Aula - Biofilmes

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CECÍLIA ROCHA
31/10/2011
HISTÓRICO
 O conceito de biofilme tem emergido gradualmente de 
estudos científicos durante longo período de tempo, 
porém, nas últimas duas décadas, essa concepção tem 
avançado consideravelmente.
 Antonie van Leuwenhoek: estudou amostras de dente, 
em seu microscópio, notou mais fragmentos de células 
agregadas do que planctônicas
HISTÓRICO
 Zobell (1943): primeira publicação detalhada que 
descreve biofilmes. 
 Estudos sobre a adesão de bactérias marinhas em cascos 
de navios principalmente e em diferentes tipos de 
superfície que incluíam vidro, metal e plástico.
 Costerton (1978): Verificou que a maioria dos 
microrganismos nos ambientes naturais se encontrava 
fixo a suportes, e não na forma dispersa em suspensão.
Aos microganismos aderidos: BIOFILME
DEFINIÇÃO DE BIOFILME
Uma associação de células bacterianas e/ou fúngicas, 
fixadas às superfícies inclusas em uma complexa matriz 
extracelular de substâncias poliméricas
ONDE ENCONTRAMOS...
• Metais
• Plásticos
• Pedras
• Lentes de contato
• Placas dentárias
• Próteses
• Válvulas cardíacas
• Tubo endotraqueal
• Catéteres
Staphylococcus aureus 
aderidos à lente de contato
Biofilme de Staphylococcus aureus 
em um catéter
Aço corroído por Salmonella antum
Placa bacteriana
COMPOSIÇÃO
 Água: 70% - 97%
 Microrganismos: < 10%
 Matriz de exopolímeros: heterogênea e complexa
 Proteínas, íons, DNA e RNA 
MATRIZ DE BIOFILME
 Contém entre 50% a 90% do carbono orgânico do 
biofilme
 Gel altamente hidratado (85% a 95% de água)
 Constituinte principal: polissacarídeos – estrutura e 
integridade funcional
 Atua como:
 Barreira defensiva
 Adsorvente
 “Cimento” que mantém as células do biofilme unidas
ESTRUTURA
 Mono ou multiespécies
 São estruturas viscoelásticas e 
hidratadas
 Matriz 
 Quantidade variável de microcolônias 
independentemente móveis e ancoradas 
à superfície
 São compostos por microcanais 
internos : 44-95nm
Estrutura 3D de um 
biofilme multi-espécie 
Por que as bactérias 
formam biofilmes
1) Mecanismo de autodefesa microbiano
2) Permite que as células permaneçam em um nicho 
favorável
3) Permitem às células viverem em estreita associação
4) Forma típica de crescimento das células bacterianas 
na natureza
FORMAÇÃO DO BIOFILME
Pré adesão
Adesão 
reversível
Adesão 
irreversível
Maturação 
Destacamento 
de células
PRÉ ADESÃO
 Os microrganismos na sua forma de vida planctônica 
recebem algum estímulo que os leva a aderir em alguma 
superfície
ADESÃO REVERSÍVEL
 Ocorre a interação célula-superfície e sua colonização inicial
 Não são percebidas alterações fenotípicas
 Pontes de hidrogênio, Van der Waals, ácido-base de Lewis
ADESÃO IRREVERSÍVEL
 Presença de microcolônias
 Motilidade cessa
 Genes envolvidos na comunicação célula-célula (quorum 
sensing) e na produção de exopolissacarídeos estão 
totalmente ativos.
MATURAÇÃO
 Aumento da densidade populacional e, também, pela
pronunciada produção e deposição de EPS
 Divisão celular, redistribuição de células entre as
microcolônias e adesão de novas células planctônicas
DESTACAMENTO DE CÉLULAS
 Formação de novos biofilmes – ciclo de contaminação
Elementos importantes no processo 
de adesão e formação do biofilme
O processo de adesão e formação do biofilme 
compreende 3 elementos principais:
I. Fase aquosa
II. Célula (microrganismo) : pili, flagelo, sistema 
quorum sensing
III.Interação célula-substrato
I. FASE AQUOSA
 Parâmetros: 
 Viscosidade
 Temperatura
 pH
 Presença de nutrientes, de moléculas orgânicas e 
inorgânicas
 Força iônica 
 Potencial osmótico
Sinais de estimulação ou 
não, a sua adesão
II. MICRORGANISMO
 A capacidade de um microrganismo isolado em aderir 
ou não a uma superfície e, logo após, formar e manter 
um biofilme se relaciona estreitamente a seu fenótipo 
e genótipo
 Diferencial à bactéria, em nível de aderência e 
formação do biofilme: pili, flagelos e fímbrias, algumas 
proteínas da superfície, sistemas quorum sensing 
SISTEMA QUORUM SENSING
 É um sistema de comunicação entre célula-célula de 
bactérias que depende da densidade populacional
 Promove a ativação ou repressão de vários genes levando 
a novos fenótipos:
 Formação de biofilmes
 Produção de antibióticos
 Motilidade
 Expressão de genes de virulência
SISTEMA QUORUM SENSING
SISTEMA QUORUM SENSING
SISTEMA QUORUM SENSING
Consiste na distribuição, ordenação e sincronização das 
atividades dos genomas procariontes para a manutenção da 
homeostase microbiana
As etapas do ciclo de um biofilme requerem um sistema 
adequado de comunicação célula-célula
FUNDAMENTAL IMPORTÂNCIA
SISTEMA QUORUM SENSING
 Acesso a nutrientes ou nichos ambientais mais 
favoráveis;
 Permite que as bactérias organizem respostas 
defensivas contra hospedeiros eucarióticos;
 Otimiza a capacidade das bactérias de se 
diferenciarem em formas mais bem adaptadas a 
sobreviverem em ambientes hostis.
