biofilm.exposicion

5/23/2018 BIOFILM.exposicion

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BIOFILM

ALEX ESCOBAR

MARYURY ARBELAEZ BOTERO

JORGE RODRIGUEZ

FELIPE FIGUEROA GUZMAN

MONICA ORAMAS

LILIANA CARDENAS AMAYA


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Las biopelculas son organizaciones microbianas compuestas por microorganismos que se adhieren a las

superficies gracias a la secrecin de un exopolmero.Se forman espontneamente en presencia de

humedad y pueden vivir con mnimas trazas de nutrientes. Se adaptan a un medio adverso mientras lo

cambian a su alrededor y se le vuelven a adaptar, esta cualidad se basa en la activacin de diversos

grupos de genes. A partir de ellos sintetizan las protenas que necesitan para numerosas acciones.

Se fijan fuertemente a una superficie, contra la repulsin inicial, y la modifican mientras captan msnutrientes y nuevas bacterias con las que iniciaran ms cambios como por ejemplo, la sntesis delglicocalix, el polmero extracelular de tipo polisacrido que da estructura y proteccin a la comunidad.Estas conformaciones microbianas presentan caractersticas como heterogeneidad, diversidad de

microambientes, resistencia a antimicrobianos y capacidad de comunicacin intercelular que las

convierten en complejos difciles de erradicar de los ambientes donde se establecen. En el hombre las

biopelculas se asocian con un gran nmero de procesos infecciosos que por lo general son de

transcurso lento, ocasionando que su control sea dispendioso. El estudio de las biopelculas es un rea

excitante en continua evolucin; tienen repercusiones importantes para la humanidad las implicaciones

que presentan estas asociaciones en los diversos mbitos de la medicina y la industria.


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Ques unBiofilm?

El trmino biopelcula (biofilm) hace referencia a una serie de microorganismos que seencuentran agregados en un exopolmero compuesto de glicoclix (75%) y que seorganizan en forma de colonias adheridas a diferentes

Superficies, ya sean blandas, animadas e inanimadas2. El exopolmero que es producidopor los mismos microorganismos, forma una matriz adherente en donde estos quedanatrapados y comienzan a organizarse en colonias con diferentes requerimientos

metablicos.

Los biofilms se crean cuando las bacterias libre flotantes perciben una superficie, seadhieren a ella y, acontinuacin, elaboran seales qumicas para coordinardiferenciacin y formacin de estructura,incluyendo el desarrollo de una cubiertapolisacrida protectora.

Los grmenes pueden crear condiciones para formar biofilms casi en cualquier ambiente

lquido.La interfase slido-lquida entre una superficie y un medio acuoso (vgr: agua,sangre) proporciona unentorno ideal para la fijacin y crecimiento demicroorganismos. Por consiguiente, los biofilms

Son ubicuos en la Naturaleza y se encuentran prcticamente en todo cuerpo natural deagua en el mundo


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Cuadro 1

Adherencia

Heterogeneidad

Difererentes microambientes (pH,tensin O2 concentracin deiones,Carbono,nitrgeno)

Sistema circulatorio primitivo

Resistente a las defensas del hospedero,agentes antimicrobianos ydetergentes

Quorum sensing.

Caractersticas de las biopeliculas


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Productos bacterianos dentro de una biopelicula

1.Enzimas como colagenasas,fibrinolisinas que degradan epitelios

2.Liberacion de lipopolisacrido por grmenes Gram negativos

3.Produccin de leucotoxinas que lisan los leucocitos PMN

4.Proteasas que desdoblan IgG e IgA

5.Secrecin de desechos metablicos citotxicos como cido butrico y propinico.


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Dnde pueden existir biofilms?

- Ubicuos

- Zonas Biticas o Abiticas

- Ambientes habitados por formas de vida superiores

- Ambientes inhspitos

Ejemplos:


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Dnde pueden existir biofilms?

Ejemplos:

- Superficie interna de los floreros

- Interior de las tuberas

- Superficie de las

piedras de rios

- Placa dental

- Catteres

-
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Quienes conforman los Biofilm?

Arqueas, bacterias, levaduras, algas: todos los organismos unicelulares

ensayados. Diversos protozoos pueden pastar sobre biofilms microbianos. La

velocidad de formacin de biofilms, sin embargo, depende del microorganismo,

superficie, nutrientes, temperatura, y otras condiciones ambientales.

