Biofilms Bacterianos: su papel en la etiopatogenia de las enfermedades bacterianas

Introducción

Las bacterias existen en la Naturaleza bajo dos formas o
estados: bacterias planctónicas, de libre flotación
y bacterias que forman Biofilm, que son aquellas que cuando se
enfrentan a una superficie, se adhieren a ella y a
continuación, elaboran señales químicas para
coordinar dichas comunidades ( 1 ).

En la actualidad se conoce que los Biofilms son
comunidades complejas de microorganismos adjuntos a las
superficies o asociados a las interfaces. Se conoce en la
actualidad que la mayoría de las bacterias encontradas en
estado natural, muestras clínicas, superficies
industriales son capaces de persistir en asociación con
las superficies (1)

Estas comunidades microbianas están a menudo
compuestas de múltiples especies que interactúan
entre sí y con su medio ambiente, la arquitectura de un
Biofilm en particular, la disposición espacial de las
microcolonias (grupos de células) en relación con
otras, tiene profundas implicaciones para la función de
estas complejas comunidades ( 2)

Se han desarrollado nuevas metodologías y
enfoques experimentales con el fin de explorar las interacciones
metabólicas, grupos filogenéticos, y la competencia
entre los miembros de la película. Para complementar la
ecología del biofilm, los organismos han sido estudiados
utilizando métodos de genética molecular, a fin de
identificar los genes necesarios para el desarrollo de
biopelículas y dilucidar las vías de
regulación que controlan la transición del plancton
a la comunidad microbiana (1).

Los avances en el campo de la investigación de
los Biofilms, ha dado lugar a interesantes avances en el
desarrollo de nuevas tecnologías para el estudio de estas
comunidades.

A pesar de que la forma tradicional de cultivo de
bacterias en medio líquido ha sido un instrumento en el
estudio de la patogénesis microbiana , ha sido
esclarecedor el estudio de estas comunidades en cuanto a algunas
facetas de la fisiología microbiana. Raramente existen en
la naturaleza como cultivos puros, de ahí la importancia
conferida cada vez más a dichas estructuras en las
patogenias de enfermedades bacterianas , de ahí el
objetivo de nuestra reseña , brindar detalles de la
formación de estas estructuras y el impacto de dichas
comunidades en la patogenias de enfermedades bacterianas
.

Definición
y antecedentes

La definición de un Biofilm bacteriano
señala que es "una comunidad microbiana sésil,
caracterizada por células que están adheridas
irreversiblemente a un substrato o interfase, o unas con otras,
encerradas en una matriz de sustancias poliméricas
extracelulares que ellas han producido, y exhiben un fenotipo
alterado en relación con la tasa de crecimiento y
transcripción génica.( 2)

Van Leeuwenhoek, fue el primero en describir, en el
siglo XVII, la presencia de microorganismos adheridos a
superficies dentales, a raíz de lo cual se le reconoce
como el descubridor de los biofilms bacterianos (3)

En los años "70, Characklis (3) procedió a
estudiar la presencia de grupos microbianos en sistemas de aguas
industriales logrando demostrar su tenacidad y resistencia a
diferentes desinfectantes, entre ellos, el cloro.

No fue hasta el advenimiento del microscopio
electrónico que se pudo lograr un examen detallado de
estas estructuras.

La observación directa de la mayoría de
los hábitats naturales de los microbios ha demostrado que
los mismos persisten adheridos a superficies estructurados en un
ecosistema y no como organismos libres. Estas matrices de Biofilm
tienen funciones como Consorcios cooperativos relativamente
complejos y coordinados aunque la mayoría de los
microorganismos pueden tener una existencia planctónica,
con un estilo de vida independiente en los cuales sus funciones
forman parte integral de una comunidad ( 2)

Recientemente, dos grandes avances han incrementado
sustancialmente la comprensión de los biofilms , el
microscopio láser confocal y la investigación de
los genes involucrados en la adhesión celular y la
formación de biofilm ( 3)

Composición y
arquitectura

Los biofilms están estructurados principalmente
por grandes colonias de bacterias incrustadas en una matriz
polimérica extracelular o glicocálix. Las
células bacterianas, que componen el 15%-20% del volumen,
no se dividen al interior de los biofilms, lo cual podría
atribuirse al hecho de adoptar un fenotipo alterado, diferente al
de las mismas bacterias en estado de libre flotación (4 )
.

