Biofilmes DEFINITIVO

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Biofilmes
Agnes Brandolff
Fernanda Fonseca
Helloine Antunes
Kamylla Garcia 
Lenon Cantini
Leonel Leão
Profª. Drª. Helena Mata
Biofilmes
• A Substâncias Poliméricas Extracelulares (SPE): 
• Pode ser composta de polissacarídeos, proteínas, ácidos nucléicos e lipídeos. 
Essencialmente, um biofilme pode se formar quando bactérias aderem a superfícies 
em ambientes aquosos e começam a excretar SPE, uma substância pegajosa e 
grudenta que pode ancorá-las a todos os tipos de materiais:
• metais
• plásticos
• partículas de solo
• materiais de implantes médicos
• tecidos
Por que procariotas 
formam biofilme?
Por que procariotas formam biofilme?
• Existem várias hipóteses sobre as vantagens da formação do biofilme. Dentre 
elas se destacam:
• As superfícies fornecem um espaço para ser ocupado com um grau de estabilidade no 
ambiente de crescimento. Também acredita-se que ela possa ter funções catalíticas através 
da localização de células em pequena proximidade.
• A formação do biofilme protege de vários desafios ambientais como exposição ao UV, 
toxidade metálica, exposição a ácidos, desidratação e salinização, fagocitoses e de vários 
antibióticos e agentes microbianos.
Três mecanismos foram propostos para explicar a 
resistência dos biofilmes: 
• O primeiro é a barreira de propriedades do sistema matriz:
• esse possivelmente é o mecanismo mais relevante contra agentes microbianos reativos 
(superóxidos), carregados (metais) e grandes (imunoglobulina) que são neutralizados ou 
ligados pelo EPS e são efetivamente ‘diluídos’ a concentrações não-letais antes de atingirem 
as células bacterianas com o biofilme. A barreira do hidrogel EPS também pode proteger 
contra raios UV, desidratação e talvez localize atividade enzimática.
Três mecanismos foram propostos para explicar a 
resistência dos biofilmes: 
• O segundo mecanismo de proteção pode envolver o estado fisiológico dos 
organismos do biofilme:
• Mesmo com muito antibióticos penetrando o EPS, células com biofilme normalmente 
continuam protegidas. A criação de fases estacionárias com zonas inativas no biofilme 
parece ser um fator significante na resistência do biofilme a antimicrobianos.
Três mecanismos foram propostos para explicar a 
resistência dos biofilmes: 
• O terceiro mecanismo pode ser a existência de subpopulações de fenótipos 
resistentes no biofilme:
• Esses são referidos como os ‘Persistentes’ e são uma pequena parte da biomassa, tanto em 
cultura planctónica ou de biofilme.
Formação de biofilmes no Meio Ambiente
Biofilmes aparecem cedo no registro de fósseis.
Formação de biofilmes no Meio Ambiente
Os biofilmes estabeleceram homeostase nas difíceis condições da terra 
primitiva (temperaturas extremas, pH e exposição de raios ultravioleta).
Formação de biofilmes no Meio Ambiente
• Adaptação da estrutura do biofilme para a sobrevivência em variados 
ambientes.
Técnicas de 
Dispersão dos 
Biofilmes
Técnicas de Dispersão dos Biofilmes
• Desagregação pode ser causada por perturbações externas, como o aumento 
do efeito “fluído tesoura”, por processos internos dos biofilmes, como a 
degradação por enzimas endógenas, ou pela liberação de EPS ou proteínas de 
ligação de superfície.