La capacidad de formar un biofilm no est restringida a ningn grupo especfico demicroorganismos y se considera que bajocondiciones ambientales

adecuadas todos losmicroorganismos son capacesde formar un biofilm


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Clulas de Staphylococcusaureusadheridas sobre acero inoxidable, antes ydespus de un cepillado con agua ydetergente. Imgenes de microscopa defuerza atmica (AFM). (Verran, 2008)


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De questcompuesto un biofilm?

- Masa de clulas: una o mltiples especies

- Agua: 97%

- Matriz: que lo rodea, compuesta por:

Exopolisacaridos

Protenas

Ac. Nucleicos

Productos de lalisis de bacterias


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La estructura de la matriz del biofilm no es slida y presenta canales

que permiten el flujo de:

- Agua- Nutrientes

- Oxigeno

Hasta las zonas mas profundas del biofilm...


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... Sin embargo esto no evita que se puedan encontrar diferentesambientes dentro de un biofilm...

Depende de :

- Concentracin de nutrientes

- pH

- Oxigeno


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QuFormas puede tener?

Un Biofilm puede tener diferentes formas dependiendo de las condiciones

ambientales donde fue formado:

- Propiedades superficiales

- Propiedades internas

- Nutrientes disponibles

- Tipo de bacterias que los conforman

- Hidrodinmica


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Etapas en la formacin de biofilm:

Acumulacin de pelculas de acondicionamiento

Deposicin o adsorcin de clulas planctnicas

Produccin de material extracelular adhesivo

Maduracin del biofilm (aumento de espesor, establecimiento

de

gradientes de oxgeno, nutrientes, pH, etc)

Atrapamiento y liberacin de clulas


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Formacin del Biofilm1. Adherencia:Durante la primera fase, el substrato tiene queser adecuado para la adsorcin reversible y,

finalmente,

la adhesin irreversible de la bacteria a la superficie. Las bacterias, una vez percibida una

superficie, proceden a formar una unin activa va apndices, como fimbrias, flagelos o pili.

Mediante

microscopa electrnica se ha descrito que las bacterias adheridas se encuentran conectadas ala

superficie por medio de finas fibrillas polimricas extracelulares. Las fimbrias, probablemente

luego de superar la barrera de repulsin electroesttica inicial que existe entre el germen y el

sustrato, contribuyen a la adhesin bacteriana.

La motilidad, otorgada por flagelos, ayudara a la bacteria a alcanzar la superficie en las etapasinicia les de la adhesin,

siendo su funcin principal vencer las fuerzas de repulsin ms que actuar

como adherente. Sin embargo, la motilidad no pareciera ser un requisito esencial, puesto quebacterias Gram positivas inmviles, como

estafilococos, estreptococos y micobacterias, tambin poseen la capacidad de formar biofilm. En


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Formacin del Biofilm

2. Divisin de los microorganismos

La bacteria comienza a dividirse y las clulas hijas se extiendenalrededor del sitio de unin formando microcolonias

Durante la segunda fase o de crecimiento, la bacteria, una vez adherida, comienza a dividirse ylas clulas hijas se extienden alrededor del sitio de unin, formando una microcolonia, similar al

proceso de formacin de colonias en placas de agar. A medida que las clulas se dividen y colonizanla superficie, las bacterias comienzan a elaborar un exopolisacrido que constituye la matriz delbiofilm, y ste comienza a desplegarse en una formacin tridimensional, generando estructurassimilares a setas.


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3. Formacin de la matriz:Las bacterias empiezan a secretar un exopolisacaridoqueconstituye la matriz del biofilm y forma canales La composicindel exopolisacrido es diferente para cada bacteria: alginato, en

P aeruginosa; celulosa, en S typhimurium; exopolisacrido ricoen glucosa y galactosa en V. cholerae; poli-Nacetil-glucosamina,en S aureus, etc. Adems, estudios recientes sealan que,incluso una misma bacteria, dependiendo de las condicionesambientales en las que se encuentre, puede producir diferentes

exopolisacridos
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4. Liberacin

- Finalmente, luego que el Biofilm ha alcanzado la madurez,algunas clulas, ya sea aisladamente o en conglomeradosbacterianos, se liberan de la matriz para poder colonizar nuevassuperficies, cerrando el proceso de formacin y desarrollo delbiofilm. El desprendimiento puede ser resultado de fuerzasexternas al biofilm o de procesos activos inducidos por ste

-Por medio de la produccinde enzimas que degradande forma especfica elexopolisacarido


