biofilme sau biofilme Sunt comunități de microorganisme atașate la o suprafață, care trăiesc într-o matrice auto-generată de substanțe polimerice extracelulare. Au fost descrise inițial de Antoine von Leeuwenhoek, când a examinat „animalculele” (numite astfel de el), pe o placă de material din dinții lui în secolul al XVII-lea..
Teoria care conceptualizează biofilmele și descrie procesul de formare a acestora nu a fost dezvoltată până în 1978. S-a descoperit că capacitatea microorganismelor de a forma biofilme pare să fie universală..
Biofilmele pot exista în medii la fel de variate precum sistemele naturale, apeductele, rezervoarele de stocare a apei, sistemele industriale, precum și într-o mare varietate de medii, cum ar fi dispozitivele medicale și dispozitivele pentru permanența la pacienții din spitale (cum ar fi cateterele, de exemplu).
Prin utilizarea microscopiei electronice de scanare și a microscopiei laser de scanare confocală, s-a descoperit că biofilmele nu sunt depozite omogene, nestructurate de celule și nămol acumulat, ci structuri eterogene destul de complexe..
Biofilmele sunt comunități complexe de celule asociate pe o suprafață, închise într-o matrice polimerică foarte hidratată a cărei apă circulă prin canalele deschise ale structurii..
Multe organisme care au reușit să supraviețuiască de milioane de ani în mediu, de exemplu specii din genuri Pseudomonas Da Legionella, utilizați strategia biofilmului în alte medii decât mediile lor native native.
Indice articol
-Substanțele extracelulare polimerice secretate de microorganismele biofilmului, macromoleculele polizaharidice, proteinele, acizii nucleici, lipidele și alți biopolimeri, în mare parte molecule foarte hidrofile, se încrucișează pentru a forma o structură tridimensională numită matrice biofilm..
-Structura matricei este foarte viscoelastică, are proprietăți de cauciuc, este rezistentă la tracțiune și defecțiuni mecanice.
-Matricea are capacitatea de a adera la suprafețele de interfață, inclusiv spațiile interne ale mediului poros, prin polizaharide extracelulare care acționează ca gume aderente..
-Matricea polimerică este predominant anionică și include, de asemenea, substanțe anorganice, cum ar fi cationii metalici..
-Are canale de apă prin care circulă oxigenul, nutrienții și substanțele reziduale care pot fi reciclate..
-Această matrice a biofilmului funcționează ca un mijloc de protecție și supraviețuire împotriva mediilor adverse, o barieră împotriva invadatorilor fagocitari și împotriva intrării și difuzării dezinfectanților și a antibioticelor..
-Formarea matricei în gradienți neomogeni produce o varietate de microhabitate, ceea ce permite biodiversității să existe în cadrul biofilmului..
-În cadrul matricei, forma de viață celulară este radical diferită de viața liberă, neasociată. Microorganismele biofilmului sunt imobilizate, foarte apropiate unele de altele, asociate în colonii; acest fapt permite să se producă interacțiuni intense.
-Interacțiunile dintre microorganisme din biofilm includ comunicarea prin semnale chimice într-un cod numit „cvorum sensing”..
-Există alte interacțiuni importante, cum ar fi transferul de gene și formarea de micro-consorții sinergice..
-Fenotipul biofilmului poate fi descris în termenii genelor exprimate de celulele asociate. Acest fenotip este modificat în ceea ce privește rata de creștere și transcrierea genei.
-Organismele din biofilm pot transcrie gene care nu transcriu formele lor de viață planctonice sau libere.
-Procesul de formare a biofilmului este reglat de gene specifice, transcrise în timpul aderenței inițiale a celulei.
-În spațiul limitat al matricei, există mecanisme de cooperare și concurență. Concurența generează adaptare constantă la populațiile biologice.
-Se generează un sistem digestiv extern colectiv, care reține enzimele extracelulare aproape de celule.
-Acest sistem enzimatic permite sechestrarea, acumularea și metabolizarea, substanțele nutritive dizolvate, coloidale și / sau suspendate.
-Matricea funcționează ca o zonă comună de reciclare externă, un depozit pentru componentele celulelor lizate, servind și ca arhivă genetică colectivă..
