Descripción del Desarrollo de Biofilm
La formación de biofilm generalmente sigue cinco etapas:
1. Adhesión
La formación de biofilm comienza cuando microorganismos en suspensión (planctónicos) entran en contacto con una superficie. Inicialmente, la interacción es reversible y está impulsada por fuerzas físicas (por ejemplo, van der Waals, electrostáticas, interacciones hidrofóbicas).
Si las condiciones ambientales son favorables, las bacterias se adhieren de forma irreversible utilizando apéndices como pili, fimbrias o flagelos, y comienzan a secretar sustancias adhesivas.
Tipos de superficies: naturales (rocas, dientes), industriales (tuberías) o biológicas (tejidos, implantes médicos)
Tiempo: minutos a horas
Si las condiciones ambientales son favorables, los microbios proceden a la adhesión irreversible.
2. Formación de Microcolonias
Una vez que las células están irreversiblemente unidas, comienzan a proliferar y formar microcolonias, pequeños grupos de células estrechamente unidas a la superficie. Las células inician la producción de sustancias poliméricas extracelulares (EPS), una matriz compuesta de polisacáridos, proteínas, lípidos y ADN extracelular (eDNA).
EPS proporciona estabilidad mecánica y atrapa nutrientes.
Las células comienzan a coordinarse a través de la detección de quorum, un proceso de comunicación química
Las microcolonias sirven como la base para el biofilm en desarrollo.
3. Biofilm Temprano
Las microcolonias transicionan a un biofilm en etapa temprana, caracterizado por una producción más extensa de EPS y el reclutamiento de células adicionales. La estructura se vuelve cada vez más tridimensional, con canales en desarrollo que facilitan el movimiento de fluidos y nutrientes.
La expresión génica cambia para mejorar rasgos específicos del biofilm (por ejemplo, tolerancia al estrés, resistencia a antibióticos)
Gradientes microambientales de oxígeno y nutrientes emergen dentro de las capas en desarrollo
Esta etapa marca el establecimiento de una comunidad microbiana cooperativa.
4. Biofilm Maduro
En la etapa madura, el biofilm se convierte en una estructura compleja y heterogénea. A menudo forma torres, formas de hongo o películas gruesas con canales de agua interconectados para el transporte de desechos y nutrientes.
Las comunidades de múltiples especies son comunes.
Las células muestran una mayor resistencia a antibióticos, respuestas inmunitarias y estrés ambiental.
Ocurre cooperación metabólica y diferenciación entre poblaciones celulares.
Esta comunidad altamente organizada puede persistir durante largos períodos y es típicamente la forma más resiliente de un biofilm.
5. Dispersión
Finalmente, señales ambientales (por ejemplo, limitación de nutrientes, estrés por cizallamiento, cambios en el pH) provocan que una parte del biofilm se dispersen. Las células regresan a un estado planctónico, permitiendo la colonización de nuevas superficies.
La dispersión puede ser activa (enzimas descomponiendo EPS) o pasiva (disrupción mecánica)
Facilita la propagación del biofilm a través de ambientes o tejidos.
Esta fase es crítica para el ciclo de vida y la adaptabilidad de los organismos formadores de biofilm.
Aprenda más en nuestro caso de estudio: Eliminación de la Contaminación Microbiológica en Agua de Lavado de Frutas con Ozono
Ejemplos del Mundo Real de Formación de Biofilm
Los biofilms no se limitan a laboratorios u hospitales; ocurren en una amplia variedad de entornos del mundo real, a menudo con serias implicaciones para el rendimiento, la seguridad y la salud.
Acuicultura
Ejemplo
Los biofilms se desarrollan en tanques de peces, redes y sistemas de recirculación, albergando patógenos como Aeromonas o Vibrio que pueden infectar las existencias de peces y reducir la calidad del agua.
Impacto
Aumento de la mortalidad, mala salud de los peces, reducción de la eficiencia de conversión de alimentos.
Agricultura
Ejemplo
Los biofilms se forman dentro de las líneas de riego por goteo y emisores, especialmente al usar agua rica en nutrientes o reciclada.
Impacto
Obstrucción de los sistemas de riego, distribución desigual del agua y reducción de los rendimientos de cultivos. Obstrucción de los sistemas de riego, distribución desigual del agua y reducción de los rendimientos de cultivos.
Guarderías de Animales / Ganadería
Ejemplo
Los biofilms se establecen en equipos de alimentación, líneas de agua y superficies del suelo en corrales o graneros.
Impacto:
Reservorios persistentes de patógenos como Salmonella, E. coli y Listeria, aumentando el riesgo de enfermedades en animales jóvenes.
Procesamiento de Alimentos y Bebidas
Ejemplo
Los biofilms ocurren comúnmente en superficies de procesamiento, tuberías y cintas transportadoras, especialmente en lecherías, cervecerías y plantas de procesamiento de carne.
Impacto
Contaminación cruzada de alimentos, reducción de la vida útil y riesgos importantes de cumplimiento de higiene.
Gestión de Césped Deportivo
Ejemplo
Los biofilms pueden acumularse en sistemas de drenaje subterráneo e irrigación de campos de golf y deportivos.
Impacto
Restricciones en el flujo de agua, promoción de enfermedades del césped y inundaciones localizadas.
Lagos y Estanques
Ejemplo
Los biofilms que ocurren naturalmente se forman en rocas, sedimentos y estructuras sumergidas, pero pueden volverse problemáticos con carga de nutrientes (eutrofización).
Impacto
Impulsando blooms algales dañinos, reduciendo los niveles de oxígeno y afectando la biodiversidad.
Próximo en la Serie
“¿Por qué son peligrosos los biofilms?”
Explore cómo los biofilms evaden las respuestas inmunitarias, resisten a los antibióticos y causan infecciones persistentes en entornos médicos y ambientales.
Referencias
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