Prof.@ Luciana

Microrganismos se depositam, interagem nas superfícies, iniciam o crescimento e ao se liberarem, podem contaminar alimentos.

Superfícies de equipamentos ou utensílios ≠ Fontes de contaminação

Sob determinadas condições:

Depositam-seAderem

Interagem com as superfícies Iniciam o crescimento celular

Multiplicação – Colônias – BIOFILMES

É definido como uma associação de células bacterianas e de fungos fixadas às superfícies, inclusas em uma complexa matriz extracelular de substâncias poliméricas (polissacarídeos e proteínas) junto com os nutrientes capturados para a formação da matriz.

São constituídos por água, microrganismos, substâncias poliméricas extracelulares,

partículas retidas e substâncias dissolvidas e adsorvidas.

É a estrutura unificadora e protetora dos biofilmes.

É formada em parte pelas próprias células e em parte por componentes do ambiente, como proteínas, detritos e matéria inorgânica.

Pode ser constituída por proteínas, ácidos nucléicos, glicoproteínas e fosfolipídios, embora prevaleçam os polissacarídeos.

Ocorre em duas fases:

1.Quando o processo ainda é reversível - em virtude da adesão do microrganismo na superfície por forças de Van der Waals, atração eletrostática e interação hidrofóbica.

Nesse estágio, a bactéria apresenta movimento browniano podendo simplesmente ser removida por rinsagem.

2. Ocorre a interação física da célula com a superfície - com a síntese de material extracelular da natureza polissacarídica ou protéica, produzida pela bactéria, que é chamada matriz de glicocálix.

Nesse momento, as fímbrias poliméricas ligam a célula bacteriana ao substrato, dificultando a remoção do biofilme, sendo necessário adotar forças mecânicas, como raspagens ou lavagem.

A partir daí, dentro de algum tempo (dias a meses) a adesão de outros microrganismos é facilitada e ocorre a liberação de novos colonizadores que se desprendem do biofilme maduro;

Os microrganismos liberados formarão biofilmes novos, caracterizando assim, um ciclo de contaminações.

O padrão de desenvolvimento de um biofilme envolve várias etapas:

Um modelo descreve o processo em 5 estágios:

1)Eventos pré-adesão

Os microrganismos, na sua forma de vida planctônica, recebem algum estímulo que os levam a aderir em alguma superfície.

Alguns fatores podem influenciar como:

pH e temperatura;Concentração e biodisponibilidade de nutriente;Presença de compostos inorgânicos e orgânicos.

2) Adesão reversível

Ocorre a interação célula-superfície e sua colonização inicial. O processo de adesão bem sucedido depende de alguns fatores como:

Aparato celular do microrganismo; Características da superfície da bactéria e

do substrato.

Esta adesão é considerada reversível, pois é possível observar o retorno de células aderidas ao seu estado planctônico.

3) Adesão irreversível

Ocorre, aproximadamente duas horas após a adesão inicial e caracteriza-se pela presença de microcolônias que correspondem a um amontoado de células aderidas entre si e a uma superfície.

Neste instante, a motilidade cessa e genes envolvidos na comunicação célula-célula (quorum sensing) e na produção de exopolissacarídeos (EPS) estejam totalmente ativos.

4) Maturação

Garante uma maior estabilidade e é correspondente à maturação da estrutura que já vem sendo formada.

Ocorre de três a seis dias após a adesão inicial, podendo chegar a 10 dias.

Acontece por meio do aumento da densidade populacional e, também, pela pronunciada produção e deposição de EPS, aumentando com isso a espessura do biofilme e a estabilidade da colônia contra flutuações do ambiente.

5) Destacamento de células

Acontece entre 9 a 12 dias depois dos processos iniciais;

As células se apresentam móveis e assemelham-se às células planctônicas podendo contaminar o alimento ou formar um novo biofilme na linha de produção.

Um biofilme pode ser:

Monoespécie - quando é formado por apenas um tipo de microrganismo.

Ocorrem mais em tecidos orgânicos, como válvulas cardíacas, em consequência de processos infecciosos.

Multiespécie - quando é encontrada mais de uma espécie na comunidade microbiana.

Ocorrem em organizações do ramo alimentício, onde se utilizam outras superfícies.

Os elementos importantes no processo de adesão e formação do biofilme compreende 3 elementos principais:

Fase aquosa - alguns parâmetros têm importante influência nos processos de adesão, constituição e maturação da comunidade microbiana com relação ao meio aquoso como:

ViscosidadeTemperatura e pHPresença de nutrientes, moléculas orgânicas e inorgânicasForça iônica e potencial osmótico

Estas condições ambientais são notadas pelos microrganismos como sinais de estimulação ou não a sua adesão.