Aunque la composición del biofilm es variable en
función del sistema en estudio, en general, su componente
mayoritario es el agua, que puede representar hasta un 97% del
contenido total. (5)

Además de agua y de las células
bacterianas, la matriz del biofilm es un complejo formado
principalmente por exopolisacáridos. En menor cantidad se
encuentran otras macromoléculas como proteínas, DNA
y productos diversos procedentes de la lisis de las bacterias
(1)

En los primeros trabajos sobre la estructura del
biofilm, una de las cuestiones que surgía con mayor
reiteración era cómo las bacterias del interior del
biofilm podían tener acceso a los nutrientes o al
oxígeno. Estudios realizados utilizando microscopía
confocal han mostrado que la arquitectura de la matriz del
biofilm no es sólida y presenta canales que permiten el
flujo de agua, nutrientes y oxígeno incluso hasta las
zonas más profundas del biofilm. La existencia de estos
canales no evita sin embargo, que dentro del biofilm podamos
encontrarnos con ambientes diferentes en los que la
concentración de nutrientes, pH u oxígeno es
diferente. Estas circunstancias aumenta la heterogeneidad sobre
el estado fisiológico en el que se encuentra la bacteria
dentro del biofilm y dificulta su estudio.

Con el fin de sobrevivir y proliferar en consorcios
complejos, las bacterias se enfrentan a cambios dinámicos
en el perfil de nutrientes, ya sea debido a los cambios
ambientales o por el metabolismo y la migración de otras
poblaciones. La tasa de éxito de una población
determinada en un Biofilm multiespecie depende en gran medida el
comportamiento de los los participantes (Moons et al
2009)

Etapas en el
ciclo vital

La biología de los biofilms se centra en su ciclo
vital e interacciones con el medio ambiente. Este ciclo es un
proceso dinámico que puede ser dividido en 3 partes:
adhesión, crecimiento y separación o
desprendimiento (5).

La etapa inicial del proceso de formación del
biofilm es la adherencia sobre la superficie, la misma tiene
particularidades en dependencia del tipo de Bacterias
:

– Bacterias gram – se ha visto que los flagelos,
las fimbrias de tipo I, IV y los curli son importantes para la
etapa de adherencia primaria. La motilidad parece que ayuda a la
bacteria a alcanzar la superficie y contrarrestar las repulsiones
hidrofóbicas

– Bacterias gram + el caso de las bacterias Gram
positivas se ha descrito la participación de
proteínas de superficie (AtlE, Bap, Esp) en esta primera
etapa de adherencia primaria. Una vez que la bacteria se ha
adherido a la superficie, comienza a dividirse y las
células hijas se extienden alrededor del sitio de
unión, formando una microcolonia similar a como ocurre
durante el proceso de formación de colonias en placas de
agar. 

Se ha descrito además que la adhesión de
bacterias a una superficie ocurrirá más
fácilmente en aquéllas más ásperas,
más hidrofóbicas, y recubiertas por "films
condicionantes". Se ha descrito que la colonización
microbiana parece incrementar a medida que aumenta la aspereza de
la superficie.

En una etapa posterior la bacteria comienza a secretar
un exopolisacárido que constituye la matriz del biofilm y
forma unas estructuras similares a setas (mushrooms)
entre las cuales se observa la presencia de canales ( 5)
.

La composición del exopolisacárido es
diferente en cada bacteria y varía desde alginato en
P. aeruginosa, celulosa en S. typhimurium, un
exopolisacárido rico en glucosa y galactosa en V.
cholerae, poly-N-acetilglucosamina en S. aureus,
(1)

Estudios recientes ponen de manifiesto que incluso una
misma bacteria, dependiendo de las condiciones ambientales en las
que se encuentre, puede producir distintos
exopolisacáridos como componentes de la matriz del
biofilm. Así, algunas cepas de P. aeruginosa son
capaces de producir además de alginato un
polisacárido rico en glucosa que forma una película
en la interfase medio aire al que se ha denominado
"Pellican".

Etapa final: Las bacterias de la matriz del
biofilm se liberan del mismo para poder colonizar nuevas
superficies cerrando el proceso de desarrollo de formación
del biofilm.

La liberación de las bacterias desde el biofilm
es el proceso que menos se conoce.

En el caso de Staphylococcus aureus se ha
descrito un proceso de variación de fase producido por la
inserción reversible de un elemento de inserción
(IS256) en el interior del operón (icaADBC) responsable de
la síntesis del exopolisacárido del
biofilm.

