Biofilms bacterianos - SciELO

1 REVISI N BIBLIOGR FICA. Rev. Otorrinolaringol. Cir. Cabeza Cuello 2007; 67: 61-72. Biofilms bacterianos Bacterial Biofilms Julio Nazar C. INTRODUCCI N rias bacterias planct nicas libre flotantes. Los Biofilms se crean cuando las bacterias libre flotan- Las bacterias existen en la Naturaleza bajo dos tes perciben una superficie, se adhieren a ella y, a formas o estados: a) bacterias planct nicas, de continuaci n, elaboran se ales qu micas para co- libre flotaci n, y b) bacterias biofilm, en colonias ordinar diferenciaci n y formaci n de estructura, de microorganismos s siles. Desde los tiempos de incluyendo el desarrollo de una cubierta polisa- Koch, bacteri logos y cl nicos se han abocado al c rida protectora6.

2 Estudio de los g rmenes planct nicos, libremente Los g rmenes pueden crear condiciones para suspendidos, y descritos en base a sus caracter s- formar Biofilms casi en cualquier ambiente l quido. ticas de desarrollo en medios de cultivos adecua- La interfase s lido-l quida entre una superficie y un dos. medio acuoso (vgr: agua, sangre) proporciona un Esto se ha debido, entre otras razones, al entorno ideal para la fijaci n y crecimiento de hecho que la investigaci n de los Biofilms microorganismos7. Por consiguiente, los Biofilms bacterianos es singularmente m s dif cil que aqu - son ubicuos en la Naturaleza y se encuentran lla respecto a las bacterias planct nicas. Desafor- pr cticamente en todo cuerpo natural de agua en el tunadamente, este enfoque centrado en el mundo8.

3 Desarrollo de estas ltimas en cultivos de laborato- Es as como cotidianamente debemos convivir rio, una condici n que tiene escasa relaci n con con ellos: el limo o pel cula que recubre un jarr n los ambientes microbianos verdaderos, ha limitado en el que se ha tenido flores, el material resbaladizo la comprensi n respecto a las interacciones entre que tapiza las piedras de los lechos de los r os, los bacterias y hu spedes1,2. cascos de los barcos o la superficie interna de una Tan s lo una muy peque a fracci n de las tuber a. Otro ejemplo cotidiano de biofilm lo cons- bacterias se halla en forma planct nica o de libre tituye la placa dental. Diariamente debemos com- flotaci n, y las bacterias biofilm son diferentes a las batir la pel cula de bacterias que cubre la superficie planct nicas.

4 Se postula que el 99% de todas las dental para evitar el desarrollo excesivo de c lulas bacterianas existen en calidad de Biofilms , y microorganismos que puede provocar un deterioro tan s lo 1% vive en estado planct nico3-5. del esmalte2,9. La adhesi n bacteriana a superficies ha sido Los Biofilms bacterianos representan una anti- reconocida por varias d cadas. Ya por los a os '70, gua estrategia de supervivencia procari tica. Esto los microbi logos plantearon que, probablemente, debido a que las bacterias logran ventajas signifi- la mayor parte de las bacterias en la Naturaleza cativas al proporcionarles los Biofilms protecci n exist a en estado de biofilm. Sin embargo, la frente a fluctuaciones medioambientales de hume- terapia de la mayor a de las infecciones humanas dad, temperatura y pH, al igual que concentrando contin a a n basada en el estudio de las minorita- nutrientes y facilitando la eliminaci n de desechos.

5 61. REVISTA DE OTORRINOLARINGOLOG A Y CIRUG A DE CABEZA Y CUELLO. Registros efectuados en f siles revelan que g rmenes se adhieren a superficies vivientes e procariotes han estado viviendo en Biofilms por inertes. m s de tres billones de a os10. Sin embargo, se debi esperar el advenimiento La capacidad de formar biofilm no parece del microscopio electr nico para lograr un examen restringirse a ning n grupo espec fico de detallado de los Biofilms . ste permiti la fotomi- microorganismos y, en la actualidad, se considera croscop a de alta resoluci n a aumentos significa- que bajo condiciones ambientales adecuadas la tivamente mayores respecto al microscopio de luz. inmensa mayor a de las bacterias, independiente En las ltimas dos d cadas gran parte del trabajo de la especie, puede existir dentro de Biofilms realizado para la descripci n de Biofilms se ha adheridos a superficies en una interfase s lido/ basado en la microscop a electr nica de barrido.

