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La mayoría de las bacterias viven asociadas, formando complejas estructuras llamadas biopelículas (biofilms en inglés) que poseen una morfología similar a los de esta imagen.
Estas estructuras sólidas están formadas por una parte importante de la población bacteriana, recubiertasde material biológico que ellas mismas sintetizan. Otra parte de la población sigue en vida libre, y puede formar nuevas biopelículas en otros lugares.
¿Qué aspecto tienen las biopelículas y donde se forman? El aspecto varía mucho según la superficie que colonicen, un ejemplo muy ilustrativo lo constituye el sarro dental, esa película blanquecina que se deposita entre los dientes, o sobre la unión encía-diente. Dicha masa está formada por millones de bacterias que residen habitualmente en nuestra boca. Esas masas se repite en miles de lugares de la naturaleza, aunque con la coloración que posee cada grupo de organismos: sobre piedras, en fondos lacustres o marinos, en el interior de nuestro intestino, sobre vigas de hierro, sobre madera de árboles muertos…. Las bacterias también pueden formar biopelículas en catéteres y prótesis ortopédicas o en válvulas cardíacas, convirtiéndose en esos casos en un peligro para la salud de quienes los poseen.
¿Para qué les sirven las biopelículas a las bacterias? Constituyen un estupendo mecanismo de defensa. Los depredadores (ya sean protozoos, o células de nuestro sistema inmune) tienen el acceso limitado a las bacterias que lo forman. Además, los tóxicos difunden mal en estas estructuras, por lo que son una buena barrera frente a los antibióticos y otros fármacos.
En el siguiente vídeo se explica la importancia de las biopelículas bacterianas sobre nuestra salud. Además de las explicaciones por parte de los especialistas, a partir del minuto 4:00 del vídeo se presenta una animación que muestra como se produce una biopelícula y el aspecto que tiene una vez formado:
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Las bacterias derivaron del ancestro universal de los seres vivos hace más de 3.000 millones de años. Desde entonces se han adaptado a todas las variantes circunstancias, se han transformado y, sin duda, sobrevivirán al último hombre y serán los últimos testigos de la extinción de la vida sobre la Tierra. Una de sus estrategias de supervivencia más valiosa ha sido, precisamente, la de su agrupamiento en forma de biofilmes o biocapas. Las implicaciones biosanitarias de esta realidad son de gran magnitud, porque ese fenómeno les hace adquirir tal resistencia que se hace muy difícil luchar contra las infecciones causadas por estos biofilmes. Ello se debe a que la población bacteriana produce una capa de sustancias, exopolisacáridos, que recubren la biopelícula y la hacen impermeable a la acción de los antibióticos. BIOFILME Algunos lectores pensarán que los biofilmes sólo se encuentran en ambientes muy reducidos, sin llamar demasiado la atención. Sería erróneo. Están en todos lados y, posiblemente, hasta en las cocinas de nuestros hogares. La gran mayoría de todas las bacterias de nuestro planeta viven en forma de biopelícula donde las bacterias viven en comunidad, en forma sinérgicamente integrada. El ejemplo más cercano es el de la placa dental, y varias veces al día nos esforzamos en combatir el biofilme de bacterias que recubre nuestros dientes para evitar que el desarrollo excesivo de los microorganismos que deteriore nuestro esmalte dental. Pero también son biopelículas el material mucoso que recubre internamente un recipiente en el que hemos tenido depositadas flores, o el material mucoso que cubre vidrios y vasos mal lavados después de unas horas, o la sustancia resbaladiza que recubre las piedras de los lechos de los ríos, los cascos de los barcos o las superficies interiores de una tubería, incluidas las de las redes suministradoras de agua (caso de la legionela en aguas no tratadas adecuadamente), etc. Y la formación de biopelículas no se restringe a ningún grupo específico de microorganismos sino que bajo condiciones ambientales adecuadas todos los microorganismos pueden formarlas. Los biofilmes se producen siempre que haya una superficie en contacto con el agua. Aunque la composición del biofilme es variable, en general, el agua puede representar hasta un 97% del total de su contenido. Además de agua y de las células bacterianas, la matriz del biofilme es un complejo