Otra alternativa descrita en S. aureus consiste
en la obtención de variantes deficientes en la
formación del biofilm debido a la eliminación de
una isla de patogenicidad que contiene elementos esenciales para
el proceso de formación del biofilm

En Actinobacillus actinomicetecomitans se ha
descrito una actividad enzimática, denominada dispersina
que degradan de forma específica el exopolisacárido
de la matriz del biofilm. La presencia en distintos genomas de
hipotéticas proteínas (endoglucanasas), que
podrían ser responsables de una función similar,
sugiere que la degradación controlada del
exopolisacárido puede representar un mecanismo controlado
de liberación de bacterias del biofilm

Los tres principales mecanismos para generar el
desprendimiento serían:

– Erosión o deslizamiento, remoción
continua de pequeñas partes del biofilm.

– Separación: remoción rápida y
masiva.

– Abrasión: liberación por colisión
de partículas del líquido circundante con el
biofilm.

La separación es menos frecuente que la
erosión, y se piensa derivaría de depleción
de nutrientes u oxígeno al interior del biofilm.
(5)

Regulación
del proceso de formación del Biofilm

En los últimos años se ha llegado a nuevos
conocimientos acerca de la genética de la
señalización célula-a-célula y
translocación coordinada de genes responsables de factores
de defensa y virulencia (5)

Algunas evidencias experimentales sugieren que el
proceso de formación del biofilm esta regulado por una
compleja cascada de reguladores (1)

Las bacterias en las biopelículas se comunican
por medio de moléculas, que activa ciertos genes
responsables de la producción de factores de virulencia y,
en cierta medida la estructura del biofilm. Este fenómeno
se conoce como la detección de quórum y depende de
la concentración de las moléculas de la
detección de quórum en un nicho determinado, que
depende del número de las bacterias

Un trabajo P. aeruginosa demostró que el
proceso de formación del biofilm está regulado por
un proceso de quorum sensing o autoinducción(es
un mecanismo de regulación dependiente de la
acumulación en el medio ambiente de una molécula
señal, autoinductor, que permite a la bacteria sentir la
densidad de población existente) El proceso quorum-sensing
funciona debido a que cada bacteria que se une a una superficie
produce una molécula señal "yo estoy aquí",
de manera tal que mientras más bacterias se unen, se
incrementa la concentración local de esta señal
(1).

Bacterias Gram negativas el principal autoinductor es
acilhomoserina lactona

Bacterias Gram positivas el autoinductor son
péptidos.

Intercambio
génico

En los últimos años diversos grupos de
investigadores han orientado sus esfuerzos para identificar tanto
los genes responsables de la transición
biofilm/planctónica, al igual que aquellos que
están expresados únicamente en biofilms y que son
indispensables para mantener su particular estructura. Las
bacterias- biofilms poseen una expresión génica
diferente respecto a sus contrapartes planctónicas,
originando bacterias fenotípicamente distintas respecto a
aquéllas. Se ha encontrado que hasta el 30% de los genes
(1).puede expresarse de manera diferente en la misma bacteria
desarrollada en condiciones planctónicas o en un biofilm
(5).

En el medio ambiente de los biofilms se intercambia
material genético tal como plásmidos (ácido
desoxirribonucleico extracromosómico), enzimas y otras
moléculas (3-5).

Estudios recientes postulan que la matriz de biofilms de
P aeruginosa contienen ácido desoxirribonucleico
como constituyente principal. Estos estudios, combinados con
otros que muestran una tasa de transferencia génica,
mediada por plásmidos, enormemente incrementada entre
bacterias biofilms, sugieren que la redistribución de
genes entre éstas es un proceso continuo con importantes
consecuencias en su adaptación evolutiva

Se ha planteado que cepas bacterianas de importancia
clínica portadoras de plásmidos se desarrollan en
biofilms más fácilmente (6)

Se han descrito tres elementos que intervienen de forma
decisiva en el proceso de formación del biofilm de
géneros bacterianos muy diversos. Estos elementos son la
familia de proteínas Bap, la familia de proteínas
GGDEF y el polisacárido celulosa (1)

La familia de proteínas Bap (Biofilm associated
protein), "incluye un grupo de proteínas de superficie
caracterizadas por su gran tamaño, por tener un elevado y
variable número de repeticiones, por estar frecuentemente
asociados a elementos móviles y por participar en la
interacción intercelular entre bacterias, así como
en la interacción entre la bacteria y el
hospedador".

La superfamilia de proteínas GGDEF, "agrupa a
más de 2.200 proteínas a las que se atribuye una
actividad diguanilato ciclasa/fosfodiesterasa responsables de la
síntesis/degradación de c-di-GMP. El c-di-GMP fue
inicialmente descrito como un activador alostérico de la
celulosa sintetasa, estudios recientes indican que se trata de un
transmisor secundario de señal que entre otras funciones,
regula la síntesis de exopolisacáridos en
bacterias".