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Ventajas para los microorganismos de la vida en biofilms

Supervivencia en nichos favorables, sin ser arrastrados de all

por el flujo de lquido

Condiciones ambientales ms estables

Mayor resistencia a la desecacin

Mayor resistencia a biocidas, anticuerpos y macrfagos

Comensalismo o cooperacin con organismos de aptitudes

fisiolgicas diferentes

La proximidad favorece la transferencia horizontal de genes


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Vivir en biofilms. Los atractivos de la vida sedentaria


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Cambios fenotpicos en las clulas del biofilm

Adaptacin a mayor densidad celular Prdida de motilidad

Produccin de polisacridos adhesivos

Adaptacin a diversos grados de anaerobiosis (multiples vas

metablicas)

Mayor resistencia a biocidas (distintos mecanismos)

Distintas modalidades de relaciones ecolgicas

De la mayor parte de los genes con expresin diferente en

biofilms no se conoce aun la funcin


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Diferencia en susceptibilidad a antibiticos

entre clulas planctnicas y en biofilms de bacterias Gram+

Concentraciones en

g/mL.


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Idem para Gram -


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La proteccin: Resistencia a los biocidasEl exopolmero protege a los habitantes del biofilm de la dispersin de sustancias nutritivas,del acceso de los biocidas y de la desecacin.

Los limpiadores qumicos mejoran la capacidad de arrastre de la suciedad por la propia agua.

All donde ella no puede, suspenden y disuelven los residuos alimentarios al reducir la tensin

superficial, por emulsin de las grasas y la peptizacin de las protenas. Pero an no sabemos

como los detergentes pueden eliminar el exopolmero asociado a los biofilms. Los fabricantes

de detergentes y desinfectantes an no tienen en cuenta la estructura glicoproteica quemantiene el biofilm enganchado a la superficie. Haran falta nuevas formulaciones para poder

disolver estas sustancias.

Se ha podido demostrar que las clulas del biofilm pueden resultar entre 10 y 1000 veces ms

resistentes que las clulas planctnicas correspondientes (Brown et en el., 1988; Stewart, 1996;

Mah & OToole, 2001). Los biofilms presentan resistencias a un gran nmero de antibiticos

de amplio espectro (ampicilina, estreptomicina, tetraciclinas, gentamicina...) y de biocidas

oxidantes del tipo del cloro, el iodo o el ozono. Esta caracterstica los hace muy difciles de

eliminar, incluso de controlar, en medicina y en la industria. Ha podido demostrarse la

implicacin del biofilm en la resistencia de las bacterias a los antibiticos. La terapia

antibitica usual elimina las bacterias en estado planctnico, pero no puede acceder a las del

biofilm. Por otra parte, en l se han detectado enzimas hidrolticos del tipo de la -lactamasa

(Widner et en el. 1990), que seran sintetizados en poca cantidad pero que se mantendran


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Resistencia aumentada a biocidas. Hipoclorito sdico. E. coli

Comparacin del efecto bactericida. A la izquierda, clulas planctnicas; a laderecha, biofilms

de 3 cepas de E. coli. En ordenadas, log10 CFU/cupn.


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Se forman preferentemente en lugares donde se limpia poco, nada, mal omuy de tarde en tarde: all tienen tiempo para crecer e incluso madurar.

L La matriz del biofilm es un gel cohesivo, a veces firme, difcil de

desprender.

Las clulas estn protegidas por la matriz frente a los agentes

antimicrobianos

y adems, al multiplicarse ms lentamente que las clulas planctnicas, son

menos vulnerables a ellos.

Los fragmentos de biofilm con clulas viables, al desprenderse pueden

dispersarse en lquidos y aerosoles.

Las gotculas de los aerosoles pueden mantenerse en suspensin incluso

horas; pueden depositarse sobre superficies en contacto con alimentos, o

sobre alimentos ya procesados. Aunque las clulas sean destrudas por los desinfectantes, la matriz puede

permanecer intacta o dejar residuos.

Los restos de matriz facilitan la fijacin de nuevas clulas y el desarrollo de

nuevos biofilms.

Por quexisten y persisten los biofilmsen las plantas de procesado de alimentos?


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Generalidades en la industria lactea

En la industria lctea es muy comn la presencia debioparticulas en conducciones, equipos y materiales ya que

pueden formarse en cualquier tipo de superficie, incluyendo

plstico, cristal, madera, metal y sobre los alimentos, adems

donde circula permanentemente el producto o en donde hay

posibilidad de acumular residuos de este.