formado principalmente por exopolisacáridos y, en menor cantidad, otras macromoléculas como proteínas, ADN y diversos productos procedentes de la lisis de las bacterias. En los primeros trabajos que se hicieron sobre la estructura del biofilme, una de las cuestiones más desconocidas era cómo las bacterias del interior del biofilme podían tener acceso a los nutrientes o al oxígeno. Hoy sabemos que la arquitectura de la matriz de la biocapa no es sólida sino moldeable y que presenta poros o canales que facilitan el paso de agua, nutrientes y oxígeno incluso hasta las zonas más profundas del biofilme. La existencia de estos canales no es obstáculo para que en el interior de la estructura se presenten zonas con ambientes distintos, en los que la concentración de nutrientes, pH u oxígeno es diferente. Todo ello se traduce en una mayor diversidad de especies, mayor diversidad metabólica y fisiológica y aumento de la complejidad estructural, consiguiendo la población bacteriana ventajas tales como: protección frente a tóxicos y biocidas, metabolismo más activo, mayor crecimiento, facilitar el intercambio de material genético entre los individuos, mejor intercambio de metabolitos y, sobre todo, una adaptación adecuada al ambiente externo, por duro que éste sea: temperatura, pH, iones, sustancias nocivas, etc.. PELIGROS Cuando se produce una infección bacteriana y las bacterias se agrupan como biofilmes su resistencia aumenta. Unos ejemplos: en modelos experimentales de sinusitis provocada en conejos por Pseudomonas aeruginosa, el antibiótico tobromicina, a dosis 5 veces superior a las usadas normalmente, resulta ineficaz; en cuanto al Staphylococcus aureus, suele habitar la piel y ser inocuo, pero si pasa a la situación de biofilme produce toxinas peligrosas por lo que, anualmente, mueren en el mundo algunos centenares de miles de personas por contaminaciones ocurridas durante intervenciones quirúrgicas que facilitan la infección de los órganos internos de los pacientes. En cuanto a nuestra cavidad bucal los comportamientos de los correspondientes biofilmes son más complejos ya que en nuestra boca suelen existir más de 700 organismos diferentes. En el pasado el protagonismo bacteriano (difteria, tuberculosis, cólera, tosferina) lo tuvieron las bacterias patógenas especializadas, contra las que luchamos eficazmente con antibióticos y vacunas. En la actualidad, el protagonismo está siendo usurpado por bacterias ubicuas, capaces de producir infecciones de tipo crónico, que responden pobremente a los tratamientos antibióticos y no pueden prevenirse mediante inmunización. Ejemplos de estas infecciones son las relacionadas con los implantes médicos y otras infecciones crónicas como otitis media, neumonía en pacientes con fibrosis quística, infecciones urinarias crónicas, infecciones de próstata y osteomielitis, en las que las bacterias, en forma de biofilme, se hacen hasta 1000 veces más resistentes a la acción de los anticuerpos, al ataque de las células fagocíticas y a los tratamientos antimicrobianos. ESPERANZAS Ante la nueva situación la ciencia ha de producir las respuestas adecuadas y ya comienzan a conocerse datos importantes sobre la fisiología de los biofilmes y la compleja cascada de reguladores que gobiernan su desarrollo, lo que ayudará en el futuro a encontrar inhibidores del proceso al estilo de las ciertas prometedoras sustancias naturales ya estudiadas conocidas como furanonas que ya se ha sabido sintetizar en el laboratorio. O a conocer mejor las sustancias que producen las bacterias cuando “sienten” la proximidad de otras, a fin de favorecer los biofilmes. Muchas preguntas aun quedan en el aire. ¿Cuánto hay de similitud y de diferencias entre los diferentes biofilmes? ¿Expresan los mismos conjuntos de genes las bacterias cuando están en los biofilmes que cuando se cultivan aisladamente, planktónicamente?. Las modernas técnicas de Biología molecular están comenzando a adentrarse en este crucial problema cuyo conocimiento es básico para disponer de armas eficaces en el futuro y se empiezan a poseer conocimientos sobre nuevas señales celulares y nuevas familias de genes relacionados con el proceso. ¿Y qué hacer en nuestros hogares, en nuestras cocinas?. Para asegurar la eliminación de biofilmes es recomendable el uso de productos de limpieza con una buena capacidad de disolución. Esta limpieza adecuada debe incluir un frotado intenso, ya que la mezcla de un buen producto junto con el movimiento mecánico y la presión, aceleran la solubilización del biofilme.