Classes de autoindutores:
1) Mediado por acil homoserina lactonas - Gram 
negativos
2) Mediado por peptídeos - Gram positivos
3) Sistema AI-2 - Gram positivos e negativos
SISTEMA QUORUM SENSING
EXEMPLO: Pseudomonas aeruginosa
III. INTERAÇÃO CÉLULA-SUBSTRATO
 O contato entre a superfície microbiana e o substrato 
corresponde à adesão inicial, e é regido por interações 
físico-químicas
 Hidrofobicidade = representada pelo grau de 
capacidade de molhadura da superfície em meio aquoso
 ≠ graus de hidrofobicidade são conferidos por fatores de 
virulência associados à adesão, como pili, fímbrias e 
flagelos, pela membrana externa em G - , presença de 
grupos funcionais polares
HIDROFOBICIDADE 
DA CÉLULA
ADESÃO
Fatores que influenciam no 
desenvolvimento do biofilme
 pH: próximo a neutralidade
 Temperatura: fator determinante no desenvolvimento 
microbiano, podendo afetar a formação e atividade de 
qualquer biofilme
 Tipo de superfície: depósitos porosos e irregulares
 Concentração de nutrientes
Fatores que influenciam no 
desenvolvimento do biofilme
Partículas inorgânicas: 
incorporadas no próprio biofilme
alterar a estrutura
+ / - resistentes às condições agressivas do meio
crescimento e estabilidade do biofilme 
MICRORGANISMOS ENVOLVIDOS 
NA FORMAÇÃO DE BIOFILME
 Biofilme: populações constituídas a partir de uma única 
ou de múltiplas espécies
 Bactérias:
 tamanhos reduzidos
 elevadas taxas de reprodução
 grande capacidade de adaptação 
 produção de substâncias e estruturas 
extracelulares que as protegem do meio 
MICRORGANISMOS ENVOLVIDOS 
NA FORMAÇÃO DE BIOFILME
 Pseudomonas aeruginosa
 Staphylococcus aureus 
 Enterococcus faecium
 Yersinia enterocolitica
 Salmonella thyphimurium
 Escherichia coli 
BENEFÍCIOS
 Produção de alimentos fermentados 
 Tratamento de efluentes de água potável
 Produção de biopolímeros
MALEFÍCIOS 
 Contaminação em indústrias de alimentos
 Deterioração de equipamentos (tubulações de 
petróleo)
 Retardar o fluxo de água, óleo ou outros líquidos –
podendo acelerar a corrosão
BIOFILMES ENVOLVIDOS EM 
INFECÇÕES HUMANAS
 As bactérias em biofilme são metabólica e
morfologicamente diferentes das bactérias em suspensão,
e normalmente possuem maior resistência aos antibióticos
e desinfectantes
 Biofilmes formados em dispositivos médicos implantados
no homem (ex. catéteres) têm sido associados a
numerosas infecções
 Cerca de 65% das infecções bacterianas envolvem
biofilmes :
 Cronicidade: diagnóstico microbiológico difícil e elevada
resistência aos antibióticos
BIOFILMES ENVOLVIDOS EM 
INFECÇÕES HUMANAS
Apesar das diferentes etiologias, as infecções por biofilmes
partilham de algumas características comuns:
1) O desenvolvimento preferencial em superfícies inertes,
tecidos mortos e instrumentos médicos
2) O crescimento lento
3)Serem agentes causais de infecções graves em
indivíduos imunocomprometidos
BIOFILMES ENVOLVIDOS EM 
INFECÇÕES HUMANAS
4) Os antibióticos eliminam os sintomas da infecção
provocada pelos biofilmes mas não o próprio biofilme,
levando ao aparecimento de infecções recorrentes
5) As células bacterianas podem separar-se da estrutura
do biofilme em qualquer fase da infecção e
estabelecer uma nova infecção aguda
CONTROLE DOS BIOFILMES
 Repertório limitado de ferramentas:
 Indústrias – investimento no tratamento de dutos e 
outras superfícies 
 Remoção mecânica
 Desenvolvimento de agentes antimicrobianos: 
 Fármacos que impedem o processo de comunicação 
intercelular – FURANONAS
OBRIGADA