Polisacárido celulosa, "cuya síntesis se
había observado en algunas bacterias como Rhizobium,
Gluconacetobacter y Agrobacterium, se ha visto que
constituye el exopolisacárido mayoritarío de la
matriz del biofilm de diversas especies bacterianas.

Participación de los Biofilms en
procesos infecciosos

Las enfermedades infecciosas humanas durante el siglo
pasado eran causadas por bacterias dotadas de mecanismos
patogénicos específicos: difteria, tuberculosis,
cólera, coqueluche, etc. Los antibióticos y vacunas
desarrollados para estos gérmenes lograron una notable
eficacia en su control. (5). Sin embargo , estas bacterias han
sido desplazadas por microorganismos ubicuos, capaces de producir
infecciones que responden pobremente a los tratamientos
antibióticos y no pueden prevenirse mediante
inmunización. , lo que sugiere que las mismas crecen en
comunidades que se adhieren a diferentes superficies aumentando
su resistencia. Dentro de las infecciones que afectan al hombre
donde están involucrados los Biofilms se encuentran
endocarditis de válvulas nativas, otitis media,
prostatitis, entre otras entidades : Sobre implantes
médicos los biofilms pueden estar compuestos por bacterias
Gram positivas, Gram negativas o levaduras según se ha
reportado (5) . Estos microorganismos pueden proceder de la piel
del propio paciente, del personal sanitario o del ambiente.
Existen diferentes factores que influyen en la formación
de un Biofilm, una vez que se produce la contaminación
bacteriana estos microorganismos deben adherirse a la superficie
del implante el tiempo suficiente para que la adherencia sea
irreversible. ( 5) Esta adherencia depende del flujo de
líquido al que está sometido el implante, del
número de bacterias que se adhieren y de las
características físico-químicas del
implante. Una vez que la bacteria se ha adherido a la superficie
del implante y ha formado el biofilm, este actúa como una
fuente de infección sobre todo en pacientes
inmunocomprometidos.

Existen numerosas evidencias epidemiológicas que
relacionan los biofilms con distintos procesos infecciosos
(5):

1. Colonización de sustratos por bacterias
adhesivas formadoras de biofilm.

2. Presencia de un biomaterial, tejido dañado, o
sustrato de tejido relativamente acelular.

3. Iniciación de infección por
pequeños inóculos bacterianos

4. Resistencia mediada por el biofilm bacteriano a los
mecanismos de defensa del huésped y a la terapia
antibiótica.

5. Infecciones causadas con mucha frecuencia por
Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis y
Pseudomonas aeruginosa.

6. Infecciones persistentes por resistencia al
tratamiento antimicrobiano.

7. Presencia de inflamación, tejido celular
dañado, y necrosis en la interfase tejido-implante (zona
fibroinflamatoria, inmunoincompetente) generado por
partículas debridadas del biomaterial.

8. Alteración de la respuesta mediada por
células y posiblemente humoral del huésped por la
presencia del biomaterial y bacterias.

En medicina humana diversas publicaciones recientes
señalan que, por lo menos, el 65% de todos los procesos
infecciosos bacterianos humanos podrían involucrar
biofilms (7)

En los últimos 10 años, debido a su
prevalencia abrumadora, los biofilms han sido reconocidos
progresivamente como factores importantes en la patogenia de
muchas infecciones humanas persistentes, incluyendo placa dental,
caries, infección periodontal, neumonía por
Pseudomona en fibrosis quística, cistitis
crónica, endocarditis bacteriana, osteomielitis, y
prostatitis crónica.

También se ha demostrado que una variedad de
dispositivos médicos pueden portar biofilms, provocando
infecciones asociadas, destacando la sepsis por catéteres
endovenosos y arteriales. Además se han descrito en
catéteres urinarios, y lentes de contacto.( 10)

Constituyen, también, un problema serio en
válvulas cardíacas artificiales, marcapasos y
prótesis ortopédicas las cuales, una vez
infectadas, generan Infecciones excepcionalmente difíciles
de resolver mediante antibióticos.

Se han reportado además la presencia de Biofilms
en hongos como candidiasis (8) y Aspergillus fumigatus
(9), los cuales pudieran estar relacionados con la etiopatogenia
de las enfermedades que producen.

Biofilms en
enfermedades veterinarias

Los biofilms pueden estar presentes en superficies
biológicas y por tanto pueden estar directamente
implicados en la salud animal, ejemplo de estas pueden ser:
heridas granulomatosas ,tejido de cicatrización, el
epitelio respiratorio y epitelial de la mucosa glandular en la
ubre. Estos ecosistemas puede consistir en bacterias, hongos y /
o levaduras que se comunican entre sí de varias maneras
(18 ).

