Formação de biofilmes bacterianos

Prévia do material em texto

Formação de biofilmes bacterianos
Populações Bacterianas nas Superfícies dos Animais
As membranas mucosas de animais são normalmente colonizadas por uma ampla variedade de microrganismos: Microbiota: principalmente bactérias e fungos.
Interagem constantemente com o hospedeiro e umas com as outras na competição pela sobrevivência.
Por muito tempo foi considerado que as bactérias viviam de forma isolada. No entanto, observou-se que ocorre associação, e nas últimas décadas também uma comunicação entre as bactérias. Esse tipo de comportamento comunitário permite a formação de uma estrutura multicelular complexa denominada BIOFILME.
Na realidade, a maioria das bactérias se encontra na natureza vivendo em comunidades, de maior ou menor estruturação.
Estados de vida básicos: 
Células planctônicas, também conhecidas como células de vida livre ou; 
• Células sésseis, também conhecidas como biofilmes.
 • Estudos têm revelado que a maioria das bactérias não cresce como células individuais, mas em comunidades estruturadas como organismos pseudomulticelulares ou biofilmes, estando presentes em praticamente todos os ecossistemas naturais e patogênicos.
Biofilmes
 Complexos ecossistemas microbianos podem ser formados por populações desenvolvidas a partir de uma única, ou de múltiplas espécies, podendo ser encontrados em uma variedade de superfícies bióticas e/ou abióticas.
Dinâmica de formação de um biofilme:
 1. A adesão bacteriana é o primeiro estágio da formação de biofilme. Colonizadores primários se aderem a uma superfície, geralmente contendo proteínas ou outros compostos orgânicos; 2. A segunda etapa é a adesão secundária ou adesão irreversível. Nesse momento, os microrganismos fracamente ligados à superfície consolidam o processo processo de adesão, adesão, através através da produção produção de EPS. As células células aderidas aderidas passam a se desenvolver, originando microcolônias que sintetizam uma matriz exopolissacarídica (EPS), que passam a atuar como substrato para a aderência de microrganismos denominados colonizadores secundários
3. Colonizadores secundários podem se aderir diretamente aos primários, ou promoverem a formação de coagregados com outros microrganismos e então se aderirem aos primários, formando agregados que vão estar firmemente ligados à superfície.
Comunidades ou agregados microbianos imobilizados em uma matriz rica em substâncias extracelulares, conferindo proteção a ambientes hostis e garantia de acesso a nutrientes necessários a sobrevivência.
 O biofilme corresponde a uma "entidade" dinâmica pois, de acordo com os microrganismos que o compõem, teremos condições físicas, químicas e biológicas distintas. 
Estas alterações fazem com que cada biofilme seja único, de acordo com os microrganismos presentes. • Neste sentido, ao longo do tempo a composição microbiana dos biofilmes geralmente sofre alterações significativas.
Comportamento coletivo
 Há várias décadas, foi proposto que as bactérias poderiam corresponder a organismos interativos, capazes de atuar coletivamente, facilitando sua adaptação às alterações ambientais.
 • Para que um biofilme de uma ou várias espécies seja formado, formado, é necessário o estabelecimento de um comportamento multicelular, que se reflete em atividades coordenadas de interação e comunicação dos vários organismos. 
• Um dos mecanismos de comunicação interbacteriana que vem se mostrando extremamente importante na formação e desenvolvimento de biofilmes corresponde ao quorum sensing – mecanismos de sinalização celular.
 Sinalização química – este mecanismo de comunicação acontece devido ao reconhecimento de concentrações mínimas de moléculas sinalizadoras ou auto indutores. Esta linguagem ou mecanismos de percepção e resposta empregados pelas bactérias, denominado quorum sensing.
 Estrutura dos Biofilmes 
• A maioria dos biofilmes exibe certa heterogeneidade, existindo conjuntos de agregados celulares distribuídos ao longo da matriz exopolissacarídica, que exibem densidades variáveis, originando aberturas e canais por onde a água pode trafegar. 
• As microcolônias microcolônias que compõem compõem um biofilme biofilme podem ser de uma ou várias espécies, dependendo das condições ambientais.
 • Ex.: Locais de grande estresse mecânico, tais como a superfície dental, o biofilme é bastante compactado e estratificado. Os espaços intersticiais (canais) também são parte importante dos biofilmes, pois permitem a circulação de nutrientes e a troca de metabólitos. 
Por que formar um biofilme?
 Acredita-se que a formação de biofilmes esteja associada, por exemplo, à proteção contra o ambiente, ou seja, bactérias em um biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase, graças à presença da matriz exopolissacarídica. A adesão bacteriana e a consequente formação de biofilme possuem um papel importante na patogênese, representando um grande obstáculo para a saúde humana, sendo causa comum de infecções persistentes.
