Biofilmes Microbianos

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BIOFOULING E BIOCORROSÃO 
Prof. M.Sc. Marcelino Gevilbergue Viana 
 
Biólogo Licenciado pela Universidade do Estado do Rio Grande do 
Norte – UERN 
Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo – UFRN/INT 
Introdução 
 Fouling 
 
> Biofouling: 
 
 : “A formação de depósitos sobre a 
superfície de equipamentos ou instalações 
industriais (Videla, 2003).” 
 
 “Acúmulo indesejável de depósitos 
biológicos sobre uma superfície (Characklis, 
1990).” 
 
 
 
Introdução 
> Macrofouling 
 
 
 
 
 Acúmulo indesejável de macrorganismos. 
 
 
 
Introdução 
> Microfouling 
 
 
 
 
 Acúmulo indesejável de microrganismos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Biofilmes 
 
 
Introdução 
 O que são Biofilmes? 
 
 
 
 
 “Uma acumulação de células 
microbianas que atacam a superfície 
abiótica ou biótica, cuja formação só ocorre 
quando há um fluxo de nutrientes suficiente 
(Singh et al., 2006).” 
 
 “Uma comunidade microbiológica 
séssil, derivada e caracterizada por células 
que atacam uma interfase embebida em uma 
matriz de exo-polissacarideo com alteração 
fenotípica (Pereira, 2001).” 
 
 
 
Figura 1: Imagens de biofilmes: (a) crescendo em superfície de 
aço após oito semanas, sendo examinado por Microscopia 
Eletrônica de Varredura (MEV) e (b) após 14 dias de imersão em 
sistema de água potável examinado por Microscopia de 
Epifluorescência (ME). Fonte: Centers for Disease Control and 
Prevention (CDC), 2002. 
 
Origem do Termo Biofilme 
 Antonie van Leeuwenhoek (1674): 
Conjunto de microrganismos que habitam 
uma superfície dentária vivendo em 
associação – “Animálculos”. 
 
 
 
 
Composição dos Biofilmes 
 
 EPS: substâncias poliméricas extracelulares 
(70 a 90%); 
 Microrganismos: representando cerca de 
10%; 
 Lipídeos, proteínas, carboidratos, sais 
minerais e vitaminas: formam uma crosta 
proprícia ao crescimento microbiano. 
 Água, partículas retidas, adsorvidas e 
dissolvidas. 
 
 
 
 
 
Composição dos Biofilmes 
Figura 2: Estrutura do Biofilme: a) Células bacterianas isoladas, b) 
Formação do EPS e c) Produtos derivados da corrosão. 
Tipos de Microrganismos 
 
 ● Bactérias, Fungos, Vírus, Algas e 
Protozoários. 
 
 ● Metabolismo: 
 - Microrganismos Aeróbicos: 
 Na superfície; 
 - Microrganismos Aeróbicos Facultativos: 
 Localizam-se no centro; 
 - Microrganismos Anaeróbicos: Internamente. 
 
 
 
Localização dos 
Microrganismos no Biofilme 
Maduro 
 BIOFILME 
 MICRORGANISMOS AERÓBIOS 
 MICRORGANISMOS 
AERÓBIOS FACULTATIVOS 
 MICRORGANISMOS 
ANAERÓBIOS 
[O2] 
(+) 
(-) 
Competição entre bactérias 
produtoras de EPS com as não-
produtoras 
(a) (b) 
(c) 
Tipos de Microrganismos 
Predominantes 
 ● As bactérias representam a maior parte dos 
microrganismos que produzem biofilmes 
(cerca de 99%): 
 
 - Características: 
 1 – Reduzido tamanho; 
 2 – Elevadas taxas de reprodução; 
 3 – Grande capacidade de adaptação; 
 4 – Produção de Substâncias e 
 Estruturas extracelulares. 
 
 
 
Espécies de bactérias 
predominantes em biofilmes 
Pseudomonas aeruginosa 
P. fluorescens 
P. fragi 
Desulfovibrio 
Formação do Biofilme 
 
 ● Bott (1993): 
 “É o resultado da agregação de substâncias 
orgânicas, microrganismos e produtos 
derivados do próprio metabolismo desses 
organismos, seguindo um padrão sigmoidal, 
sendo o resultado de um balanço entre 
processos químicos, físicos e biológicos.” 
 
