Betelgeux.es

24 de septiembre de 2013 – Vitoria

Listeria monocytogenes y Legionel la pneumophil la

Formación de biofilms

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.

Betelgeux.es

Biofilms: composición y estructura

Betelgeux.es

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.

Betelgeux.es

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.

Betelgeux.es

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.)

Betelgeux.es

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.

Betelgeux.es

Factores implicados en la formación de biofilms

Betelgeux.es

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

Betelgeux.es

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.

Biofilms: factores implicados

Betelgeux.es

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.

Biofilms: factores implicados

Betelgeux.es

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.

Biofilms: factores implicados

Betelgeux.es

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.

Biofilms: factores implicados

Betelgeux.es

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.

Biofilms: factores implicados

Betelgeux.es

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.

Biofilms: factores implicados

Betelgeux.es

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.

Biofilms: factores implicados

Betelgeux.es

Secuencia de formación del biofilm

Betelgeux.es

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.

Secuencia de formación

Betelgeux.es

Secuencia de formación

Betelgeux.es

Anclaje de las bacterias sobre la superficie

• Fase inicial instantánea y reversible.

• Fase irreversible y dependiente del tiempo.

Secuencia de formación

Betelgeux.es

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.

Agregación de nuevos

microorganismos

Crecimiento

Producción de EPS

Microcolonias

Secuencia de formación

Betelgeux.es

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.

Secuencia de formación

Betelgeux.es

Dispersión de un biofilm

Desprendimiento de componentes del biofilm y colonización de nuevas superficies.

Secuencia de formación

Betelgeux.es

Ventajas para la bacteria e impacto en la industria

Betelgeux.es

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.

Ventajas para la bacteria

Betelgeux.es

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.

Ventajas para la bacteria

Betelgeux.es

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.

Betelgeux.es

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.

Impacto en la industria

Betelgeux.es

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.

Impacto en la industria

Betelgeux.es

Muchas gracias por su atención.