6 L quida, incluyendo organismos importantes en en- Mediante sta se procedi a examinar Biofilms en fermedades otorrinolaringol gicas, tales como P filtros en plantas de tratamiento de aguas servidas, aeruginosa, H influenzae, S pneumoniae, Klebsiella encontr ndose que estaban compuestos por una y S aureus 2,8-11. Esta adhesi n a una superficie multiplicidad de g rmenes16. Usando tinci n espe- h meda, ya sea inerte o viviente, es de car cter c fica, se logr demostrar que el material de la irreversible, esto es, el biofilm no logra ser removi- matriz que engloba a las bacterias en estos do mediante lavado suave1,3-5,9,10,12,13. Biofilms era polisac rido1. Recientemente, dos grandes avances han incrementado substancialmente la comprensi n de DEFINICI N E HISTORIA los Biofilms : (a) la utilizaci n del microscopio l ser confocal, que ha permitido caracterizar la ultraes- En 2002, Donlan efectu una descripci n amplia- tructura del biofilm, y (b) la investigaci n de los mente aceptada de un biofilm, estableciendo que genes involucrados en la adhesi n celular y la es una comunidad microbiana s sil, caracterizada formaci n de biofilm1.

7 Por c lulas que est n adheridas irreversiblemente a un substrato o interfase, o unas con otras, encerra- das en una matriz de sustancias polim ricas COMPOSICI N Y ARQUITECTURA. extracelulares que ellas han producido, y exhiben un fenotipo alterado en relaci n con la tasa de Toda comunidad microbiana desarrollada en crecimiento y trascripci n g nica 1. biofilm es nica en su g nero, aunque algunos Van Leeuwenhoek, utilizando sus simples mi- atributos estructurales pueden, generalmente, ser croscopios de luz, fue el primero en describir, en el considerados universales. El t rmino biofilm es, en siglo XVII, la presencia de microorganismos adhe- cierto modo, un nombre inapropiado, puesto que ridos a superficies dentales, a ra z de lo cual se le los Biofilms no constituyen un dep sito superficial reconoce como el descubridor de los Biofilms de una monocapa continua1.

8 Bacterianos1. Esta l nea de investigaci n resurgi Los Biofilms est n estructurados principalmen- reci n en los '70, cuando Characklis14 procedi a te por grandes colonias de bacterias s siles incrus- estudiar l gamos microbianos en sistemas de tadas en una matriz polim rica extracelular o aguas industriales logrando demostrar su tenaci- glicoc lix. Las c lulas bacterianas, que componen dad y resistencia a diferentes desinfectantes, entre el 15%-20% del volumen, no se dividen al interior ellos, el cloro. Posteriormente, Costerton y cols15 de los Biofilms , lo cual podr a atribuirse al hecho de describieron la presencia de comunidades adoptar un fenotipo alterado, diferente al de las bacterianas embebidas en matriz glucoproteica mismas bacterias en estado de libre flotaci n8.

9 Unidas a superficies en contacto con el agua, La matriz es muy hidratada debido a que postulando que los Biofilms podr an ser la explica- incorpora grandes cantidades de agua dentro de su ci n para los mecanismos por los cuales los estructura, llegando este elemento a representar 62. Biofilms bacterianos - J Nazar hasta el 97% de sta1. Adem s de agua y g rme- encuentren ambientes en los que la concentraci n nes, la matriz est formada por exopolisac ridos de nutrientes, pH u ox geno es diferente. Se gene- (EPS), los que constituyen su componente funda- ra, de esta manera, una gradiente de tensi n de pH. mental, producidos por los propios microorganis- y de ox geno, siendo metab licamente m s activas mos integrantes.

10 En menor cantidad se encuentran las reas superficiales respecto a las m s profun- otras macromol culas como prote nas, cidos das. En estas ltimas, las bacterias deben adaptar- nucleicos, y diversos productos que proceden de la se a una disponibilidad reducida de ox geno7,9,18. lisis bacteriana. El conjunto de polisac ridos, ci- La formaci n y estructura de un biofilm depen- dos nucleicos y prote nas se conocen bajo el de de las caracter sticas del substrato al cual se nombre de substancias polim ricas extracelulares une y a otros aspectos del medio ambiente. As , los (SPE). En la matriz tambi n puede hallarse mate- Biofilms en una superficie mucosa son fisiol gica- riales no bacterianos , tales como cristales de sales mente diferentes de aquellos formados en superfi- minerales, part culas de corrosi n y/o de sedimen- cies inertes.