Formación de biopelículas bacterianas

Una biopelícula es una comunidad estructurada de bacterias adheridas a una superficie e incrustadas en una matriz auto-producida de sustancias poliméricas extracelulares. La formación de biopelículas es un proceso de desarrollo en el que las células de vida libre (planctónicas) se adhieren a una superficie, se multiplican, construyen una matriz protectora, maduran en estructuras tridimensionales y, finalmente, se dispersan para colonizar nuevos sitios.

Definition

Una biopelícula es un agregado de microorganismos adheridos a una superficie o interfaz y encerrados en una matriz extracelular auto-producida; la formación de biopelículas es la secuencia de desarrollo regulada de adhesión, crecimiento, producción de matriz, maduración y dispersión mediante la cual surgen dichas comunidades.

Scope

Este tema abarca las etapas del desarrollo de las biopelículas, la composición y el papel de la matriz extracelular, la señalización célula a célula (quorum sensing) que coordina el comportamiento de la comunidad, y la tolerancia que las biopelículas muestran hacia los antimicrobianos y las defensas del huésped. Es un tema de referencia en fisiología microbiana y no proporciona orientación clínica.

Core questions

• ¿Cuáles son las etapas del desarrollo de las biopelículas?
• ¿Qué es la matriz de la biopelícula y qué funciones cumple?
• ¿Cómo coordina el quorum sensing (detección de quórum) el comportamiento de las biopelículas?
• ¿Por qué las biopelículas son más tolerantes a los antimicrobianos que las células de vida libre?

Key concepts

• Estilo de vida planctónico versus sésil (biopelícula)
• Etapas de adhesión, maduración y dispersión
• Matriz de sustancia polimérica extracelular (EPS)
• Quorum sensing (detección de quórum) y señalización célula a célula
• Tolerancia antimicrobiana asociada a biopelículas
• Infecciones por biopelículas relacionadas con dispositivos y crónicas

Mechanisms

La formación de biopelículas procede como un programa de desarrollo: las células planctónicas establecen un contacto inicial reversible con una superficie, se adhieren irreversiblemente y proliferan en microcolonias que secretan una matriz extracelular de polisacáridos, proteínas y ADN extracelular (O'Toole et al., 2000; Flemming & Wingender, 2010). La matriz mantiene unida a la comunidad, retiene nutrientes y enzimas, y forma una barrera; las biopelículas maduras desarrollan una arquitectura característica antes de que algunas células se dispersen para colonizar nuevas superficies. El quorum sensing (detección de quórum), en el que las células liberan y detectan moléculas señal difusibles para medir la densidad de población, coordina la producción de la matriz y otros comportamientos comunitarios (Miller & Bassler, 2001). Las células dentro de las biopelículas muestran una susceptibilidad reducida a los antimicrobianos y a las defensas del huésped en comparación con las células planctónicas (Costerton et al., 1999).

Clinical relevance

Las biopelículas se asocian con infecciones persistentes y relacionadas con dispositivos, incluyendo las de catéteres, implantes y en enfermedades pulmonares crónicas, donde la matriz protectora y la fisiología alterada de las células de la biopelícula contribuyen a la tolerancia a los agentes antimicrobianos y a la eliminación inmunitaria del huésped (Costerton et al., 1999; Singh et al., 2000). Este tema describe la biología de las biopelículas con fines de comprensión y no constituye una base para el diagnóstico o el tratamiento.

History

Aunque las capas microbianas adheridas se observaron mucho antes, el concepto moderno de la biopelícula como una comunidad estructurada, encerrada en una matriz y que causa infección persistente fue articulado por Costerton y sus colegas en la década de 1990 (Costerton et al., 1999). La conceptualización de la formación de biopelículas como un proceso de desarrollo y el reconocimiento del quorum sensing (detección de quórum) como su coordinador establecieron las biopelículas como un tema central de la fisiología bacteriana (O'Toole et al., 2000; Miller & Bassler, 2001), y la evidencia directa vinculó las comunidades de biopelículas con la infección humana crónica (Singh et al., 2000).

Key figures

• J. William Costerton
• Roberto Kolter
• Bonnie Bassler
• Hans-Curt Flemming

Seminal works

• costerton-1999
• otoole-2000
• flemming-wingender-2010

Frequently asked questions

¿Cuáles son las principales etapas de la formación de biopelículas?

Las células de vida libre se adhieren a una superficie, proliferan en microcolonias, producen una matriz extracelular y maduran en una estructura tridimensional, y finalmente dispersan células que pueden colonizar nuevas superficies.

¿Por qué las bacterias en biopelículas son más difíciles de eliminar que las bacterias de vida libre?

La matriz extracelular actúa como una barrera protectora y las células dentro de las biopelículas están fisiológicamente alteradas, por lo que la comunidad es más tolerante a los agentes antimicrobianos y a las defensas inmunitarias del huésped que las células planctónicas; esto se asocia con infecciones persistentes y relacionadas con dispositivos.