Algunos de estos aspectos tienen importantes
implicaciones prácticas en la epidemiología de las
enfermedades veterinarias como por ejemplo, infecciones de
depósito, difusión horizontal de la resistencia,
las complicaciones nosocomiales durante largo plazo. Las
estrategias eficaces contra las biopelículas consisten en
un uso integrado en el que los antibióticos apropiados y
antifúngicos se combinan con la limpieza y
desinfección con compuestos elegidos como detergentes y
desinfectantes de tejidos

Muchas de las infecciones que afectan a los animales
están producidas por bacterias que son comensales. Algunos
ejemplos son Staphylococcus aureus, S. epidermidis o S.
hyicus, que colonizan la piel; Streptococcus suis y S.
agalactiae, que colonizan mucosas; Pasteurella
multocida, P. haemolytica, Actinobacillus pleuropneumoniae,
Mycoplasma spp. o Haemophilus parasuis, que son comensales
del tracto respiratorio superior, etc. Cuando las bacterias
colonizan tejidos vivos, utilizan mecanismos de adhesión
para evitar ser eliminadas con los flujos naturales como el moco
nasal o vaginal y el flujo de alimentos, o por fuerzas
mecánicas como el estornudo, la masticación o el
peristaltismo intestinal. En la adherencia inicial a los
epitelios normalmente participan adhesinas y
fimbrias. De hecho, se han descrito mecanismos de
adherencia similares para casi todas las especies bacterianas.
Sin embargo, estas adhesinas y fimbrias son "peligrosas" para la
bacteria porque su "adhesividad" hace que sean fácilmente
reconocidas por los fagocitos circulantes y, por ello,
rápidamente eliminadas (10).

Para defenderse, las bacterias han desarrollado un
interesante sistema. Una vez adheridas a los epitelios, comienzan
a multiplicarse mientras emiten señales químicas
que las "comunican". Cuando la concentración de estas
señales supera un umbral determinado se activan los
mecanismos genéticos de producción de
exopolisacáridos (10).

La práctica demuestra que en los procesos
crónicos mediados por biofilms los tratamientos
antibióticos no pueden eliminar la infección. Por
ejemplo, independientemente de la cantidad de amoxicilina
utilizada no se consigue eliminar Streptococcus suis o
Staphylococcus hyicus de una explotación y, de
forma frecuente, ambos patógenos se convierten en un
problema recurrente. En las mastitis crónicas por
Staphylococcus aureus de rumiantes todo el mundo asume
que el tratamiento antibiótico será totalmente
inútil , se podría pensar en utilizar vacunas
dirigidas frente a los factores de adhesión bacterianos o
podemos inducir una respuesta humoral temprana frente a los
exopolisacáridos responsables de la formación del
biofilm, de forma que evitemos la aparición de estas
microcolonias (11) A su vez se, reporta la formación de
biofilms bacterianos sobre superficies en contacto con leche
cruda refrigerada, haciéndose especial hincapié en
los principales grupos de bacterias alterantes (Gram. negativas y
Bacterias Acido Lácticas -BAL) (12)

Presencia de
Biofilms en alimentos y su papel en enfermedades transmitidas por
éstos

Se describe el papel que pudieran jugar la presencia de
Biofilms en las enfermedades transmitidas por
alimentos.

Asi reconoce que alimentos contaminados con Salmonella
spp. constituyen un riesgo de infecciones por Salmonella en
animales, y posteriormente en los consumidores de productos de
origen animal. Salmonella aisladas desde el entorno de la
fábrica de piensos en ocasiones persisten en el medio
ambiente de la fábrica durante varios años. Una
razón para esto pudiera ser la formación de
biofilms , la cual facilita la persistencia de bacterias
impidiendo la eficacia de la desinfección. Vestby et al ,
2009 , investigaron el potencial de formación de biofilm
de cepas de Salmonella de las fábricas de piensos y
harinas de pescado. El estudio incluyó a 111 cepas de
Salmonella aisladas de alimentación noruega y las
fábricas de harina de pescado en elperíodo
1991-2006 del serotipo Agona, serovar Montevideo, serovar
Senftenberg y serovar Typhimurium. Los resultados indicaron una
correlación entre la formación de biofilm y la
persistencia de las cepas que sugieren que la capacidad de formar
biofilm puede ser un factor importante para la persistencia de
Salmonella en el medio ambiente de la fábrica

A pesar de que cualquier microorganismo, siempre que se
den las circunstancias adecuadas, puede formar un biofilm, los
más habituales suelen ser los del género
Bacillus, Enterobacteriaceae, Pseudomonas,
Staphylococcus y Salmonella. Los alimentos frescos
como frutas y verduras son algunos de los que tienen mayor
capacidad de formar este cúmulo de bacterias. Distintas
investigaciones han demostrado que algunos patógenos como
Salmonella o E.coli "escapan" a la limpieza a
la que se someten alimentos como lechugas o
espinacas.(www.veternet.cl).