-Biofilmul funcționează ca o barieră structurală de protecție împotriva modificărilor de mediu, cum ar fi desicarea, acțiunea biocidelor, antibioticelor, răspunsurilor imune ale gazdei, agenților oxidanți, cationilor metalici, radiațiilor ultraviolete și este, de asemenea, o apărare împotriva multor prădători, cum ar fi protozoarele fagocitare și insectele..
-Matricea biofilmului constituie un mediu ecologic unic pentru microorganisme, permițând un mod de viață dinamic comunității biologice. Biofilmele sunt adevărate microecosisteme.
Formarea biofilmului este un proces în care microorganismele trec de la o stare liberă, unicelulară, nomadă la o stare sedentară multicelulară, unde creșterea ulterioară produce comunități structurate cu diferențiere celulară.
Dezvoltarea biofilmului are loc ca răspuns la semnale de mediu extracelulare și semnale auto-generate.
Cercetătorii care au studiat biofilmele sunt de acord că este posibil să se construiască un model ipotetic generalizat pentru a explica formarea lor.
Acest model de formare a biofilmului este format din 5 etape:
Formarea biofilmului începe cu adeziunea inițială a microorganismelor la suprafața solidă, unde sunt imobilizate. S-a descoperit că microorganismele au senzori de suprafață și că proteinele de suprafață sunt implicate în formarea matricei.
La organismele nemobile, când condițiile de mediu sunt favorabile, crește producția de adezine pe suprafața lor externă. În acest fel, își mărește capacitatea de adeziune celulă-celulă și suprafața celulei..
În cazul speciilor mobile, microorganismele individuale sunt situate pe o suprafață și acesta este punctul de plecare către o schimbare radicală a modului lor de viață de la mobil liber nomad, la sedentar, aproape sesil.
Capacitatea de mișcare se pierde deoarece, la formarea matricei, participă diferite structuri, cum ar fi flageli, cili, pilus și fimbria, pe lângă substanțele adezive.
Apoi, în ambele cazuri (microorganisme mobile și nemobile), se formează agregate mici sau microcolonii și se generează un contact celulă-celulă mai intens; modificările fenotipice adaptive la noul mediu apar în celulele grupate.
Începe producția de substanțe polimerice extracelulare, apare formarea inițială în monostrat și dezvoltarea ulterioară în multistrat.
În cele din urmă, biofilmul atinge stadiul de maturitate, cu o arhitectură tridimensională și prezența unor canale prin care circulă apa, nutrienții, substanțele chimice de comunicare și acizii nucleici..
Matricea biofilmului reține celulele și le menține unite, promovând un grad ridicat de interacțiune cu comunicarea intercelulară și formarea consorțiilor sinergice. Celulele biofilmului nu sunt complet imobilizate, se pot deplasa în interiorul acestuia și se pot detașa.
În funcție de numărul de specii care participă la biofilm, acestea din urmă pot fi clasificate în:
De asemenea, în funcție de mediul în care sunt formate, biofilmele pot fi:
Pe de altă parte, în funcție de tipul de interfață în care sunt formate, este posibil să le clasificăm în:
Placa dentară a fost studiată ca un exemplu interesant al unei comunități complexe care trăiește în biofilme. Biofilmele plăcilor dentare sunt dure și nu elastice, datorită prezenței sărurilor anorganice, care conferă rigiditate matricei polimerice..
Microorganismele plăcii dentare sunt foarte variate și există între 200 și 300 de specii asociate în biofilm.
Printre aceste microorganisme se numără:
Un alt exemplu interesant este apele uzate menajere, unde trăiesc în biofilme atașate la conducte, microorganisme nitrificante care oxidează amoniu, nitriți și bacterii nitrofante autotrofe..
Printre bacteriile oxidante de amoniu ale acestor biofilme, speciile dominante numeric sunt cele din gen Nitrosomonas, distribuite în toată matricea biofilmului.
Componentele majoritare din grupul de nitriți oxidanți sunt cele din gen Nitrospira, care sunt localizate numai în partea internă a biofilmului.
Biofilmele subterane se caracterizează printr-o creștere neuniformă pe suprafețe minerale solide, cum ar fi roci și clădiri urbane. Aceste biofilme prezintă asociații dominante de ciuperci, alge, cianobacterii, bacterii heterotrofe, protozoare, precum și animale microscopice..
În special, biofilmele SAB posedă microorganisme chemolitotrofe, capabile să utilizeze substanțe chimice minerale anorganice ca surse de energie..
