A Brief Introduction to Biofilms
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Biofilm in pipe section.
Biofilm in stream in Yellowstone National Park.
Biofilm scraped from reverse osmosis membrane.
Dental plaque is biofilm.,aunque no esté familiarizado con el término biofilm, ciertamente ha encontrado biofilms regularmente. Por ejemplo, la placa que se forma en los dientes y causa caries dental es un tipo de biopelícula bacteriana. La «suciedad» que obstruye los desagües de su hogar también es una biopelícula. Si alguna vez ha caminado en un arroyo o río, es posible que se haya resbalado en rocas que eran viscosas con biopelícula. Una infección persistente en un raspón que obtuviste de una lesión deportiva probablemente era un biofilm., Y así es: biofilms-están donde quieres estar.
Entonces, ¿qué es un biofilm?
un biofilm está compuesto por microorganismos vivos y reproductores, como bacterias, que existen como colonia o comunidad. En otras palabras, las biofilms están vivas y tienen una estructura social compleja que los científicos e ingenieros todavía están tratando de desentrañar, una estructura que las protege y les permite crecer.
¿cómo se forman las biofilms?,
un biofilm se forma cuando ciertos microorganismos (por ejemplo, algunos tipos de bacterias) se adhieren a la superficie de algún objeto en un ambiente húmedo y comienzan a reproducirse. Los microorganismos forman una unión a la superficie del objeto mediante la secreción de una sustancia viscosa, similar al pegamento. Las biopelículas pueden formarse en casi cualquier superficie imaginable: metales, plásticos, materiales naturales (como rocas), implantes médicos, mostradores de cocina, lentes de contacto, las paredes de un jacuzzi o piscina (¿alguna vez notó que los lados de un jacuzzi o piscina parecían ligeramente viscosos?,), tejido humano y animal, y así sucesivamente. De hecho, dondequiera que exista la combinación de humedad, nutrientes y una superficie, es probable que también se encuentren biopelículas.
una comunidad de biopelículas puede estar formada por un solo tipo de microorganismo, pero en la naturaleza las biopelículas casi siempre consisten en mezclas de muchas especies de bacterias, así como hongos, algas, levaduras, protozoos y otros microorganismos, junto con desechos no vivos y productos de corrosión. Por ejemplo, se han identificado más de 500 especies bacterianas en biopelículas típicas de placa dental.
¿qué tan grande puede llegar a ser un biofilm?,
Las Biofilms pueden ser tan delgadas como para evitar la detección a simple vista—solo unas pocas capas de células gruesas. Las biopelículas que casi con certeza existen en el mostrador de la cocina, por ejemplo, son generalmente indetectables a la vista (a menos que, como algunos estudiantes universitarios, no laves los mostradores muy a menudo). También pueden crecer hasta convertirse en muchas pulgadas de espesor; probablemente no en una encimera (al menos esperamos que no), pero ciertamente como algas en las rocas en un lecho de Río.
¿qué hace que un biofilm se pegue?,
ingenieros y científicos han descubierto que las biopelículas se mantienen unidas por hebras moleculares azucaradas, denominadas colectivamente » sustancias poliméricas extracelulares «(un bocado de un término que esencialmente significa» compuestos o sustancias que se forman fuera de las paredes de las células») o » EPS.»Las células producen hebras de EPS y se mantienen unidas por estas hebras, lo que les permite desarrollar comunidades complejas, tridimensionales y Unidas que son resistentes a los ataques que destruirían células individuales que no forman parte de una colonia de biopelículas.,
P. Dirckx, Center for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman
Figura 1. El Ciclo De Vida Del Biofilm.
1. Las bacterias de flotación libre, o planctónicas, encuentran una superficie sumergida y en cuestión de minutos pueden adherirse. Comienzan a producir sustancias poliméricas extracelulares viscosas (EPS) y a colonizar la superficie.
2., La producción de EPS permite a la comunidad emergente de biofilm desarrollar una estructura compleja y tridimensional que está influenciada por una variedad de factores ambientales. Las comunidades de Biofilm pueden desarrollarse en cuestión de horas.
3. Las biopelículas pueden propagarse a través del desprendimiento de grupos pequeños o grandes de células, o por un tipo de «dispersión sembradora» que libera células individuales. Cualquier tipo de desprendimiento permite que las bacterias se adhieran a una superficie o a un biofilm aguas abajo de la Comunidad original.
