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.

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Autor:

Siomara Martinez

Ivette Espinosa

Belkis Corona

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