Ainda que sejam prejudiciais em diversos processos e locais, os biofilmes são necessários para a realização de outros processos. Eles podem também ser benéficos.
 Exemplo: produção de alimentos fermentados como o vinagre, onde as espécies Acetobacter e Gluconobacter de microrganismos são utilizadas; área ambiental: descontaminação e limpeza de águas que possuam resíduos antes que estas sejam lançadas novamente em córregos e rios. Biorremediação de vários efluentes industriais, com o papel de retirar poluentes orgânicos e inorgânicos de águas contaminadas. 
Papel dos biofilmes nas doenças
 • Uma das mais importantes características dos biofilmes bacterianos é a sua resistência ao sistema imune do hospedeiro e aos agentes antimicrobianos.
 Biofilme: Bactérias que vivem nessas comunidades são frequentemente de 10 a 1000 vezes mais tolerantes aos antimicrobianos do que quando na forma planctônica, indicando que alguns dos mecanismos envolvidos na resistência dos biofilmes aos antimicrobianos diferem dos mecanismos responsáveis pela resistência de bactérias planctônicas aos mesmos agentes. • Infecções associadas a biofilmes geralmente são de natureza recorrente, visto que as terapias antimicrobianas convencionais eliminam predominantemente as formas planctônicas, deixando as células sésseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme após o tratamento. Como consequência, doenças envolvendo biofilmes são geralmente crônicas e difíceis de tratar.
 • Diversos fatores têm sido postulados, para explicar a baixa suscetibilidade aos antimicrobianos de células na forma de biofilmes . 
1. Baixa penetração de agentes químicos:
 • O EPS reduz a capacidade de penetração de antimicrobianos em todas as áreas do biofilme. 
• A matriz atua como barreira física para difusão, retendo grande parte dos agentes antimicrobianos e, assim, reduzir a quantidade do mesmo para agir sobre as células.
2. Crescimento lento de células no interior do biofilme: 
• O tratamento pode conduzir à erradicação da maior parte da população do biofilme, mas a fração de células persistentes não é atingida e atua, portanto, como um núcleo para reinfecção, após a descontinuação terapêutica.
3. Transferência de genes de resistência:
4. • Biofilmes são idealmente adequados para a troca de material genético devido à proximidade das células bacterianas; 
5. • Dessa forma, a vida em comunidade facilita a transferência horizontal de genes, através de plasmídeos, os quais podem codificar resistência para múltiplos agentes antimicrobianos. 
Estudos realizados com placas dentais artificiais, formadas inicialmente por bactérias do gênero Streptococcus mostraram a transferência de transposons contendo genes de resistência a tetraciclina de uma linhagem de Bacillus para células de Streptococcus. 
4. Falha no reconhecimento dos biofilmes pela defesa imunológica humana: 
• As células do interior do biofilme estão protegidas contra a ação de anticorpos, radicais livres e outros compostos reativos produzidos pelos fagócitos que são recrutados para o combate de infecções. Até 60% das Infecções hospitalarestêm participação de biofilmes em sua patogênese. 
• Exemplos típicos de doenças associadas a biofilmes incluem as infecções de implantes tais como válvulas cardíacas, catéteres, sondas, lentes de contato, etc.
 • Os biofilmes podem ainda promover doenças se formados em tecidos, tais como nas infecções pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa, em pacientes com fibrose cística, que são suscetíveis a infecções crônicas por esta bactéria. 
• A periodontite periodontite é outro exemplo exemplo de doença provocada provocada por biofilmes biofilmes.
 => O principal microrganismo associado a esta doença, Porphyromonas gengivalis, coloniza uma grande variedade de superfícies orais direta ou indiretamente, sendo então capaz de invadir as células das mucosas e liberar toxinas.
 Dispersão de biofilmes 
• Em determinados momentos, os biofilmes sofrem dispersão, liberando microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes. Existem três tipos de processos de dispersão: • Expansiva => parte das células de uma microcolônia sofrem lise e outras retomam a motilidade, sendo então liberadas da estrutura;
 • Fragmentação do biofilme => porções de matriz extracelular associadas a microrganismos são liberadas;
 • Superficial => ocorre pelo crescimento do próprio biofilme como um todo. Principais alvos para combate aos biofilmes microbianos Bloqueio da adesão bacteriana 
Erradicação ou tratamento de biofilmes já formados Rompimento da comunicação celular • Pesquisas em biofilmes bacterianos tornaram-se mais consistentes nos últimos 40 anos. • No entanto, o entendimento e o controle da formação de biofilmes é uma tarefa muito complexa. 
Essa complexidade pode ser atribuída:
 À heterogeneidade das superfícies bacterianas, incluindo a variabilidade entre diferentes espécies e cepas e a dificuldade em reunir várias áreas do conhecimento científico, para abordar o problema de forma suficientemente interativa.