Biofilme Microbiano: Composição e Formação

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Universidade Federal de Uberlândia
Instituto de Ciências Biomédicas
Departamento de Microbiologia
Denise Von Dolinger
Biofilme Microbiano
Bactérias 
planctônicas Bactérias 
sésseis
Estima-se que 90% dos micro-organismos vivem sob a forma séssil
• São comunidades microbianas aderidas a uma superfície e entre si, 
envolvidas por uma matriz celular polimérica
• Podem ser encontrados em superfícies bióticas ou abióticas,
preferencialmente em superfícies abióticas
• O biofilme protege as células microbianas, deixando-as mais virulentas
Biofilme
Microbiologia Cangussu- Atlas de Microbiologia . Disponível em: https://www.luciacangussu.bio.br/atlas/escherichia-coli/
Espécies bacterianas produtoras de biofilme isoladas de dispositivos invasivos ou tecidos 
vivos, resultando em doença
Espécies bacterianas Sítio do biofilme/doença
Pseudomonas aeruginosa Lente de contato
Infecção pulmonar – fibrose cística
Ferida crônica
Sinusite crônica
Staphylococcus aureus Osteomielite
Ferida crônica
Conjuntivite
Cateter venoso central
Escherichia coli Infecção do trato urinário
Prostatite bacteriana crônica
Acinetobacter baumannii Cateter urinário
Tubo endotraqueal
• Os micro-organismos representam somente uma parte do biofilme 
(10%)
• Podem ser constituídos por bactérias Gram-positivas, Gram-
negativas, fungos, microalgas, protozoários e vírus
Composição do biofilme
• A água é a fração mais
significativa da massa total do
biofilme, podendo variar entre
70 a 95%;
• A estrutura do biofilme possui
canais proteicos que circulam
entre as estruturas do biofilme,
permitindo a aquisição e troca
de genes.
Composição do biofilme
• É responsável pela morfologia, estrutura,
coesão e integridade funcional.
• É formada por ácidos nucleicos, proteínas,
fosfolipídios e principalmente substância
polimérica extracelular- EPS.
• EPS são polissacarídeos que desempenham
funções importantes no biofilme.
Representam cerca de 70 a 95% da matéria
orgânica do biofilme.
Composição do biofilme: Matriz Extracelular
Determinam a estrutura e integridade funcional do
biofilme microbiano; sua produção é controlada por vários
genes
Age como barreira defensiva, auxiliando as células
microbianas a resistirem ao stress múltiplo.
Capta cátions, metais e toxinas conferindo proteção contra
radiações UV, alterações de pH, choques osmóticos.
• As células microbianas presentes nas camadas
superficiais externas possuem acesso fácil a
oxigênio e nutrientes, são metabolicamente
ativas e não tem dificuldade na eliminação de
detritos metabólicos;
• As células incorporadas ao centro do biofilme
estão protegidas de agentes estressantes, são
metabolicamente menos ativas e em fase de
dormência.
Distribuição populacional
• Mudanças fenotípicas;
• Ambiente hostil;
• Mecanismos genéticos;
Passagem de vida livre para séssil
• É dividida em:
• Estágio 1 – Adesão inicial
• Estágio 2 – Adesão irreversível
• Estágio 3 – Formação da cadeia polimérica
• Estágio 4 – Maturação
• Estágio 5 – Liberação das células “persisters”
Formação do biofilme
Estágio 1 e 2 
• Bactérias planctônicas (colonizadores primários) aderem-se a uma 
superfície originando microcolônias, que produzem matriz.
• Essa adesão é mediada por meio de ligações eletrostáticas ou de Van der 
Waals .
Concentração do 
substrato
Superfície
Fatores de 
virulência
• Pili
• Fímbrias
• Flagelos
• Adesinas
• Formação de cadeias poliméricas entre si, estabelecendo uma 
adesão forte e estável. 
• Com a matriz extracelular bem estabelecidas, os micro-organismos 
iniciam a sua multiplicação celular. 
• Alta atividade metabólica. 
Estágio 3 
• Maturação da estrutura do biofilme;
➢Formação de canais e colunas;
➢Entrada de nutrientes e água. 
Estágio 4 
• Liberação das células “persisters”
Estágio 5 
• Mecanismo de comunicação. Trata-se de um sistema de sensores 
ambientais que permite às bactérias monitorarem e responderem às 
densidades populacionais.
