INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES AMBIENTAIS NO CRESCIMENTO MICROBIANO
BIOFILMES
Polímero de elevado peso
Comunidade estruturada de células aderentes a uma superfície inerte molecular composto por
(abiótica) ou viva (biótica), embebidas numa matriz de exopolissacárido resíduos de açúcares e que é
secretado pelo microrganismo
produtor para o meio
circundante.
AMBIENTES PROPÍCIOS Á FORMAÇÃO DE BIOFILMES
BIOFILMES
Os produtos do metabolismo de uma
espécie podem auxiliar o crescimento HETEROGÉNEOS SIMPLES
das outras e a adesão de uma dada
compostos por duas ou compostos por um único
espécie fornecer ligandos pode mais espécies microrganismo
promover a ligação de outras.
Inversamente, a competição pelos
nutrientes e a acumulação de meta- 63
bolitos tóxicos produzidos pelas
espécies colonizadoras poderão limitar
a diversidade de espécies num
biofilme.
Onde podemos encontrar biofilmes bacterianos?
Alguns exemplos:
SUPORTES NATURAIS
o na superfície de rochas/pedras imersas em ambientes aquáticos
o na superfície de folhas ou outros tecidos em plantas
o na placa dentária
SUPORTES ARTIFICIAIS
o interior de canalizações (ex. transporte de água ou outros fluidos)
o superfície de implantes ou próteses artificiais no corpo humano
o superfície de lentes de contacto
, o superfície de instrumentos médicos
o leitos de biosorção para tratamento de águas poluídas (ex. remoção de metais presentes na água
residual)
o superfície de recipientes e de equipamentos para processamento de alimentos na superfície de
filtros percoladores (ex. tratamento biológico de águas residuais/esgotos)
o Consequências: Deterioração / corrosão de superfícies (materiais, estruturas); Virulência /
infeções microbianas; Resistência microbiana a antibióticos, desinfetantes, etc. (é, em geral,
facilitada; pode ocorrer troca de material genético entre células bacterianas)
ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO DE UM BIOFILME:
1ª – ADESÃO A UMA SUPERFÍCIE
o Adesão de uma bactéria a uma superfície abiótica - Geralmente mediada por interações
não específicas (ex. forças hidrofóbicas)
o Adesão a um tecido vivo ou desvitalizado - Normalmente mediada por mecanismos
moleculares específicos de “ancoragem”
Adesão primária: é um processo reversível que envolve a aproximação deste à superfície, de forma
aleatória ou através de mecanismos de quimiotaxia e de mobilidade (etapa I). Quando o microrganismo
atinge uma proximidade crítica da superfície, a ocorrência de adesão depende do balanço final entre
forças atrativas e repulsivas.
2ª – MATURAÇÃO DO BIOFILME
Adesão irreversível: As células fracamente ligadas consolidam o processo de adesão produzindo
exopolissacáridos que complexam os materiais da superfície e os recetores específicos localizados nos
flagelos, pilli ou fímbrias: dá-se adesão irreversível (etapa II).
Durante este estágio de adesão, os microrganismos individualizados podem “colar-se” uns
aos outros, formando agregados na superfície a que aderem.
Maturação do biofilme: (etapa III e IV). A densidade e complexidade do biofilme aumenta à medida
que as células se dividem (ou morrem) e os componentes extracelulares gerados pelas bactérias
interagem com moléculas orgânicas e inorgânicas do ambiente circundante para formar o glicocálix.
o Nesta fase, os biofilmes tornam-se altamente hidratados, formando-se estruturas abertas
compostas por 73 a 98% de material não celular, incluindo exopolissacárido e canais por onde
circulam os nutrientes
3ª – RUPTURA DO BIOFILME
, Quando o biofilme atinge uma determinada massa crítica e o
equilíbrio dinâmico é alcançado, as camadas mais externas do
biofilme começam a libertar células individualizadas, que se podem
rapidamente dispersar e multiplicar, colonizando novas superfícies
e organizando novos biofilmes em novos locais (etapa V).
Nota: O crescimento de qualquer biofilme é limitado por:
o disponibilidade de nutrientes no ambiente circundante e pela sua propagação a células localizadas
no interior do biofilme
o pH
o difusão de oxigénio
o fonte de carbono
VANTAGENS
Nicho mais favorável: maior disponibilidade de nutrientes;
Proteção: face a condições agressoras (ex. calor, desidratação), ao stress químico (ex. antibióticos,
desinfetantes) e ao sistema imunitário do organismo infetado (ex. fagocitose), no caso de uma
superfície viva.
Interação com outros organismos: através do estabelecimento de simbioses, da comunicação
entre células (“quorum-sensing”) e da troca de material genético (ex. conjugação e transformação).
CONSEQUÊNCIAS
Negativas: degradação/corrosão de superfícies inertes, ou mesmo vivas; virulência e infeções
microbianas; maior resistência a agentes antimicrobianos (interação com outros organismos)
Positivas: exploração no tratamento biológico de águas residuais e aplicação industrial (ex.
produção de vinagre).
, QUORUM SENSING
Quorum sensing Mecanismo que permite às células aferir a densidade populacional.
o Muitas bactérias utilizam esta abordagem para garantir que o
número de células da população é suficiente, antes de dar
início a atividades cuja eficiência está dependente da
densidade celular.
Ex.: Uma bactéria patogénica que secrete uma toxina quando:
→ Isolada: dificilmente provocará qualquer efeito significativo, não passando de um desperdício de
recursos.
→ Na presença de uma população suficientemente grande, a expressão coordenada da toxina
poderá ser bem sucedida ao ponto de causar uma doença.
Espécies envolvidas em mecanismos de “quorum sensing” sintetizam moléculas sinalizadoras
específicas que recebem o nome de autoindutores.
Atravessam livremente o envelope celular → a sua
concentração no interior da célula será tanto mais elevada
quanto maior a população na proximidade da célula em
questão (todas as células estarão a emitir autoindutores)
Ex.: acil-homoserina lactonas (AHL)
Quando em número suficiente:
Promovem a sua própria síntese
Regulam a expressão dos genes específicos que codificam para proteínas cuja biossintese é
dependente de “quorum-sensing”
Ex.: enzimas envolvidas na síntese de exopolissacáridos e de algumas toxinas bacterianas
Para além deste exemplo, o “quorum sensing” pode ainda ser encontrado
Na formação de biofilmes Em fenómenos de bioluminescência
(controlo da produção de em bactérias marinhas (controlo da
polissacárido) produção da enzima luciferase)
Este mecanismo foi já detetado tanto em bactérias Gram-positivas como em Gram-negativas, para
além de microrganismos eucariotas.
BIOFILMES
Polímero de elevado peso
Comunidade estruturada de células aderentes a uma superfície inerte molecular composto por
(abiótica) ou viva (biótica), embebidas numa matriz de exopolissacárido resíduos de açúcares e que é
secretado pelo microrganismo
produtor para o meio
circundante.
AMBIENTES PROPÍCIOS Á FORMAÇÃO DE BIOFILMES
BIOFILMES
Os produtos do metabolismo de uma
espécie podem auxiliar o crescimento HETEROGÉNEOS SIMPLES
das outras e a adesão de uma dada
compostos por duas ou compostos por um único
espécie fornecer ligandos pode mais espécies microrganismo
promover a ligação de outras.
Inversamente, a competição pelos
nutrientes e a acumulação de meta- 63
bolitos tóxicos produzidos pelas
espécies colonizadoras poderão limitar
a diversidade de espécies num
biofilme.
Onde podemos encontrar biofilmes bacterianos?
Alguns exemplos:
SUPORTES NATURAIS
o na superfície de rochas/pedras imersas em ambientes aquáticos
o na superfície de folhas ou outros tecidos em plantas
o na placa dentária
SUPORTES ARTIFICIAIS
o interior de canalizações (ex. transporte de água ou outros fluidos)
o superfície de implantes ou próteses artificiais no corpo humano
o superfície de lentes de contacto
, o superfície de instrumentos médicos
o leitos de biosorção para tratamento de águas poluídas (ex. remoção de metais presentes na água
residual)
o superfície de recipientes e de equipamentos para processamento de alimentos na superfície de
filtros percoladores (ex. tratamento biológico de águas residuais/esgotos)
o Consequências: Deterioração / corrosão de superfícies (materiais, estruturas); Virulência /
infeções microbianas; Resistência microbiana a antibióticos, desinfetantes, etc. (é, em geral,
facilitada; pode ocorrer troca de material genético entre células bacterianas)
ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO DE UM BIOFILME:
1ª – ADESÃO A UMA SUPERFÍCIE
o Adesão de uma bactéria a uma superfície abiótica - Geralmente mediada por interações
não específicas (ex. forças hidrofóbicas)
o Adesão a um tecido vivo ou desvitalizado - Normalmente mediada por mecanismos
moleculares específicos de “ancoragem”
Adesão primária: é um processo reversível que envolve a aproximação deste à superfície, de forma
aleatória ou através de mecanismos de quimiotaxia e de mobilidade (etapa I). Quando o microrganismo
atinge uma proximidade crítica da superfície, a ocorrência de adesão depende do balanço final entre
forças atrativas e repulsivas.
2ª – MATURAÇÃO DO BIOFILME
Adesão irreversível: As células fracamente ligadas consolidam o processo de adesão produzindo
exopolissacáridos que complexam os materiais da superfície e os recetores específicos localizados nos
flagelos, pilli ou fímbrias: dá-se adesão irreversível (etapa II).
Durante este estágio de adesão, os microrganismos individualizados podem “colar-se” uns
aos outros, formando agregados na superfície a que aderem.
Maturação do biofilme: (etapa III e IV). A densidade e complexidade do biofilme aumenta à medida
que as células se dividem (ou morrem) e os componentes extracelulares gerados pelas bactérias
interagem com moléculas orgânicas e inorgânicas do ambiente circundante para formar o glicocálix.
o Nesta fase, os biofilmes tornam-se altamente hidratados, formando-se estruturas abertas
compostas por 73 a 98% de material não celular, incluindo exopolissacárido e canais por onde
circulam os nutrientes
3ª – RUPTURA DO BIOFILME
, Quando o biofilme atinge uma determinada massa crítica e o
equilíbrio dinâmico é alcançado, as camadas mais externas do
biofilme começam a libertar células individualizadas, que se podem
rapidamente dispersar e multiplicar, colonizando novas superfícies
e organizando novos biofilmes em novos locais (etapa V).
Nota: O crescimento de qualquer biofilme é limitado por:
o disponibilidade de nutrientes no ambiente circundante e pela sua propagação a células localizadas
no interior do biofilme
o pH
o difusão de oxigénio
o fonte de carbono
VANTAGENS
Nicho mais favorável: maior disponibilidade de nutrientes;
Proteção: face a condições agressoras (ex. calor, desidratação), ao stress químico (ex. antibióticos,
desinfetantes) e ao sistema imunitário do organismo infetado (ex. fagocitose), no caso de uma
superfície viva.
Interação com outros organismos: através do estabelecimento de simbioses, da comunicação
entre células (“quorum-sensing”) e da troca de material genético (ex. conjugação e transformação).
CONSEQUÊNCIAS
Negativas: degradação/corrosão de superfícies inertes, ou mesmo vivas; virulência e infeções
microbianas; maior resistência a agentes antimicrobianos (interação com outros organismos)
Positivas: exploração no tratamento biológico de águas residuais e aplicação industrial (ex.
produção de vinagre).
, QUORUM SENSING
Quorum sensing Mecanismo que permite às células aferir a densidade populacional.
o Muitas bactérias utilizam esta abordagem para garantir que o
número de células da população é suficiente, antes de dar
início a atividades cuja eficiência está dependente da
densidade celular.
Ex.: Uma bactéria patogénica que secrete uma toxina quando:
→ Isolada: dificilmente provocará qualquer efeito significativo, não passando de um desperdício de
recursos.
→ Na presença de uma população suficientemente grande, a expressão coordenada da toxina
poderá ser bem sucedida ao ponto de causar uma doença.
Espécies envolvidas em mecanismos de “quorum sensing” sintetizam moléculas sinalizadoras
específicas que recebem o nome de autoindutores.
Atravessam livremente o envelope celular → a sua
concentração no interior da célula será tanto mais elevada
quanto maior a população na proximidade da célula em
questão (todas as células estarão a emitir autoindutores)
Ex.: acil-homoserina lactonas (AHL)
Quando em número suficiente:
Promovem a sua própria síntese
Regulam a expressão dos genes específicos que codificam para proteínas cuja biossintese é
dependente de “quorum-sensing”
Ex.: enzimas envolvidas na síntese de exopolissacáridos e de algumas toxinas bacterianas
Para além deste exemplo, o “quorum sensing” pode ainda ser encontrado
Na formação de biofilmes Em fenómenos de bioluminescência
(controlo da produção de em bactérias marinhas (controlo da
polissacárido) produção da enzima luciferase)
Este mecanismo foi já detetado tanto em bactérias Gram-positivas como em Gram-negativas, para
além de microrganismos eucariotas.