¿cómo se pueden tratar las biopelículas nocivas?
Ah!, Ahora llegamos al quid de la cuestión de las biofilms. Lea esta pequeña sección cuidadosamente, porque cuando usted consigue el punto Aquí, usted entenderá porqué el estudio de biofilms es tan radical e importante, y el resto de este hypertextbook tendrá sentido para usted. Usted ve, el tratamiento eficaz (es decir, la destrucción) de microorganismos dañinos, tales como bacterias, ha sido estudiado durante muchos años desde la perspectiva equivocada! Así es., Los microorganismos dañinos fueron estudiados (y todavía son, desafortunadamente, en gran medida) en aislamiento, no como miembros de una colonia de biopelículas, donde en realidad residen normalmente.
vamos a discutir esto a modo de ejemplo. ¿Alguna vez has oído hablar, digamos, de un enjuague bucal que se anuncia para «matar millones de gérmenes al contacto?»Esa es probablemente una declaración veraz de la compañía de enjuagues bucales (oye, no estamos tratando de hacer que nadie se quede sin negocio; sin embargo, nos gustaría ayudarlos a hacer su negocio mejor). Pero ahora considere esto. Esos millones de gérmenes están incrustados en una biopelícula de placa en su boca., ¿Cómo penetra el enjuague bucal en la biopelícula para entrar en contacto con cada uno de esos millones de gérmenes individuales? Buena pregunta. Recuerde que dijimos que las biopelículas pueden volverse bastante gruesas, y que parecen tener la capacidad de formar mecanismos defensivos contra ataques externos.,
el hecho es que los enjuagues bucales, antibióticos, limpiadores domésticos, desinfectantes y la mayoría de las otras fórmulas de tratamiento de hoy en día se desarrollaron probando su efecto sobre microorganismos dañinos en un estado planctónico (un estado en el que los microorganismos flotan en una solución como individuos, no como parte de una colonia de biopelícula adherida a una superficie). Por lo tanto, aunque tales tratamientos pueden efectivamente matar millones de gérmenes al contacto, el efecto de estos tratamientos es severamente limitado cuando se aplican a entornos del mundo real en los que los microorganismos a Matar son en realidad miembros de un biofilm.,
la conclusión, y una que actualmente está siendo perseguida agresivamente por investigadores de biofilm en todo el mundo, es que todo el estudio del tratamiento de microorganismos dañinos debe ser revisado a la luz de esta nueva comprensión de cómo esos microorganismos realmente se presentan en nuestro entorno: como biofilms. Se debe comprender la estructura, el crecimiento, los mecanismos de defensa, la reproducción y todas las demás facetas de las biopelículas, y se deben desarrollar nuevos tratamientos y métodos para evaluar la eficacia de esos tratamientos.,
Estos son los grandes retos a los que se enfrentan los que entran en el campo de las biofilms. Ya se han hecho muchos progresos, pero hay mucho más que entender y hacer, tanto en términos de desarrollar tratamientos eficaces como en educar a la sociedad sobre las biopelículas y sus implicaciones. Es por eso que decimos que este es un buen campo para que los jóvenes lo consideren como un enfoque profesional en biología, microbiología, ingeniería y Ciencia Ambiental, bioquímica y otras disciplinas.
oh, Y vamos a terminar la historia sobre el enjuague bucal., Dado lo que se sabe sobre la placa dental ahora, tendría que hacer gárgaras con un buen enjuague bucal durante unos cinco minutos seguidos para matar esos millones de gérmenes presentes en los dientes recubiertos con una cantidad «promedio» de placa.
¿Cuáles son los impactos financieros de las Biofilms?
Las Biofilms cuestan literalmente miles de millones de dólares cada año en pérdidas de energía, daños a equipos, contaminación de productos e infecciones médicas., Pero las biopelículas también ofrecen un enorme potencial para la biorremediación de sitios de desechos peligrosos, el biofiltro de agua y aguas residuales municipales e industriales, y la formación de biobarriers para proteger el suelo y las aguas subterráneas de la contaminación. La complejidad de la actividad y el comportamiento del biofilm requiere contribuciones de investigación de muchas disciplinas como la bioquímica, la ingeniería, las matemáticas y la microbiología. Nuevas ideas sobre los misterios del biofilm se publican regularmente en una amplia variedad de revistas científicas y de ingeniería.