14.3C: Biofilms e Infecciones

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Las biopelículas se formarán en prácticamente todas las superficies que no se desprenden en un ambiente acuoso no estéril (o muy húmedo).

Objetivos de aprendizaje

Discutir la importancia de las biopelículas en la comunidad biomédica

Puntos Clave

Se ha encontrado que las biopelículas están involucradas en una amplia variedad de infecciones microbianas en el cuerpo.
Los microbios forman una biopelícula en respuesta a muchos factores, que pueden incluir el reconocimiento celular de sitios de unión específicos o no específicos en una superficie y señales nutricionales.
Las biopelículas bacterianas pueden afectar la cicatrización de heridas cutáneas y reducir la eficiencia antibacteriana tópica en la curación o tratamiento de heridas cutáneas infectadas.

Términos Clave

biopelícula: Una fina película de moco creada por y que contiene una colonia de bacterias y otros microorganismos.
estéril: incapaz de reproducirse (o procrear)

Una biopelícula es un agregado de microorganismos en el que las células se adhieren entre sí en una superficie. Estas células adherentes están frecuentemente incrustadas dentro de una matriz autoproducida de sustancia polimérica extracelular (EPS).

Los microbios forman una biopelícula en respuesta a muchos factores, que pueden incluir el reconocimiento celular de sitios de unión específicos o no específicos en una superficie, señales nutricionales o, en algunos casos, por exposición de células planctónicas a concentraciones subinhibidoras de antibióticos. Cuando una célula cambia al modo de crecimiento de biopelícula, experimenta un cambio fenotípico en el comportamiento en el que grandes conjuntos de genes están regulados diferencialmente.

imagen — Figura: **Desarrollo de biopelículas**: 5 etapas de desarrollo de biopelículas. Etapa 1, fijación inicial; etapa 2, unión irreversible; etapa 3, maduración I; etapa 4, maduración II; etapa 5, dispersión. Cada etapa de desarrollo en el diagrama se empareja con una fotomicrografía de una biopelícula de Pseudomonas aeruginosa en desarrollo. Todas las fotomicrografías se muestran a la misma escala.

Las biopelículas son ubicuas. Casi todas las especies de microorganismos, no solo las bacterias y las arqueas, tienen mecanismos por los cuales pueden adherirse a las superficies y entre sí. Las biopelículas se formarán en prácticamente todas las superficies que no se desprenden en un ambiente acuoso no estéril (o muy húmedo).

Se ha encontrado que las biopelículas están involucradas en una amplia variedad de infecciones microbianas en el cuerpo, por una estimación en 80% de todas las infecciones. Los procesos infecciosos en los que se han implicado biopelículas incluyen problemas comunes como infecciones del tracto urinario, infecciones de catéter, infecciones del oído medio, formación de placa dental, gingivitis y recubrimiento de lentes de contacto. Las biopelículas también han sido implicadas en procesos menos comunes pero más letales como endocarditis, infecciones en fibrosis quística e infecciones de dispositivos permanentes permanentes como prótesis articulares y válvulas cardíacas.

Más recientemente se ha observado que las biopelículas bacterianas pueden afectar la cicatrización de heridas cutáneas y reducir la eficiencia antibacteriana tópica en la curación o tratamiento de heridas cutáneas infectadas. Recientemente se ha demostrado que las biopelículas están presentes en el tejido extirpado del 80% de los pacientes sometidos a cirugía por sinusitis crónica. Se demostró que los pacientes con biopelículas habían sido despojados de cilios y células caliciformes, a diferencia de los controles sin biopelículas que tenían cilios normales y morfología de células caliciformes. También se encontraron biopelículas en muestras de dos de los 10 controles sanos mencionados. Las especies de bacterias de cultivos interoperatorios no correspondieron a las especies de bacterias en la biopelícula en el tejido del paciente respectivo. En otras palabras, los cultivos fueron negativos aunque las bacterias estaban presentes.

También se pueden formar biopelículas en las superficies inertes de dispositivos implantados como catéteres, válvulas cardíacas protésicas y dispositivos intrauterinos. Se están desarrollando nuevas técnicas de tinción para diferenciar las células bacterianas que crecen en animales vivos, por ejemplo, de tejidos con inflamaciones alérgicas.

Biofilms de Pseudomonas aeruginosa

Los logros de la atención médica en las sociedades industrializadas se ven notablemente deteriorados debido a las infecciones oportunistas crónicas que se han vuelto cada vez más evidentes en pacientes inmunocomprometidos y en la población envejecida. Las infecciones crónicas siguen siendo un gran desafío para la profesión médica y son de gran relevancia económica porque la terapia antibiótica tradicional no suele ser suficiente para erradicar estas infecciones.

Pseudomonas aeruginosa no solo es un importante patógeno oportunista y agente causante de infecciones nosocomiales emergentes, sino que también puede considerarse un organismo modelo para el estudio de diversos mecanismos bacterianos que contribuyen a la persistencia bacteriana. En este contexto, la elucidación de los mecanismos moleculares responsables del cambio del crecimiento planctónico a un fenotipo de biopelícula y el papel de la comunicación interbacteriana en la enfermedad persistente deberían proporcionar nuevos conocimientos. Debe ayudar a los investigadores a conocer la patogenicidad de P. aeruginosa, contribuir a un mejor manejo clínico de los pacientes infectados crónicamente y conducir a la identificación de nuevas dianas farmacológicas para el desarrollo de estrategias alternativas de tratamiento antiinfeccioso.

Placa dental

La placa dental es una biopelícula que se adhiere a las superficies de los dientes y consiste en células bacterianas, polímeros salivales y productos extracelulares bacterianos. Esta acumulación de microorganismos somete los dientes y los tejidos gingivales a altas concentraciones de metabolitos bacterianos lo que resulta en enfermedades dentales. Las biopelículas adheridas a las superficies de algunas aleaciones dentales, materiales de impresión, implantes dentales, restauradores y materiales de cemento juegan un papel esencial en la dinámica de establecimiento de biopelículas hacia las propiedades físico-químicas de los materiales a los que se adhieren las biopelículas.

Legionelosis

Se sabe que las bacterias de la legionela crecen bajo ciertas condiciones en biopelículas, en las que están protegidas contra desinfectantes. Los trabajadores de las torres de enfriamiento, las personas que trabajan en habitaciones con aire acondicionado y las personas que toman una ducha están expuestos a Legionella por inhalación cuando los sistemas no están bien diseñados, construidos o mantenidos. Neisseria gonorrhoeae es un patógeno humano exclusivo. Estudios recientes han demostrado que utiliza dos mecanismos distintos para la entrada en las células epiteliales uretrales y cervicales humanas que involucran diferentes ligandos de superficie bacteriana y receptores del huésped. Además, se ha demostrado que el gonococo puede formar biopelículas sobre superficies de vidrio y sobre células humanas. Existe evidencia de la formación de biopelículas gonocócicas en células epiteliales cervicales humanas durante la enfermedad natural. La evidencia también sugiere que la formación de glóbulos de la membrana externa por el gonococo es crucial en la formación de biopelículas sobre las células epiteliales cervicales humanas.

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