Las bacterias crecen bien en forma planctónica o como biopelículas, las cuales se unen a superficies inertes o biológicas. Ambas formas de crecimiento resultan muy relevantes en la naturaleza y despiertan un enorme interés científico.
En las biopelículas, la vida en comunidad ofrece numerosas ventajas. La proximidad física favorece las interacciones entre las células, la transferencia de material genético o de productos metabólicos, una mayor tolerancia a los antimicrobianos, un mayor amparo ante cambios del entorno y protección frente al sistema inmunitario de un huésped infectado o frente a depredadores.
Sin embargo, el intercambio de bacterias entre ambos estados, como seres solitarios en suspensión o como colonias que forman biopelículas, apenas se ha explorado. Un estudio ha descubierto ahora una subpoblación de bacilos planctónicos que son propulsados por flagelos para introducirse en una biopelícula. Los bacilos crean poros transitorios que aumentan la transferencia de macromoléculas en la biopelícula. La exposición de esta a las bacterias planctónicas puede mejorar el funcionamiento de la biopelícula al aumentar el flujo de nutrientes en la matriz. Pero también puede ejercer el efecto contrario: los bacilos planctónicos pueden exacerbar la destrucción de la colonia bacteriana al facilitar la entrada de sustancias tóxicas del entorno.
De este modo, se ha comprobado que las biopelículas que forma Staphylococcus aureus (una bacteria que provoca diversas infecciones y ocasiona problemas en hospitales e industrias) pueden ser atravesadas por ciertos bacilos, que facilitan así la entrada de fármacos antimicrobianos y ayudan a combatir la infección. ......
Biopelícula
Biopelícula de Staphylococcus aureus en un catéter permanente Una biopelícula o biofilm es un ecosistema microbiano organizado, conformado por uno o varios microorganismos asociados a una superficie viva o inerte, con características funcionales y estructuras complejas. Este tipo de conformación microbiana ocurre cuando las células planctónicas se adhieren a una superficie o sustrato, formando una comunidad, que se caracteriza por la excreción de una matriz extracelular adhesiva protectora. Una biopelícula puede contener aproximadamente un 15% de células y un 85% de matriz extracelular. Esta matriz generalmente está formada de exopolisacáridos, que forman canales por donde circulan agua, enzimas, nutrientes, y residuos. Allí las células establecen relaciones y dependencias: viven, cooperan y se comunican a través de señales químicas (percepción de quórum), que regulan la expresión de genes de manera diferente en las distintas partes de la comunidad, como un tejido en un organismo multicelular. Para adaptarse a la biopelícula, las bacterias hacen cambios importantes en su estructura y metabolismo. Los avances en proteómica y genómica han permitido identificar genes y proteínas que se encienden y se apagan a través de las diferentes etapas de desarrollo de la comunidad. La expresión génica de las biopelículas es bastante distinta a la de las células planctónicas ya que los requerimientos y organizaciones son muy diferentes y es necesaria una sincronización de eventos para vivir en comunidad; bastantes estudios han tratado de dilucidar cuales son los cambios y las ventajas de este tipo de organización respecto a la vida planctónica. Ya que crecen en cualquier superficie en donde se adhieren, las biopelículas están asociadas a la naturaleza crónica de infecciones como las que se presentan en los pulmones de pacientes con fibrosis quística, se ha encontrado que más del 60% de las infecciones bacterianas, son causadas por biopelículas. Por este motivo, han sido ampliamente estudiadas y se consideran
