Comunidades Microbianas e Biofilmes

Na natureza, os microrganismos raramente vivem isolados; eles formam comunidades estruturadas e biofilmes aderidos a superfícies, cujas propriedades coletivas diferem marcadamente daquelas das células individuais de vida livre.

Definition

Comunidades microbianas são agrupamentos de microrganismos interagentes que compartilham um ambiente, e biofilmes são comunidades estruturadas de células aderidas a uma superfície e imersas em uma matriz extracelular autoproduzida.

Scope

Este tópico abrange as interações que estruturam as comunidades microbianas, incluindo competição, cooperação e troca metabólica; a formação, arquitetura e ciclo de vida dos biofilmes; a matriz extracelular e a fisiologia alterada das células do biofilme; a percepção de quórum (quorum sensing) e o comportamento coordenado; e as consequências ecológicas e práticas da vida em comunidades e em superfícies.

Core questions

• Como as interações entre microrganismos estruturam as comunidades?
• Como os biofilmes se formam e se desenvolvem?
• Por que as células do biofilme se comportam de forma diferente das células de vida livre?
• Como os microrganismos coordenam o comportamento em grupo?

Key concepts

• Interações comunitárias e troca metabólica
• Formação e arquitetura de biofilmes
• Matriz polimérica extracelular
• Percepção de quórum (Quorum sensing)
• Fisiologia alterada das células do biofilme

Key theories

Modo de crescimento em biofilme

Costerton e colegas argumentaram que os biofilmes aderidos à superfície e envoltos em matriz são um modo de vida microbiana predominante e distinto, no qual as células apresentam fisiologia alterada e maior tolerância em comparação com as células de vida livre.

Mechanisms

Os microrganismos em comunidades interagem através da competição por recursos, troca cooperativa de metabólitos e sinalização química. A formação de biofilmes começa com a adesão a uma superfície, seguida por crescimento, produção de uma matriz extracelular que mantém as células unidas e maturação em uma comunidade estruturada; as células dentro dos biofilmes frequentemente exibem expressão gênica alterada e maior tolerância a estresses. Comportamentos coordenados, como a percepção de quórum, permitem que as populações respondam coletivamente à sua densidade.

Clinical relevance

Os biofilmes formam-se em superfícies naturais, sistemas industriais e dispositivos médicos, onde sua tolerância a antimicrobianos e defesas do hospedeiro contribui para contaminação persistente e infecções crônicas, tornando a biologia de comunidades e biofilmes importante em contextos ambientais, industriais e de saúde.

History

O reconhecimento de que a maioria dos microrganismos em ambientes naturais e clínicos vive em biofilmes aderidos a superfícies, em vez de como células flutuantes livres, cresceu no final do século XX, com revisões como a de Costerton e colegas em 1999 destacando os biofilmes como uma causa comum de infecções persistentes e um modo distinto de vida microbiana.

Key figures

• J. William Costerton
• E. Peter Greenberg

Seminal works

• costerton1999
• madigan2018

Frequently asked questions

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

As células em um biofilme são protegidas por uma matriz extracelular e frequentemente exibem fisiologia alterada, o que, em conjunto, aumenta sua tolerância a agentes antimicrobianos e defesas do hospedeiro em comparação com as mesmas células crescendo livremente. É por isso que os biofilmes estão associados à contaminação e infecção persistentes.