Comunidades Microbianas y Biopelículas

En la naturaleza, los microbios rara vez viven solos; forman comunidades estructuradas y biopelículas adheridas a superficies cuyas propiedades colectivas difieren notablemente de las de las células individuales de vida libre.

Definition

Las comunidades microbianas son conjuntos de microorganismos que interactúan y comparten un entorno, y las biopelículas son comunidades estructuradas de células adheridas a una superficie e incrustadas en una matriz extracelular autoproducida.

Scope

Este tema abarca las interacciones que estructuran las comunidades microbianas, incluyendo la competencia, la cooperación y el intercambio metabólico; la formación, arquitectura y ciclo de vida de las biopelículas; la matriz extracelular y la fisiología alterada de las células de la biopelícula; la detección de quórum y el comportamiento coordinado; y las consecuencias ecológicas y prácticas de la vida en comunidades y en superficies.

Core questions

• ¿Cómo estructuran las interacciones entre microbios las comunidades?
• ¿Cómo se forman y desarrollan las biopelículas?
• ¿Por qué las células de la biopelícula se comportan de manera diferente a las células de vida libre?
• ¿Cómo coordinan los microbios el comportamiento grupal?

Key concepts

• Interacciones comunitarias e intercambio metabólico
• Formación y arquitectura de biopelículas
• Matriz polimérica extracelular
• Detección de quórum
• Fisiología alterada de las células de la biopelícula

Key theories

Modo de crecimiento en biopelícula

Costerton y sus colegas argumentaron que las biopelículas adheridas a superficies y encerradas en una matriz son un modo predominante y distinto de vida microbiana en el que las células muestran una fisiología alterada y una mayor tolerancia en comparación con las células de vida libre.

Mechanisms

Los microbios en las comunidades interactúan a través de la competencia por los recursos, el intercambio cooperativo de metabolitos y la señalización química. La formación de biopelículas comienza con la adhesión a una superficie, seguida del crecimiento, la producción de una matriz extracelular que mantiene unidas a las células y la maduración en una comunidad estructurada; las células dentro de las biopelículas a menudo muestran una expresión génica alterada y una mayor tolerancia a los estreses. Comportamientos coordinados como la detección de quórum permiten que las poblaciones respondan colectivamente a su densidad.

Clinical relevance

Las biopelículas se forman en superficies naturales, sistemas industriales y dispositivos médicos, donde su tolerancia a los antimicrobianos y las defensas del huésped contribuye a la contaminación persistente y las infecciones crónicas, haciendo que la biología de las comunidades y las biopelículas sea importante en contextos ambientales, industriales y relacionados con la salud.

History

El reconocimiento de que la mayoría de los microbios en entornos naturales y clínicos viven en biopelículas adheridas a superficies en lugar de como células de vida libre creció a lo largo de finales del siglo XX, con revisiones como la de Costerton y sus colegas en 1999 que destacaron las biopelículas como una causa común de infecciones persistentes y un modo distinto de vida microbiana.

Key figures

• J. William Costerton
• E. Peter Greenberg

Seminal works

• costerton1999
• madigan2018

Frequently asked questions

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

Las células en una biopelícula están protegidas por una matriz extracelular y a menudo muestran una fisiología alterada, lo que en conjunto aumenta su tolerancia a los agentes antimicrobianos y las defensas del huésped en comparación con las mismas células que crecen libremente. Por esta razón, las biopelículas se asocian con la contaminación e infección persistentes.