la comunicacin
intercelular o Quorum-Sensing , que no es otra cosa que las seales bioqumicas que
existen entre clula-clula, para la conformacin de la comunidad bacteriana. El
Quorum-sensing se puede expresar entre individuos de especies diferentes, por
ejemplo entre especies patgenas y no patgenas, esto le concede mayor resistencia a
estos microorganismos haciendo que la mayora de los antimicrobianos resulten intiles
en el control de ellos mientras que los microorganismos aislados son susceptibles a
estos factores de control. Se ha visto que los microorganismos al ser variados dentro
de esta organizacin presentan diferentes microambientes de pH, tensin de oxgeno,
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concentracin de iones, carbono y nitrgeno. Las variaciones qumicas en la
biopelcula, como la existencia de gradientes de pH y de oxgeno, facilitan la
supervivencia de algunas bacterias exigentes, con capacidades metablicas muy
particulares. Por ejemplo, los microorganismos anaerobios estrictos, como las arqueas
metangenas y las bacterias anaerobias que mueren por la exposicin al oxgeno
molecular, pueden coexistir en las biopelculas con microorganismos aerobios estrictos.
Las asociaciones de algas y bacterias en las biopelculas son frecuentes, ya que las
algas representan un lugar de unin y tambin una fuente de nutrientes. Las bacterias
heterotrofas utilizan los productos extracelulares de las algas.
La unin inicial de las bacterias a la superficie es un proceso en dos fases, que son una
fase de unin reversible y otra irreversible. Las clulas que muestran una unin
reversible se unen a la superficie por una porcin de la clula o flagelo mientras
continan girando. La evolucin ha llevado a la especializacin de algunos sistemas
flagelares para la colonizacin de diferentes ambientes de superficie.
En el desarrollo de las comunidades multicelulares de biopelculas se producen
interacciones especficas clula-clula, que permiten a las poblaciones microbianas
coexistir en ambientes en los que las poblaciones individuales no podran hacerlo.
Diferentes microorganismos de la biopelcula responden a las condciones
microambientales especficas con diferentes modelos de crecimiento, lo cual determina
el desarrollo gradual de una biopelcula madura y de estructura compleja. La
cooperacin fisiolgica es el factor principal que modula la estructura y que diferencia
el establecimiento de las relaciones espaciales definitivas; stas hacen que las
biopelculas maduras sean comunidades microbianas muy eficaces adheridas a
superficies. En una blopelcula, la formacin de microhbitat qumicos adecuados y la
posicin en el espacio de los microorganismos sintrficos permite que se establezca
una cooperacin entre las poblaciones cuyas actividades metablicas van ms all de
las que podra realizar cada poblacin por separado. Diversos genes quedan reprimidos
por la adhesin de la biopelcula a la superficie, por las condiciones de la superficie, o
por el tipo de crecimiento de la biopelcula.
La matriz de la biopelcula, compuesta tpicamente por polisacridos que contienen uno
o ms cidos urnicos aninicos, est densamente concentrada alrededor de las
microcolonias de las clulas que han producido los mencionados polmeros, pero est
distribuida menos densamente en los grandes espacios entre las microcolonias.
La presencia de poblaciones microbianas en la biopelcula hace posible la cooperacin
metablica sostenida. Las clulas individuales en un biopelcula madura con mltiples
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especies viven en un microambiente excepcional, donde los nutrientes son producidos
por las clulas vecinas y les llegan por difusin; donde los productos metablicos se
eliminan por los mismos procesos; y donde los antagonistas se mantienen a distancia
por las barreras de la difusin. Los microorganismos que primero acceden a una
superficie nueva pueden excluir fsicamente a otros microorganismos potencialmente
competidores, y gracias a factores como el bloqueo del sitio pueden beneficiarse de su
posicin y de la utilizacin de los nutrientes adsorbidos.
Entonces la hidrodinmica juega un papel importante en el desarrollo de la biopelcula
debido a que estas organizaciones se desarrollan en una interfase liquido-slido donde
la velocidad del flujo que lo atraviesa influye en el desprendimiento fsico de los
microorganismos. Cuando se liberan clulas de las biopelculas, estas pueden viajar y
depositarse en nuevos nichos de colonizacin manteniendo las mismas caractersticas
de una biopelcula adherida a la superficie.
La historia del tratamiento biolgico de las aguas residuales con biopelculas se inicia a
finales del siglo XIX, con un proceso de un filtro biolgico (Peters and Alleman 1982).
Durante la primera mitad del siglo XX los sistemas de tratamiento basados en
biopelcula, como los lechos bacterianos (filtros percoladores) dominaron la tecnologa
del tratamiento de aguas.