Etapas de Formação do 
Biofilme 
 
 1 - Adsorção das substâncias orgânicas dissolvidas a uma 
superfície sólida em contato com o meio aquoso, constituindo-se 
um filme condicionador; 
 
 
 
 
 
 
Etapas de Formação do 
Biofilme 
 
 2 - Transporte dos microrganismos e outras partículas do meio 
aquoso para a superfície sólida acondicionada; 
 3 - Adesão firme dos microrganismos à superfície; 
 
 
 
 
 
 
 
Etapas de Formação do 
Biofilme 
Etapas de Formação do 
Biofilme 
 
 4 - Transporte de nutrientes da fase líquida para a 
interfase líquido-biofilme, bem como no interior do 
filme microbiano; 
 
 5 - Produção do biofilme devido o consumo de 
nutrientes, consequentemente crescimento e 
reprodução dos microrganismos aderidos e síntese 
de polímeros extracelulares. 
 
 
 
 
 
 
 
Etapas de Formação do 
Biofilme 
Etapas de Formação do 
Biofilme 
Etapas de Formação do 
Biofilme 
 Vídeo 01 
 
Em Resumo: Formação do 
Biofilme 
ATAQUE CRESCIMENTO DISPERSÃO 
Modelo Atual de Biofilme 
 
 
 
Modelo Atual de Biofilme 
 
 
 
1EPS 
1 - Constituição do EPS 
 ● EPS: Estrutura complexa e Heterogênea. 
 1 – Polissacarídeos ou Proteínas; 
 2 – Substâncias húmicas; 
 3 – Ácidos Nucléicos (DNA ou RNA); 
 4 – Fosfolipídeos, Glicoproteínas e Ácidos 
Urônicos. 
 ► Gram Negativas: Polianiônicos (-); 
 ► Gram Positivas: Catiônicos (+). 
 
 
 
1.1 - Características do EPS 
 ● O EPS apresenta duas características que 
influenciam a estrutura física e espacial do 
biofilme: 
 1 – A estrutura e a composição dos 
polissacarídeos determinam a conformação inicial 
do biofilme; 
 Ex.: 1,4-β-hexoses – conferem maior rigidez ao 
biofilme. 
 2 – Não é uniforme, mas pode variar 
espacialmente e temporariamente. 
 
 
1.2 - Funções do EPS 
 ● Funções Principais: 
 1 – Agrega os microrganismos presentes no 
biofilme; 
 
 2 – Confere maior resistência à ação de 
agentes químicos e físicos; 
 
 3 – Responsável pela morfologia, estrutura, 
coesão e integridade funcional. 
 
 
1.3 - Fatores que influenciam a 
formação do EPS 
 ● Fatores: 
 1 – A quantidade de nutrientes presentes no 
meio; 
 
 2 – O grau de ação do biofilme; 
 
 3 – O ambiente em que se encontra: com ou 
sem estresse. 
 
 
1.4 - Fatores que influenciam a 
formação do Biofilme 
 ● Fatores: 
 1 – A quantidade de microrganismos; 
 
 
 
1.4 - Fatores que influenciam a 
formação do Biofilme 
 ● Fatores: 
 2 – Tipo e características do substrato; 
 
 
 
1.4 - Fatores que influenciam a 
formação do Biofilme 
 ● Fatores: 
 3 – Hidrodinâmica do fluido; 
 
 
 
1.4 - Fatores que influenciam a 
formação do Biofilme 
 ● Fatores: 
 4 – Características Genética: 
 
 
 
1.4 - Fatores que influenciam a 
formação do Biofilme 
 ● Fatores: 
 5 – Características de carga; 
 
 
 
Importância dos Biofilmes 
 ● Propriedades Benéficas: 
 a) Produção de Vinagre; 
 
 b) Agentes biorremediadores: tratamento do 
solo e da água; 
 
 
 
 BI
O
F
IL
M
E
 
Importância dos Biofilmes 
 ● Propriedades Benéficas: 
 b) Agentes biorremediadores: 
 1 – Bioadsorção; 
 2 – Bioacumulação; 
 3 – Biomineralização.Importância dos Biofilmes 
 ● Propriedades Benéficas: 
 c) Associação com plantas; 
 
 
 
 
 
 
 
Importância dos Biofilmes 
 ● Ações prejudiciais: 
 a) Deterioração e contaminação de alimentos: 
 
 
 
 
 
 
 
Importância dos Biofilmes 
 ● Ações prejudiciais: 
 b) Infecções patogênicas: osteomielites, 
pneumonias, fibrose cística, cárie dental. 
 
 
 
 
 
 
 
Importância dos Biofilmes 
 ● Ações prejudiciais: 
 b) Infecções hospitalares: catéteres. 
 
 
 
 
 
 
 
Importância dos Biofilmes 
 ● Ações prejudiciais: 
 c) Deterioração de Monumentos. 
 
 
 
 
 
 
 
Importância dos Biofilmes 
 ● Ações prejudiciais: 
 d) Corrosão de Materiais: