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Propiedades de los biofilms

La formación de biofilms supone una estrategia de supervivencia para las bacterias, pues les confiere unas ventajas frente a las bacterias plantónicas: comunicación (quorum sensing), resistencia y capacidad adaptativa.

En ambientes oligotróficos (insuficiencia de nutrientes), la mayoría de las bacterias (y algunos hongos) abandonan su estado de células planctónicas individuales y crecen como biofilms, formando colonias incluidas en una matriz y adheridas a superficies que les proporcionan los nutrientes necesarios. La formación de biofilms supone una estrategia de supervivencia para las bacterias, pues les confieren una serie de ventajas: ambiente resguardado, mejor captación de nutrientes, etc.

Heterogeneidad fisiológica

En el interior de un biofilm puede existir una gran diversidad de micronichos o microambientes notablemente heterogéneos, mínimamente separados entre sí y donde los microorganismos compiten por el espacio bajo condiciones variables. Las condiciones del medio, como el pH, la temperatura, la concentración de nutrientes, etc, pueden ser muy variables, lo que ocasiona que bacterias de la misma especie puedan presentar estados fisiológicos muy diferentes o que coexistan especies bacterianas con distintas necesidades fisiológicas (anaerobias, aerobias, microaerobias) separadas entre sí por solo 10 μm1,2

En esa comunidad heterogénea, de estructura compleja, los microorganismos conviven, cooperan, interaccionan y se comunican por sistemas de señales que dirigen el fenotipo y regulan la expresión de genes. La importancia clínica del intricado ecosistema de los biofilms radica en que se trata de comunidades microbianas que tienen la capacidad de cambiar como resultado de la intervención terapéutica.

Heterogeneidad fisiologica - Morfologia y coexistencia bacteriana

Mayor resistencia fenotípica

Las bacterias que crecen en el biofilm, en forma sésil, manifiestan un fenotipo diferente del que muestran cuando crecen en suspensión, en forma planctónica, expresando genes que nunca se expresan en las formas planctónicas y que les confieren resistencia a los antibióticos, al estrés ambiental y a las defensas del hospedador (anticuerpos y células fagocíticas). Esta resistencia se mantiene incluso cuando se desprenden del biofilm2.

Comunicación interbacteriana

Las bacterias que conviven en un biofilm tienen capacidad para comunicarse entre ellas, bien por medio de señales químicas o mediante transferencia de material genético a través de mecanismos de conjugación (transferencia de plásmidos y transposones) y la transformación2.

Dentro de la capacidad comunicativa mediante señales químicas es importante el fenómeno de quorum sensing3.

Se trata de un fenómeno por el cual las bacterias perciben la densidad de población bacteriana que existe en su entorno próximo mediante mecanismos biosensores específicos (acumulación de moléculas con función señalizadora). Cuando dicha densidad alcanza un valor crítico se desencadena una determinada respuesta bacteriana fijada genéticamente.

El quorum sensing puede proporcionar a los biofilms algunas de sus propiedades características, tanto en lo referente al desarrollo de los mismos, como a la mayor resistencia frente a los antimicrobianos. Por ejemplo, puede promover la expresión de genes codificantes para la resistencia a un determinado antibiótico a partir de cierta densidad celular; tendría también capacidad para influir en la estructura del biofilm, estimulando el crecimiento de especies beneficiosas para el mismo e inhibiendo el crecimiento de las especies competidoras2.

En resumen, la capacidad que poseen de comunicarse entre sí influye en la resistencia bacteriana frente a los antimicrobianos, en la producción de factores de virulencia y en la estructura del propio biofilm.

Comunicación entre bacterias
Fuente: MSU-CBE (Center for Biofilm Engineering - Montana State University)

Capacidad adaptativa

En condiciones favorables de aporte de nutrientes y de medio ambiente, los biofilms deben mantener un equilibrio entre el crecimiento y el mantenimiento de su estructura. En condiciones desfavorables, los biofilms tienen capacidad para involucionar a estadios anteriores, pero manteniendo su estructura y su adhesión a la superficie, pudiendo volver a desarrollarse cuando las condiciones mejoran4.

Resistencia a los agentes antimicrobianos

Tal como se ha mencionado anteriormente, una de las características de los biofilms es su mayor resistencia a los antimicrobianos. Esta cualidad puede deberse a varias circunstancias: la protección que la matriz de exopolisacáridos proporciona a las bacterias; la menor concentración –no efectiva– con la que los antimicrobianos llegan a las zonas profundas del biofilm; la capacidad de las bacterias atacadas con dosis subletales para desarrollar resistencia frente a los antimicrobianos; la activación de genes que proporcionan mayor resistencia frente a los antimicrobianos por las bacterias que crecen en forma sésil en comparación con las formas planctónicas; el estado de quiesciencia de las bacterias de zonas profundas del biofilm, debido al menor aporte de nutrientes, que las hace menos susceptibles a la acción de los antimicrobianos.



Bibliografía

  1. Costerton JW. Biofilms, the customized microniche. J Bacteriology 1994;176:2137-42.
  2. Socransky SS, Haffajee AD. Biofilms dentales: objetivos terapeúticos difíciles. Periodontol 2000 2003;3:12-55.
  3. Piqueras M. Fichas de Medtrad. Ficha n.º 5: Quorum sensing. Panace@ Vol. 2, n.º 6. Dicembre, 2001.
  4. Serrano-Granger, J. Efectos de un colutorio con clorhexidina al 0,05% y cloruro de cetilpiridinio al 0,05% en pacientes en mantenimiento periodontal. Tesis Doctoral. 2007. URL Oficial: http://eprints.ucm.es/tesis/odo/ucm-t29610.pdf

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