una amenaza clínica contundente ya que son capaces de crecer en catéteres e implementos médicos y quirúrgicos. Índice [ocultar] 1 Células persistentes 2 Etapas del crecimiento 3 Factores involucrados en formación de biopelículas 4 Biopelículas en la génesis de formaciones minerales 5 Referencias 6 Véase también Células persistentes[editar · editar código]
Algunos estudios han demostrado que en la etapa de dispersión, en donde las células vuelven al estado planctónico, la población celular muestra de nuevo susceptibilidad antibiótica. Esto sugiere que la resistencia adquirida en el proceso de formación de biopelículas no se obtiene por medio de mutaciones o elementos genéticos móviles, sino que involucra una adaptación metabólica o físico-química. Un factor importante es que estas biopelículas no crecen en condiciones con altas concentraciones de antibióticos, lo cual sugiere que la biopelícula no presenta una generalizada resistencia antibiótica. Estudios señalan que posiblemente existe una subpoblación dentro de la biopelícula que forma un único y altamente protegido estado fenotípicos. Esta población recibe el nombre de “persister cells” o células persistentes al insulto antibióticos. Experimentos llevados a cabo por Lewis (2004), han comparado poblaciones en estado logarítmico, estacionario y en biopelícula. Como resultado encontraron que en la fase estacionaria, hay más producción de células persistentes, contrario a lo que se hubiera pensado, debido a la alta resistencia que presentan las biopelículas. Estos resultados han llevado a la conclusión que, dado que durante la fase estacionaria no hay crecimiento, la formación de células persistentes, es de hecho, dependiente del estado de crecimiento; en estado logarítmico, se presenta poca o nula formación de células persistentes. Se presume que esta dependencia del estado de crecimiento, es un fenómeno denominado quorum sensing. Etapas del crecimiento[editar · editar código]
Las cinco etapas del desarrollo de biopelículas. Cada etapa del diagrama está asociada a una microfotografía del desarrollo de una biopelícula de P. aeruginosa (todas las fotografías a la misma escala. Se han propuesto 5 etapas para la formación de biopelículas. En la primera y segunda etapa, las células planctónicas presentan una asociación leve y débil al sustrato seguida por una fuerte adhesión. La tercera y cuarta etapa se caracteriza por la agregación celular en microcolonias seguido por la maduración de la biopelícula. En la quinta y última etapa, las células que conforman la biopelícula se desprenden de la colonia y retornan a la vida planctónica transitoriamente y se dispersan. Factores involucrados en formación de biopelículas[editar · editar código]
El circuito quorum sensing coordina una gran variedad de funciones fisiológicas, entre estas, interviene en la inducción y formación de biopelículas maduras. Por ejemplo en Vibrio cholerae, a bajas densidades celulares, para una adecuada formación de biopelícula, es necesario el movimiento de pilis ó flagelos, así como la biosíntesis y expresión de exopolisacáridos. También se ha demostrado que FosfoLuxO y HapR funcionan para activar vps, el cual también es requerido para la formación de biopelículas. Biopelículas en la génesis de formaciones minerales[editar · editar código]
El origen puramente mineral de los oolitos ha sido objeto de debate. Los oolitos suelen poseer un microbiofilm bacteriano en su superficie que podría ayudar a la precipitación del carbonato, si es así se trataría de una sedimentación inducida (por oposición a la sedimentación controlada) semejante a la de los estromatolitos, pero a diferencia de éstos sobre una estructura no fijada al terreno.