Microorganismele chemolitotrofe au capacitatea de a oxida compuși anorganici precum HDouă, NH3, NUDouă, S, HS, FeDouă+ și să profite de energia produsului potențial electric al oxidărilor din metabolismele lor.
Printre speciile microbiene prezente în biofilmele suberiene se numără:
Multe dintre bacteriile cunoscute ca agenți cauzali ai bolilor umane trăiesc în biofilme. Printre acestea se numără: Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio fischeri, Vellionella parvula, Streptococcus mutans Da Legionella pneumophyla.
Este interesantă transmiterea ciumei bubonice prin mușcătura de purici, o adaptare relativ recentă a agentului bacterian care provoacă această boală., Yersinia pestis.
Această bacterie crește sub formă de biofilm atașat la tractul digestiv superior al vectorului (puricii). În timpul unei mușcături, puricii regurgitează biofilmul care conține Yersinia pestis în derm și astfel începe infecția.
Organismele izolate din biofilm pe catetere venoase centrale explantate includ o gamă uimitoare de bacterii Gram-pozitive și Gram-negative, precum și alte microorganisme..
Mai multe studii științifice raportează bacteriile Gram-pozitive din biofilme din catetere venoase: Corynebacterium spp., Enterococcus sp., Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus spp., Stafilococ aureus, Stafilococ epidermid, streptococ spp. Da Streptococcus pneumoniae.
Dintre bacteriile gram-negative izolate din aceste biofilme, sunt raportate următoarele: Acinetobacter spp., Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter anitratus, Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogens, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida, Proteus spp., Providencia spp. Da Serratia marcescens.
Alte organisme găsite în aceste biofilme sunt: Candida spp., Candida albicans, Candida tropicalis Da Mycobacterium chelonei.
În ceea ce privește funcționarea industriei, biofilmele generează obstrucții ale țevilor, deteriorarea echipamentelor, interferențe în procese, cum ar fi transferurile de căldură la acoperirea suprafețelor schimbătorilor sau coroziunea pieselor metalice..
Formarea filmelor în industria alimentară poate genera probleme operaționale și de sănătate publică semnificative.
Agenții patogeni asociați din biofilme pot contamina produsele alimentare cu bacterii patogene și pot provoca grave probleme de sănătate publică pentru consumatori.
Printre biofilmele de agenți patogeni asociați cu industria alimentară se numără:
Acest agent patogen folosește în stadiul inițial de formare a biofilmului, flageli și proteine de membrană. Formează biofilme pe suprafețele de oțel ale mașinilor de tăiat.
În industria produselor lactate, biofilmele de Listeria monocytogenes în laptele lichid și produsele derivate din lapte. Reziduurile lactate din țevi, rezervoare, recipiente și alte dispozitive favorizează dezvoltarea biofilmelor acestui agent patogen care le folosește ca nutrienți disponibili..
Biofilmele acestor bacterii pot fi găsite în instalațiile din industria alimentară, cum ar fi pardoselile, canalele de scurgere și pe suprafețele alimentelor, cum ar fi carnea, legumele și fructele, precum și în derivații cu conținut scăzut de acid al laptelui..
Pseudomonas aeruginosa secretă diferite substanțe extracelulare care sunt utilizate la formarea matricei polimerice a biofilmului, aderând la un număr mare de materiale anorganice, cum ar fi oțelul inoxidabil.
Pseudomonas poate coexista în cadrul biofilmului în asociere cu alte bacterii patogene precum Salmonella Da Listeria.
Specia de Salmonella sunt primul agent cauzal al zoonozelor de etiologie bacteriană și al focarelor de toxoinfecție alimentară.
Studiile științifice au arătat că Salmonella poate adera ca biofilme la suprafețele de beton, oțel și plastic din instalațiile de prelucrare a alimentelor.
Specia de Salmonella au structuri de suprafață cu proprietăți aderente. În plus, produce celuloză ca substanță extracelulară, care este componenta principală a matricei polimerice..
Folosește flageli și proteine de membrană în etapa inițială de formare a biofilmului. De asemenea, produce celuloză extracelulară pentru a genera rețeaua tridimensională a matricei din biofilm..
Biofilmele oferă protecție microorganismelor care le alcătuiesc, acțiunii dezinfectanților, germicidelor și antibioticelor. Mecanismele care permit această caracteristică sunt următoarele:
Nimeni nu a comentat acest articol încă.