¿Alguna vez has escuchado hablar de las bacterias? y ¿Cómo te las imaginas?
Las bacterias son individuos formados por una sola célula, es decir unicelulares, y poseen diversas formas que van desde casi esferas perfectas hasta filamentos alargados. El tamaño de una célula bacteriana es al menos 10 veces menor a las células de un ser humano (~10-100 µm), por eso solo se pueden observar utilizando un microscopio (Saber Más 21:10-16).
Las bacterias son pequeñas, viajeras y sociables
Las bacterias han colonizado prácticamente todos los ecosistemas de nuestro planeta, incluso aquellos donde las condiciones son tan extremas que es difícil o imposible encontrar otras formas de vida ¿Cómo han llegado las bacterias a colonizar los ecosistemas? Por su tamaño tan pequeño, las bacterias pueden ser transportadas fácilmente a grandes distancias por el viento y las corrientes de agua.
Como hábiles viajeras, también son transportadas por aves, insectos y mamíferos, incluido el ser humano. Una vez que llegan a un sitio adecuado para colonizar, interactúan con el suelo o cualquier estructura no viva del nuevo ambiente, pero también con la superficie de distintos tejidos u órganos de especies de otros grupos biológicos como las que las transportaron al nuevo sitio.
Pero, lo que quizás más te sorprenda, es que el cuerpo humano alberga más bacterias que el número de las células que conforman nuestros órganos y tejidos. Durante el proceso de viaje y establecimiento en un nuevo ecosistema, las bacterias modifican su comportamiento, pasando de un estado de individualidad a la interacción y convivencia cercana con otros microorganismos de su misma especie, o aun de especies distintas. A las bacterias que se encuentran como células “solitarias”, con una interacción física limitada con otras células, se les denomina células “planctónicas”.
¡Cuando las células bacterianas se encuentran interactuando íntimamente con otras bacterias en forma de agregados multicelulares, se les denomina biofilms o biopelículas!
¿Qué es un biofilm?
Un biofilm –o una biopelícula- es una comunidad organizada de células bacterianas englobadas en una matriz que se adhiere a superficies inertes o vivas. Se han encontrado biofilms en materiales como plástico, cemento, acero y vidrio. En el caso de superficies vivas, los biofilms se forman en las hojas o la raíz de plantas, así como en la piel de nuestro cuerpo.
Esta estructura compleja está formada por un 97% de agua, un 15% de biomasa microbiana y un 85% de distintas moléculas orgánicas producidas por las propias bacterias, conocidas como “sustancias poliméricas extracelulares”, que forman la matriz extracelular.
¿Cómo se forma un biofilm bacteriano?
La formación de un biofilm inicia cuando las bacterias en estado planctónico se acercan tanto a una superficie, que su capacidad para moverse disminuye. La bacteria se asocia transitoriamente con la superficie inerte o viva, o con otros microrganismos previamente unidos a éstas, buscando el lugar adecuado para establecerse. Una vez que la bacteria forma una asociación estable como miembro de una micro-colonia, comienza a comunicarse con las otras bacterias presentes en ella, proceso conocido como quorum sensing. Este concepto técnico indica que cada miembro de la comunidad bacteriana que conforma el biofilm percibe al resto de miembros e intercambia mensajes y respuestas bioquímicas con éstos.
Se presentan entonces tres procesos: el transporte de nutrientes hacia el interior del biofilm por canales de agua formados entre las células, el metabolismo de esos nutrientes por parte de las bacterias y el transporte de desechos hacia el exterior del biofilm. Estos procesos van acompañados del aumento de tamaño celular, de la división para formar nuevos individuos y de la producción de moléculas orgánicas complejas y extracelulares, haciendo del biofilm una estructura tridimensional.
Ocasionalmente algunas bacterias asociadas al biofilm se desprenden, comportándose nuevamente como células planctónicas que se desplazan a otros microambientes en donde comenzarán el proceso de formación de otro biofilm.
Las bacterias en grupo son más fuertes
La formación del biofilm es una estrategia de supervivencia para las bacterias, ya que las protege contra condiciones adversas, como los cambios de pH, altas concentraciones de sales o la radiación ultravioleta, y evitando el efecto de antibióticos y agentes antimicrobianos utilizados por el ser humano para su eliminación.