Se ha señalado que la habilidad de formar
Biofilms de Salmonella spp , se relaciona con la
persistencia de estos microorganismos en carne de pescado y en la
industria de harinas y que la formación de estos Biofilms
facilita la persistencia de las bacterias protegiéndolas
de los stress ambientales como la desinfección
(13)

Aunque aun en muchas enfermedades bacterianas de
interés veterinario no se reportan estudios acerca de
estas formaciones, por los complejos mecanismos de etiopatogenia
de las mismas así como la demostrada resistencia a los
antibióticos, estas formaciones podrían jugar un
importante rol en su presentación, resulta imprescindible
incrementar estos estudios para trazar estrategias adecuadas en
su terapéutica y control.

Biofilms
asociados a plantas

Los suelos
constituyen un entorno heterogéneo con numerosos
parámetros de fluctuación que puede afectar el
crecimiento microbiano y supervivencia . Al igual que muchos
ambientes naturales, el suelo es pobre en nutrientes , por lo que
las bacterias del suelo constantemente tiene que lidiar con la
falta de nutrientes . La rizosfera (la superficie de la
raíz y de la región que rodea la raíz, por
lo general ~ 2 mm) constituye un nicho ecológico en el
suelo donde los nutrientes son más fácilmente
disponibles, y algunas bacterias han desarrollado mecanismos para
aprovechar este nicho. Rizodeposición (la
liberación de material orgánico de las
raíces a medida que crecen a través del suelo)
aumenta el crecimiento microbiano y las unidades de la
estructuración de las comunidades microbianas de la
rizosfera. Rizodeposición consiste en una variedad de
compuestos, incluyendo (i) exudados, tales como
aminoácidos, azúcares simples y ácidos
orgánicos que son pasivamente liberados de las
raíces, (ii) los compuestos secretados activamente, como
los carbohidratos y las enzimas, (iii) el mucílago (
desprendidas-off células y lisados ??de células), y
(iv) los gases, como dióxido de carbono y etileno . Esto
explica la deposición de una cantidad significativa de
fotosíntesis de la planta, estimada en alrededor del 20%
del carbono que se asignan al sistema de raíces.
Así, numerosas bacterias se sienten atraídos por la
rizosfera y colonizan este oasis en el suelo Por lo tanto, se
estructuran comunidades microbianas adheridas a las raíces
y las partículas del suelo circundante , lo que
podría ser visto como una comunidad biofilm.. Hay muchas
indicaciones de las comunidades de biopelículas en la
rizosfera.

En primer lugar, es evidente que las bacterias se
adhieren a las raíces, por dentro d elas que se destacan
las proteínas de membrana externa, los
polisacáridos de la pared (cápsulas),
lipopolisacárido (LPS), y las aglutininas en la superficie
de la célula . En segundo lugar, exopolisacárido
(EPS) es producido por bacterias en la rizosfera

Esto no sólo proporciona muchas ventajas a las
células bacterianas , sino que también mejora la
agregación del suelo, que a su vez mejora la estabilidad
del agua, lo cual es crítico para la supervivencia de la
planta

Biofilms
beneficiosos

Algunos biofilms tienen un papel protector, dentro de
estos tenemos:

– los biofilms de lactobacilos presentes en la vagina
fermentan el glucógeno producido por las células
epiteliales al ser inducidas por los estrógenos,
produciendo ácidos que disminuyen el pH vaginal y
previenen de esa manera la colonización por
microorganismos patógenos

– Otro ejemplo de biofilms beneficiosos lo constituye
los biofilms formados sobre la superficie de los dientes, que
protegen frente a la colonización por otros
patógenos exógenos