• São sintetizados compostos sinalizadores de baixo peso: os autoindutores
• São necessários três eventos pra modular o fenótipo de resposta 
bacteriana: 
• (1) – a síntese de um sinal químico
• (2) – a acumulação do sinal
• (3) – o reconhecimento do sinal
Quorum sensing e o biofilme
Biofilme em fungos
Biofilme mono -espécie Biofilme misto
• São biofilmes formados por
células microbianas de uma
única espécie
• Não representam a realidade
clínica
Biofilme mono-espécie
Biofilme de 
Pseudomonas 
aeruginosa em 
uma superfície 
óssea (biópsia)
Biofilme de 
Staphylococcus
aureus na superfície 
de um CVC
Biofilme de Candida
albicans na superfície
de um stent (ducto
de malha metálica)
biliar
Escarro contendo 
bacilo Gram 
negativo envolto 
por matriz 
extracelular
• São biofilmes formados por membros da microbiota e micro-
organismos patogênicos, bem como eucariotos e procariotos;
sempre levando em consideração de ser mais de uma espécie
• Podem estar presentes no corpo humano tanto em indivíduos
saudáveis quanto em condições infecciosas.
Biofilmes mistos
IUD = intrauterine device = DIU
Antagônicos
Sinérgicos
Antagonismo das bactérias contra o fungo, 
aspergillus flavus
Streptococcus pneumoniae
Pseudomonas aeruginosa é conhecida por inibir o crescimento de micro-organismos,
principalmente de bactérias Gram-positivas, aumentando a sua virulência na
presença da flora orofaríngea e pela comunicação pelo AI tipo II
28
Granillo et al., 2015
S. aureus não forma um biofilme consistente em superfícies abióticas, necessitando de
complementação e nutrientes para crescer. Candida albicans fornece suporte estrutural para que a
bactéria consiga crescer. Foi observado um aumento de S. aureus resistente a vancomicina em
biofilmes polimicrobianos, requerendo a matriz produzida por C.albicans.
Nenhuma adesina foi identificada como responsável pela resistência, mas alguns estudos
proteômicos demonstraram que a interação interespécies influencia a expressão proteica.
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Métodos de 
detecção 
“in vitro”
Método colorimétrico
Os micro-organismos
serão semeados em
caldo BHI e diluídos 1:40.
Cucarella et al., 2011
Sal tetrazólico que avalia a atividade metabólica e 
quantidade de células viáveis 
Quantificação de matriz extracelular polimérica
Quantificação de biomassa
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Formação de biofilmes em placas
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Importância 
Clínica
Estima-se que 60% de todas as infecções hospitalares
estão associadas com formação de biofilme;
2% em implantes de mama e 2% em próteses
10% em marcapasso e desfibrilador
40% Dispositivos médicos ventriculares
38Fonte: https://slideplayer.com.br/slide/5626063/
• A formação do biofilme permite que o micro-organismo
permaneça na superfície do material por mais tempo;
• Aumenta a resistência a antimicrobianos e agentes químicos e
físicos utilizados no processo de higienização;
• Uma vez formados, a limpeza da superfície torna-se difícil pela
presença do EPS (substância polimérica extracelular)
• Antígenos presentes na superfície do biofilme
estimulam a produção de anticorpos;
• Esses anticorpos não conseguem penetrar no
biofilme, formando complexos imunológicos
que podem causar danos ao tecido;
Resposta imune
• Com a maturação do biofilme, este adota uma forma
tridimensional, aumentando a sua virulência;
• Mesmo em indivíduos com resposta imune eficientes, não são
suficientes para o combate do biofilme.
Resistência microbiana
• O teste de susceptibilidade na clínica é feita com cepas isoladas.
• Os micro-organismos tornam-se de 10-1000 vezes mais resistentes ao 
antimicrobianos no biofilme;
• A causa exata da resistência microbiana precisa ser estudada. 
Algumas causas são apontadas como:
• Penetração limitada;
• Alteração da taxa de crescimento;
• Alterações fisiológicas;
• Expressão genética.
Cerca et al., 2011
• A relação direta entre infecção hospitalar e biofilmes ainda
não é investigada frequentemente;
• As patologias mais comuns causadas por bactériasconhecidas
como formadoras de biofilme são Pneumonia associada a
ventilação, infecções sistêmicas e infecções urinárias;
• Biofilme dificulta o tratamento e aumenta os custos
hospitalares.
Orlandi et al., 2017; Menoita et al., 43
• A prevenção deve ser focada em dois aspectos:
➢Redução ao máximo da presença dos micro-organismos no
ambiente;
➢Desenvolvimento de novos produtos para superfícies ou condições
especiais que desfavoreçam a adesão primária.
Henriques et al., 2011 44
Como prevenir o biofilme?
• Colocar em prática o protocolo de processamento desenvolvido para 
biofilme;
• Pesquisa e criação de novos métodos de detecção;
• Seleção de artigos e equipamentos; 
• Limpeza adequada;
• Treinamento, supervisão;
Nós X biofilme