El biofilm ayuda a tener una mayor disponibilidad de nutrientes, ya que permite establecer una cooperación denominada sintrofismo, un caso de simbiosis mutualista entre dos bacterias metabólicamente distintas, que dependen una de otra para utilizar ciertas moléculas orgánicas para cubrir sus requerimientos energéticos, algo que no pueden hacer por separado.
Un fenómeno interesante es que el biofilm favorece la transferencia de genes entre las bacterias, aun de distinta especie, algo relevante para la evolución y generación de diversidad genética de las comunidades microbianas.
El biofilm, un foco de infección en la producción de alimentos
Algunas bacterias patógenas que nos infectan al consumir alimentos contaminados, forman un biofilm para permanecer en las superficies de los equipos y materiales utilizados en la producción de alimentos. Si no se limpian y desinfectan adecuadamente estos instrumentos, las bacterias pasan a la comida que se está elaborando. Los brotes infecciosos en todo el mundo de enfermedades diarreicas provocadas por las bacterias patógenas como Salmonella enterica y Escherichia coli, se han relacionado con la formación de biofilms. Estos microorganismos forman un biofilm difícil de erradicar, que permite la entrada al cuerpo de otras bacterias patógenas menos habituadas a formarlo.
La contaminación bacteriana es un problema grave para el sistema de almacenamiento y distribución de agua potable, ya que la formación del biofilm en las superficies de las tuberías y los recipientes de distribución al consumidor, representa una de las principales causas de contaminación del vital líquido. Entre los factores que influyen en la formación del biofilm en la red de distribución de agua, están el material de la tubería, la temperatura, el desinfectante utilizado para potabilizar el agua, así como la resistencia de las bacterias a los desinfectantes. El uso de ciertos desinfectantes promueve la formación de sustancias fácilmente biodegradables que son utilizadas como alimento por los microorganismos, incrementando la formación de biofilms en el sistema de distribución.
Pero ¿El biofilm afecta la salud humana?
Al parecer si, ya que algunas enfermedades han sido asociadas con la formación de biofilms, como las infecciones relacionadas con implantes médicos (catéteres, válvulas cardíacas, lentes de contacto), otitis media, infecciones urinarias crónicas, caries dental e infecciones nosocomiales, entre muchas otras. El problema con los biofilms asociados a enfermedades crónicas de este tipo, es la resistencia que adquieren las bacterias contra moléculas propias del sistema inmune del paciente y hacia las terapias antimicrobianas suministradas por los profesionales de la salud, complicando la defensa del cuerpo y el tratamiento médico.
Principales estrategias para controlar o eliminar un biofilm
La resistencia de las bacterias presentes en el biofilm hacia agentes antimicrobianos constituye una amenaza para la industria alimentaria y la salud pública. El estudio de los biofilms bacterianos tiene como propósito entender el mecanismo de formación y la consecuente resistencia antimicrobiana, lo que ayudaría a desarrollar estrategias de control efectivas para prevenir su formación y lograr su eliminación.
Las principales estrategias para prevenir la formación de un biofilm son:
- Limpiar y desinfectar regularmente las superficies antes de que las bacterias se adhieran a ellas, con productos químicos utilizados en la limpieza.
- Uso de altas temperaturas, con las que si puede eliminarse y controlar la formación del biofilm.
- Uso de biomoléculas como detergentes basados en la acción de enzimas.
- Uso de virus que son capaces de infectar bacterias (fagos) y la bio-regulación. Esto último se refiere al uso de microorganismos no patógenos que compitan por los nutrientes con las bacterias patógenas, inhibiendo el establecimiento del biofilm.
Aún queda mucho por estudiar, y es necesario Saber más sobre el impacto de los productos antimicrobianos en la prevención y eliminación de los biofilms bacterianos. El descubrimiento de nuevas estrategias para el control de la formación de biofilms, sigue siendo necesario en la industria alimentaria y en el sector salud.
Saber más:
Lasa, I., del Pozo, J.L., Penadés J.R. y Leiva J. (2005). Biofilms bacterianos e infección. Anales Sis San Navarra, 28(2):163-175. http://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1137-66272005000300002&lng=es.
Loera-Muro, A., Ramírez-Castillo, F.Y., Avelar-González, F.J. y Guerrero-Barrera, A.L. (2012). Biopelículas multi-especie: asociarse para sobrevivir. Investigación y Ciencia, 20(54):49-56. http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=67424408007
Adrián Gómez Baltazar es estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas.
Dra. Ma. Soledad Vázquez-Garcidueñas es profesora investigadora, ambos de la Facultad de Medicina y Ciencias Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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