Esteras microbianas

Una biopelícula es una población de bacterias, algas, levaduras u hongos que crece adherida a una superficie. La superficie puede ser viva o no viva. Ejemplos de superficies vivas donde pueden crecer biopelículas incluyen los dientes, las encías y las células que recubren los tractos intestinal y vaginal. Ejemplos de superficies inertes incluyen rocas en cursos de agua y dispositivos médicos implantados como catéteres.

El conocimiento rudimentario de la presencia de biopelículas se conoce desde hace siglos. Por ejemplo, la bacteria Acetobacter aceti unido a astillas de madera se ha utilizado para fabricar vinagre desde el siglo XIX. A pesar de esta historia, las biopelículas se consideraron más una curiosidad hasta la década de 1980. De hecho, mucho de lo que se sabe sobre los microorganismos y sobre áreas específicas, como la resistencia bacteriana a los antibióticos, ha resultado del uso de bacterias que crecen como poblaciones flotantes (planctónicas) en fuentes de crecimiento líquido.

A partir de la década de 1980, se acumuló evidencia que ha llevado al reconocimiento de que la forma flotante de crecimiento bacteriano es artificial y que la forma de crecimiento de biopelículas es el modo de crecimiento natural y preferido de los microbios. Ahora, se acepta que prácticamente todas las superficies que entran en contacto con microorganismos son capaces de mantener la formación de biopelículas.

Gran parte de lo que se sabe sobre las biopelículas proviene del estudio de las bacterias. Normalmente, la biopelícula estudiada en el laboratorio consta de un tipo de bacteria. La observación de una sola bacteria en crecimiento facilita el estudio de la formación y el comportamiento del biofilm. En un entorno natural, sin embargo, una biopelícula a menudo se compone de una variedad de bacterias. La placa dental es un buen ejemplo. Cientos de especies de bacterias pueden estar presentes en la biopelícula que se forma en la superficie de los dientes y las encías.

La formación de una biopelícula comienza cuando las bacterias flotantes encuentran una superficie. El apego puede ocurrir de manera inespecífica o específica. La unión específica implica el reconocimiento de una molécula de superficie por otra molécula en la superficie del microorganismo. La adherencia bacteriana puede ser ayudada por apéndices como flagelos, cilios o la sujeción de Caulobacter crescentus.

A la fijación le sigue una asociación más duradera con la superficie. Para las bacterias, esta asociación implica cambios estructurales y genéticos. Los genes se expresan siguiendo la unión a la superficie. Un resultado particularmente distintivo de esta actividad genética preferencial es la producción de una gran cantidad de un material azucarado conocido como glicocáliz o exopolisacárido. La capa de azúcar entierra la población bacteriana, creando la biopelícula.

A medida que pasa el tiempo, una biopelícula puede volverse más gruesa. Una biopelícula más vieja y madura se diferencia de una biopelícula más joven. Los estudios que utilizan instrumentos que pueden sondear una biopelícula sin alterar físicamente su estructura han demostrado que las bacterias más profundas dentro de una biopelícula dejan de producir el expopolisacárido y ralentizan su tasa de crecimiento para volverse casi inactivas. Por el contrario, las bacterias en el borde de la biopelícula crecen más rápido y producen grandes cantidades de exopolisacárido. Estas actividades ocurren al mismo tiempo y de hecho están coordinadas. Las bacterias pueden comunicarse químicamente entre sí. Este fenómeno, que se denomina detección de quórum, permite que una biopelícula crezca y estimula a las bacterias a dejar una biopelícula y formar nuevas biopelículas en otros lugares.

Otra diferencia en las biopelículas que se desarrollan con el tiempo se refiere a su estructura tridimensional. Una biopelícula joven tiene una estructura bastante uniforme, con las bacterias dispuestas uniformemente por toda la biopelícula. Por el contrario, una biopelícula bien establecida consiste en bacterias agrupadas en microcolonias, con regiones circundantes de exopolisacáridos y canales abiertos de agua que permiten que los alimentos alcancen fácilmente las bacterias y el material de desecho salga fácilmente de la biopelícula.

Las biopelículas bacterianas son importantes en el establecimiento y tratamiento de infecciones. Dentro de la biopelícula, las bacterias son muy resistentes a sustancias químicas como los antibióticos que de otro modo matarían a las bacterias. Las biopelículas resistentes a los antibióticos se producen en superficies inertes, como válvulas cardíacas artificiales y catéteres urinarios, y en superficies vivas, como cálculos biliares, y en los pulmones de las personas que padecen fibrosis quística. En la fibrosis quística, la biopelícula formada por bacterias, principalmente Pseudomonas aeruginosa, protege a las bacterias del sistema inmunológico del huésped. La respuesta inmunitaria puede persistir durante años, lo que irrita y daña el tejido pulmonar.

La investigación ha establecido que el interior de una biopelícula bacteriana implica la comunicación química entre bacterias individuales que ayuda a coordinar el desarrollo de la biopelícula y el desprendimiento de las bacterias periféricas, que se depositan en superficies más remotas para formar una nueva biopelícula. El conocimiento de estas señales químicas puede ayudar a retardar o incluso prevenir la formación de biopelículas en la fibrosis quística y otras enfermedades e infecciones.

Recursos

Libros

Ghannoum, Mahmoud y George A. O'Toole. Biofilms microbianos. Washington, DC: ASM Press, 2004.

Pace, John L., Mark Rupp y Roger G. Finch. Biofilms, Infección y Terapia Antimicrobiana. Boca Ratón: CRC, 2005.

Wilson, Michael y Deirdre Devine. Implicaciones médicas de las biopelículas. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.