Biofilms y
resistencia a los antibióticos

Las biopelículas son el principal ejemplo de la
adaptación fisiológica y son una de las fuentes
más importantes de la resistencia bacteriana a los
antimicrobianos (14 ). Se reconoce que la mayoría de las
infecciones bacterianas asociadas, incluyendo la endocarditis,
las caries dentales, las infecciones del oído medio,
osteomielitis, infecciones médicos relacionados con el
dispositivo y las infecciones pulmonares crónicas en
pacientes con fibrosis quística son problemáticas
debido a los biofilms. Las bacterias en las biopelículas
demuestran r resistencia intrínseca al estréss
antimicrobiano más eficaz que las formas
planctónicas. Las concentraciones de los antimicrobianos
necesarios para inhibir las biopelículas bacterianas
pueden ser de hasta 10 a 1000 veces superiores a las necesarias
para inhibir la bacteria misma crecido planktonically.
Así, la presencia de biofilms hace que las bacterias
permanezcan viables después del uso de antibióticos
disponibles usados en concentraciones terapéuticas. Por lo
tanto, la identificación de nuevos antimicrobianos que
inhiben o destruyen las biopelículas es un tema de gran
actualidad en la Microbiologia .

Las bacterias de un biofilm pueden ser hasta 1.000 veces
más resistentes a los antibióticos que esas mismas
bacterias crecidas en medio líquido. Esto podria estar
dado por:

1 .La barrera de difusión física y
química a la penetración de los antimicrobianos que
constituye la matriz de exopolisacáridos.

2. El crecimiento ralentizado de las bacterias del
biofim debido a la limitación de nutrientes.

3 .La existencia de microambientes que antagonizen con
la acción del antibiótico.

4. La activación de respuestas de estrés
que provocan cambios en la fisiología de la bacteria y la
aparición de un fenotipo específico del biofilm que
activamente combata los efectos negativos de las sustancias
antimicrobianas

La resistencia antimicrobiana es a menudo transferida
horizontalmente entre bacterias relacionadas y esto ocurre con
notable facilidad dentro de un biofilm. Así por ejemplo,
las biopelículas en tubos endotraqueales usados en la
practica clínica forman parte de la gama de mecanismos por
los que la resistencia a múltiples drogas se transfiere en
hospitales humanos y veterinarios, así como en ambientes
de producción animal tales como las industrias
lácteas y los sistemas de las aves de corral y
producción de cerdos

Estrategias
terapéuticas futuras

El reconocimiento que el biofilm es responsable de un
grupo significativo de enfermedades posibilita la búsqueda
de enfoques novedosos para el tratamiento y prevención,
como podría ser inhibir la adhesión mediante la
alteración de la superficie.

Una alternativa para disminuir la fijación a
superficies incluye uso de agentes quelantes, que limitan el
hierro, el cual es necesario para la adhesión de los pili
de Pseudomonas sp (15)

Debido a que la resistencia que presenta el biofilm
depende de la agregación de bacterias en comunidades
multicelulares, una estrategia puede ser desarrollar terapias que
rompan su estructura multicelular.

Los Biofilms se pueden prevenir mediante la profilaxis
antibiótica o terapia con antibióticos agresivos y
pueden ser tratados con la terapia antibiótica supresiva
crónica.

Se ha demostrado que los antibióticos
macrólidos parecen inhibir la síntesis de
polisacáridos y, de esta manera, degradarían la
protección de la superficie del biofilm. Estos
antimicrobianos podrían tener un efecto inmunomodulador
logrando impedir señales bacterianas. El tratamiento de
biofilms con claritromicina reduce la matriz que cubre el
biofilm, tanto de P aeruginosa como de S epidermidis, aunque las
bacterias mismas sean resistentes al
antibiótico

Finalmente, otras dos estrategias promisorias son
cambios en el medioambiente a través de inhibición
competitiva por otras bacterias (Streptococos) o incremento de la
tensión de oxígeno (ej : en pacientes con tubos de
timpanostomía) (15)

En la actualidad se intenta desarrollar inhibidores de
la formación de biofilm basados en diferentes
moléculas que bloqueen el sistema quorum sensing y la
consiguiente formación de los Biofilms

Otro impacto en el control y terapéutica de
enfermedades de los biofilms pudieran estar relacionados con la
producción de vacunas. Se ha informado la inmunogenicidad
de una bacterina que usa el complejo antigénico SAAC en
vacas lecheras cuando este componente está integrado en
una bacterina elaborada a partir de una cepa S. aureus productora
de biofilm ( 17) . Basándose en los resultados de
análisis de correlación y la reducción de
los conteos celulares de las bacterias después del
desafío sugieren que la producción de anticuerpos
específicos de SAAC en los animales inmunizados
podrían estar involucradas en la remoción de
bacterias y la reducción de los signos clínicos en
las vacas lecheras. De este modo, bacterinas elaboradas con
bacterias fuertes productoras de biofilm, se proponen como
vacunas con un costo-beneficio positivo y eficaz contra la
mastitis bovina, al igual que Pérez et al. (2009) ya
demostró en un estudio de eficacia en el ganado ovino..
Esta información puede ser relevante para el desarrollo
más eficaces las vacunas comerciales estafilococos sobre
la base de bacterinas rodeadas de sus propios biofilms