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En la industria lctea y en otras industrias alimentarias, se emplean los

sistemas de ultrafiltracin y de osmosis inversa durante el fraccionamiento

de la leche y otros lquidos as como para la clarificacin de zumos de

frutas.

Estos filtros y membranas tienen unos poros de muy pequeo dimetro y

estn continuamente en contacto con el alimento; la ms mnima

adsorcin microbiana bloqueara los poros y provocara la colmatacin del

filtro. Esto producira una reduccin del flujo con las consiguientesprdidas de rendimiento y de producto (Piera Serra, 2003). Para la

prevencin de los riesgos y del coste de los daos que causan los biofilms

son necesarios procedimientos de limpieza y desinfeccin efectivos

(Silagyi, 2007).



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El dao de leche pasteurizada por bacterias Gram positivas y de esporas

termoresistentes es bien reco- nocido [32], su presencia se da por su

resistencia a tratamientos trmicos as como inadecuados mtodos delimpieza y desinfeccin de superficies. El incremento del transporte de

leche cruda refrigerada desde las fin- cas productoras hasta las fbricas se ha

incrementado en las ltimas dcadas, generndose problemas de

contaminacin con Bacillus cereus, el cual promueve alteraciones de las

protenas de la leche y lpidos por proteasas y lipasas, disminuyendo la vida

til de los productos [33]; se ha encontrando que las superficies de equipos

post-pasteurizacin, as como otros equipos implicados en la cadena lctea

son reservorios de este microorganismo



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Con respecto a los problemas generados en las diferentes operaciones del procesamiento

lcteo, la formacin de depsitos en intercambiadores de calor, es un proble- ma que causa la

reduccin de la eficiencia y el aumento de la cada de presin, afectando la economa de las

plantas de procesamiento. Como resultado de la formacin de estos depsitos existe la

posibilidad del deterioro en la calidad del producto por que el fluido no se pude calentar a la

temperatura requerida y a que los depsitos desalojados por el flujo del fluido pueden causar

contaminacin. Al ser la leche un fluido biolgico complejo, las respuestas trmicas de susconstituyentes difieren uno del otro, pudindose clasificar los depsitos en dos tipos. El tipo A,

corresponde a protena y se llevan a cabo a temperaturas entre 75 -110C. Estos depsitos son

blancos, suaves y esponjosos y su composicin es de 50- 70% de protenas, 30-40% de

minerales y 4-8% de grasa. Los depsitos tipo B, corresponden a minerales y se presentan a

temperaturas superiores a 110C. Los depsitos son duros de color gris, y su composicin es

de 70-80% deminerales,15-20% de protenas y 4-8% de grasa [32]. La formacin de estosdepsitos promueve la adhesin de microorganismos a la superficie de la transferencia de

calor, formndose una bioincrustacin. La presencia de microorganismos en el flujo del

proceso y/o en la capa de depsitos no solo afecta la calidad del producto, sino que tambin

tiene influencia en el proceso.

Entre los mecanismos de remocin de estas biopelculas se pueden usar, el ozono, el agua

electrolizada y el lavado hidrulico, entre otros.



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Recursos bsicos contra biofilms en la industria alimentaria

1. Diseo de equipos e instalacin global fcilmente accesibles para la limpieza.

2. Mantener las superficies pulidas; evitar abrasin, corrosin, empalmes con holgura,

huecos o resquicios, perforaciones o soldaduras poco alisadas.

3. Reponer frecuentemente piezas de materiales agrietables o fcilmente daados.

4. Minimizar durante la produccin las salpicaduras, manchas, charcos, superficies

humedecidas con condensados y restos de lquidos en codos de conducciones.

5. Identificar en la planta los sitios mas favorables para el desarrollo de biofims.

6. Desmontarpara limpiar lo que tenga resquicios no accesibles.

7. Evitar pelculas de acondicionamientopor limpieza insuficiente.

8. Eliminar mecnica- o qumicamente la matriz de los biofilms.

9. Controlar durante la limpieza los aerosoles, que transportan restos de biofilm.

10. Adoptar frecuencias de limpieza que eviten llegar a tener biofilms maduros.


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Infecciones sociadas a Biofilm

Caries dental

Periodonditis

Otitis Media

OsteomielitisLentes de contacto

Cistitis por catteres urinarios

DIU

Vlvulas mecnicas del corazn

Injertos vascularesDispositivos ortopdicos


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GRACIAS!!

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