Formação de Biofilme Bacteriano

Um biofilme é uma comunidade estruturada de bactérias aderidas a uma superfície e imersas em uma matriz autoproduzida de substâncias poliméricas extracelulares. A formação de biofilme é um processo de desenvolvimento no qual células de vida livre (planctônicas) aderem a uma superfície, multiplicam-se, constroem uma matriz protetora, amadurecem em estruturas tridimensionais e, eventualmente, dispersam-se para colonizar novos locais.

Definition

Um biofilme é um agregado de microrganismos aderidos a uma superfície ou interface e envolvidos em uma matriz extracelular autoproduzida; a formação de biofilme é a sequência de desenvolvimento regulada de adesão, crescimento, produção de matriz, maturação e dispersão pela qual tais comunidades surgem.

Scope

Este tópico abrange os estágios de desenvolvimento do biofilme, a composição e o papel da matriz extracelular, a sinalização célula-a-célula (quorum sensing) que coordena o comportamento da comunidade e a tolerância que os biofilmes demonstram em relação a antimicrobianos e defesas do hospedeiro. É um tópico de referência em fisiologia microbiana e não fornece orientação clínica.

Core questions

• Quais são os estágios do desenvolvimento do biofilme?
• O que é a matriz do biofilme e quais funções ela desempenha?
• Como o quorum sensing coordena o comportamento do biofilme?
• Por que os biofilmes são mais tolerantes a antimicrobianos do que as células de vida livre?

Key concepts

• Estilo de vida planctônico versus séssil (biofilme)
• Estágios de adesão, maturação e dispersão
• Matriz de substância polimérica extracelular (EPS)
• Quorum sensing e sinalização célula-a-célula
• Tolerância antimicrobiana associada ao biofilme
• Infecções por biofilme relacionadas a dispositivos e crônicas

Mechanisms

A formação do biofilme prossegue como um programa de desenvolvimento: células planctônicas fazem contato reversível inicial com uma superfície, aderem irreversivelmente e proliferam em microcolônias que secretam uma matriz extracelular de polissacarídeos, proteínas e DNA extracelular (O'Toole et al., 2000; Flemming & Wingender, 2010). A matriz mantém a comunidade unida, retém nutrientes e enzimas e forma uma barreira; biofilmes maduros desenvolvem arquitetura característica antes que algumas células se dispersem para colonizar novas superfícies. O quorum sensing, no qual as células liberam e detectam moléculas sinalizadoras difusíveis para avaliar a densidade populacional, coordena a produção da matriz e outros comportamentos da comunidade (Miller & Bassler, 2001). As células dentro dos biofilmes mostram suscetibilidade reduzida a antimicrobianos e defesas do hospedeiro em comparação com as células planctônicas (Costerton et al., 1999).

Clinical relevance

Os biofilmes estão associados a infecções persistentes e relacionadas a dispositivos, incluindo aquelas em cateteres, implantes e em doenças pulmonares crônicas, onde a matriz protetora e a fisiologia alterada das células do biofilme contribuem para a tolerância a agentes antimicrobianos e à depuração imune do hospedeiro (Costerton et al., 1999; Singh et al., 2000). Este tópico descreve a biologia do biofilme para fins de compreensão e não é uma base para diagnóstico ou tratamento.

History

Embora camadas microbianas aderidas fossem observadas muito antes, o conceito moderno de biofilme como uma comunidade estruturada, envolta em matriz, que causa infecção persistente foi articulado por Costerton e colegas na década de 1990 (Costerton et al., 1999). A conceituação da formação de biofilme como um processo de desenvolvimento e o reconhecimento do quorum sensing como seu coordenador estabeleceram os biofilmes como um tema central da fisiologia bacteriana (O'Toole et al., 2000; Miller & Bassler, 2001), e evidências diretas ligaram as comunidades de biofilme à infecção humana crônica (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

Quais são os principais estágios da formação do biofilme?

Células de vida livre aderem a uma superfície, proliferam em microcolônias, produzem uma matriz extracelular e amadurecem em uma estrutura tridimensional, e finalmente dispersam células que podem colonizar novas superfícies.

Por que as bactérias do biofilme são mais difíceis de eliminar do que as bactérias de vida livre?

A matriz extracelular atua como uma barreira protetora e as células dentro dos biofilmes são fisiologicamente alteradas, de modo que a comunidade é mais tolerante a agentes antimicrobianos e defesas imunológicas do hospedeiro do que as células planctônicas; isso está associado a infecções persistentes e relacionadas a dispositivos.