Conclusiones

La comprensión de las interacciones de los
complejos ecosistemas microbianos, especialmente aquellos que
tienen un impacto importante en los resultados
terapéuticos de las enfermedades, ha conllevado a
comprender el papel fundamental que juegan los biofilms en la
etiopatogenia de las mismas. y su rol en la prevención
eficaz , protocolos de tratamiento integrales , donde se incluyen
los desinfectantes y el uso de antibióticos. Este enfoque
combinado ha cambiado radicalmente el paradigma del control de
las enfermedades y promete nuevas posibilidades
terapéuticas de las mismas.

Bibliografía

1– Davey ME and. O'toole G A* Microbial Biofilms:
from Ecology to Molecular Genetics. Microbiology and Molecular
Biology Reviews, December 2000, p. 847-867, Vol. 64, No. 4 ,
1092-21722- Donlan RM. Biofilms: Microbial life on surfaces.
Emerg Infect Dis 2002; 8 (9): 881-90

3-Nazar,J:C: Biofilms bacterianos REVISIÓN
BIBLIOGRÁFICA Rev. Otorrinolaringol. Cir. Cabeza Cuello
2007; 67: 61-72.

4- Chole RA and Faddis BT. Anatomical evidence of
microbial biofilms in tonsillar tissues: A possible mechanism to
explain chronicity. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 2003; 129:
634-6.

5-Lasa I, Del Pozo J. L, Penadés J. R. Leiva J.
Biofilms bacterianos e infección An. Sist. Sanit.
Navar. 2005; 28 (2): 163-175.

6-Post.JC, Stoodley.P, Hall-Stoodley L, Ehrlich GD. The
role of biofilms in otolaryngologic infections. Curr Opin
Otolaryngol Head NeckSurg 2004; 12: 185-90.

7– Potera C. Forging a link between biofilms and
disease. Science 1999; 283: 1837-9.

8–Chatzimoschou, A. Katragkou, M.
Simitsopoulou, E. Iosifides, E. Georgiadou, C. Antachopoulos, E.
Roilides: Biofilm-forming capacity and biofilm antifungal
drug resistance of Candida bloodstream isolates ECCMID 18th A
2008 P 1367

9–Ramage, G Biofilm formation by
Aspergillus fumigates ECCMID 18th A 2008

10–Costerton, J.W.; Stewart, P.S.; Greenberg,
E.P. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections.
Science 1999 May 21; 284 (5418): 1318-22 .

11-Rimbaud, E y Lorenzo, P..Nuevas Alternativas en el
Control de Mastitis: inmunización del Ganado con Vacunas
en Base a Exopolisacaridos 8vo Congreso Panamericano de la Leche
, Miami, 2004

12- Kives , J Biofilms formados por
bacterias contaminantes de leche cruda refrigerada 2003 www.cibernetia.com

13 -Vestby L. K, Møretrø T,
Langsrud S., Heir E. and Nesse L.L: Biofilm forming abilities of
Salmonella are correlated with persistence in fish meal-
and feed factories. BMC Veterinary Research 2009,
5:20

14- Simoes, M : Antimicrobial
Strategies Effective Against Infectious Bacterial Biofilms .

Current Medicinal Chemistry, , 2011 18 ( 14).
2129-2145

15– Singh PK, Parsek MR, Greenberg EP, Welsh MJ.
A component of innate immunity prevents bacterial biofilm
development. Nature 2002; 417: 552-5.

16- Scott C, Manning SC. Basics of biofilm in clinical
otolaryngology. Ear Nose Throat J 2003; 82 (suppl):
18-20.//www.veternet.cl: Biofilms en seguridad alimentaria,
2009

17 Moons P,. Michiels C. W, y Aertsen A:
Bacterial interactions in biofilms Critical Reviews in
Microbiology, 2009; 35(3): 157–168

18 Verwoerd ,D Biofilms: importance and
control in biosecurity and disease management from a veterinary
perspective (2009) T H E F A C T S (2009)I w w w . h e a l t h a
n d h y g i e n e . c o . z a

Autor:

Siomara Martinez

Ivette Espinosa

Belkis Corona

Dtpo. Biología Molecular, Microbiología,
Centro Nacional de Sanidad Agropecuaria