Técnicas de Dispersão dos Biofilmes
•Três técnicas distintas de 
dispersão são identificadas
Dispersão por semeadura 
• Células individuais são liberadas de uma micro-colônia, no fluído em massa ou 
no substrato ao redor
Dispersão por aglutinação
• Células são destacados em aglomerados ou êmbolo;
Dispersão por superfície
• Ocorre que estruturas do biofilme se movem por superfícies ("nadam")
Determinação da 
estrutura do Biofilme
Determinação da estrutura do Biofilme
• Contribuições da genética (resposta ativa) x contribuições ambiental (resposta 
passiva)
• Complexidade estrutural e temporal
podem ser modeladas pelos padrões
de crescimento determinados pela
distribuição de nutrientes no corte fluido
Determinação da estrutura do Biofilme
• Técnicas moleculares para identificar os genes específicos do biofilme 
(transposição aleatória de mutagenese e estudos de nocaute mutante)
• Crescimento do biofilme em poços de microplacas
Determinação da estrutura do Biofilme
• Crescimento comparativo é avaliado em pequenos períodos
• Número de genes e fatores essenciais para a formação do biofilme 
(proteínas de regulação, apêndices como a pili e flagela e 
substancia polimérica extra celular)
• Juntando as observações dos experimentos em laboratório e do 
biofilme crescendo na natureza, mostraram que o ambiente e o 
genoma influenciam na formação do biofilme, significamente
Desenvolvimento de Biofilme
Desenvolvimento de Biofilme
• A sequência do desenvolvimento
• A complexidade estrutural e de desenvolvimento de biofilmes, 
e a sua importância em ambos os meios naturais e feitos pelo 
homem, tem sido cada vez mais apreciado ao longo das 
últimas duas décadas.
• Observações in situ da estrutura do biofilme usando a 
microscopia confocal a laser mostrou bactérias sésseis 
crescentes em microcolônias heterogêneas de matriz fechada 
intercaladas com abertura de canais de água. 
Desenvolvimento de Biofilme
• Mais recentemente, estudos têm indicados que a formação de 
biofilmes em Pseudonomasaeuruginosaprossegue como uma 
sequência de desenvolvimento regulado, e cinco fases têm sido 
propostas. 
• Fase um e dois são geralmente identificadas por uma 
associação solta ou transitória com a superfície, seguida por 
adesão robusta. 
• Fases três e quatro envolvem a agregação de células em 
microcolônias e subsequente crescimento e maturação. 
Desenvolvimento de Biofilme
• A fase cinco é caracterizada por um retorno à motilidade 
transitória onde as células do biofilme são descartadas 
ou perdidas. 
• Embora não haja intenso interesse na investigação dos 
estágios iniciais da formação de biofilme, uma 
investigação mais detalhada em biofilme mostrou que o 
desprendimento é como processo distinto que é 
importante para o desenvolvimento estrutural e também 
para a dispersão. 
Adesão transitória
Fase 1
Adesão robusta e 
permanente 
Fase 2
Agregação 
célula/célula
Fase 3
Formação da micro 
colônia/ proliferação 
e maturação 
Fase 4
Retorno da 
mobilidade celular; 
dispersão celular
Fase 5
Liberação de esporos para 
nova colônia/biofilme
De planctônicas a 
biofilmes 
De planctônicas a biofilmes 
• Embora seja aceito que os biofilmes são encontrados universalmente em 
ambientes naturais, a importância de biofilmes em doenças infecciosas, 
muitas vezes não é reconhecido ou ainda debatido. 
• O atraso no estudo de bactérias ligadas à superfície em vez de o complemento 
planctônico é compreensível, dadas as dificuldades de trabalhar com 
populações ligadas à superfície em comparação com as populações 
planctônicas homogêneas.
• Os organismos são mais trabalhosos para a cultura como biofilmes; a inerente 
heterogeneidade da distribuição espacial leva à criação de zonas localizadas, 
que variam amplamente em ambas as condições fisiológicas e fisiologias 
celulares em distâncias de apenas dezenas de micrômetros. 
De planctônicas a biofilmes 
• Calcular a concentração de antibiótico por célula em culturas planctônicas é 
trivial quando cada célula é assumida para encontrar o mesmo nível de 
antibiótico.
• Em biofilmes isto é difícil, dado as heterogeneidade locais e parâmetros de 
crescimento não caracterizados, tais como a área superficial: proporção em 
volume, tempo de residência ou a taxa de carga de nutrientes 
• A falta de métodos de referência para crescimento, quantificação e teste de 
biofilmes de cultura contínua resulta na variabilidade incalculávelentre os 
sistemas de laboratório.
De planctônicas a biofilmes 
• O biofilme microbiológico é complexo e não está bem representado por 
culturas em frascos.
• Indiscutivelmente, é a complexidade
dos biofilmes que ajuda a torná-los tão resistentes.
Curiosidade
• Apenas dois lugares no mundo conseguem fazer o cultivo controlado de 
biofilmes.
• American Society for Testing and Materials (ASTM)
• Centros de Controle de Doenças (CDC) 
Reator de disco rotativo
Alguma pergunta?
MUITO OBRIGADO!