Enquanto fase aquosa, o leite pode beneficiar o processo de adesão e de formação de biofilmes, devida a sua rica constituição em carboidratos, proteínas, lipídeos, vitaminas e minerais, bem como devido a sua alta atividade de água e pH.

Micro-organismos - a capacidade de um microrganismo isolado em aderir ou não a uma superfície e formar e manter um biofilme relaciona-se a seu fenótipo e genótipo.

Quando presentes alguns aparatos celulares nota-se um diferencial à bactéria em nível de aderência e formação do biofilme, como:Pili, flagelos e fímbrias;Algumas proteínas da superfície (quorum sensing);propriedades físico-químicas da superfície microbiana (hidrofobicidade e carga elétrica).

Pili - é um componente competitivo muito importante no processo de adesão inicial e colonização da superfície.

O Pili tipo IV é constituído por moléculas de pilina com 145 a 160 aminoácidos e localiza-se em uma das extremidades da célula.

Pode se ligar a uma grande variedade de superfícies, sejam elas abióticas (aço inoxidável) ou bióticas (superfície de outros microrganismos), onde se tem adesão célula-célula.

Flagelos – destaca-se os gram-negativos.

Estas organelas, utilizadas para locomoção do microrganismo, são constituídas por unidades de flagelina e emergem por uma extensão da membrana externa.

Alguns microrganismos apresentam flagelo polar em meios aquosos (adesão inicial).

Porém, após a adesão inicial esse flagelo polar é substituído por um flagelo lateral conferindo à célula maior capacidade de locomoção em superfícies sólidas e semi-sólidas.

Sistema quorum sensing – é um sistema de comunicação entre célula-célula de bactérias que dependem da densidade populacional.

Bactérias sintetizam compostos sinalizadores de baixo peso molecular, os autoindutores (AIs) bacterianos, que são excretados no ambiente.

Quando se atinge uma quantidade crítica desses compostos, as bactérias detectam a presença de um número suficiente ou quórum de bactérias e respondem por meio da ativação ou repressão de certos genes.

Interação célula-substrato – características do substrato são consideradas importantes pois é em função delas que o processo de adesão e formação de um biofilme serão favorecidos ou não.

O contato entre a superfície microbiana e o substrato corresponde à adesão inicial e é favorecido pela hidrofobicidade (capacidade de molhadura da superfície em meio aquoso).

Quanto maior a hidrofobicidade da célula, maior a facilidade de adesão inicial de um microrganismo ( aço inoxidável).

Superfícies envolvidas na formação do biofilme – uma grande variedade de microrganismos é capaz de aderir e formar biofilme em superfícies bióticas e abióticas, incluindo:

Lentes de contatoCascos de naviosEncanamento em indústrias de alimentosPedras em cursos d’água e sílicaAço inoxidável, vidro, alumínio, teflon, materiais de náilon e borracha encontrados em ambientes utilizados para processar alimentos

O material mais comumente usado na indústria de alimentos é o aço inoxidável podendo ser de fácil tratamento para tornar-se liso evitando a formação de biofilme.

Quando comparado a polímeros, borracha ou alumínio, apresenta resistência maior a agentes oxidantes e outros sanificantes, como ácido peracético, hipocloritos e iodóforos. No entanto, é vulnerável à corrosão localizada por íons clorados e componentes sulfurosos reduzidos.

Fatores que influenciam no desenvolvimento dos biofilmes:

pH - a grande parte dos biofilmes naturais forma-se em valores de pH próximo a neutralidade. Desvios de pH para valores inferiores ou superiores a 7 irão certamente influenciar o desenvolvimento e atividade da comunidade microbiana pois o pH tem um efeito preponderante no metabolismo dos microrganismos.

Efeitos de velocidade e turbulência do fluido - têm um papel significativo no desenvolvimento e estabilidade dos biofilmes. A turbulência e velocidade do escoamento de água que entra em contato com as superfícies sólidas interferem nos processos de adesão, transporte de nutrientes e de desprendimento dos microrganismos.

Influência de partículas inorgânicas na formação de biofilmes - determinadas partículas sólidas podem contribuir para a limpeza dos sistemas industriais, porém, algumas partículas provenientes da corrente líquida também podem ser incorporadas no próprio biofilme e alterar a sua estrutura, sendo responsáveis por algumas implicações na sua estabilidade. O resultado será ou o aumento do crescimento e estabilidade do biofilme, ou exatamente o seu inverso.

Temperatura - é fator determinante no desenvolvimento microbiano, e como tal, pode afetar a formação e a atividade de qualquer biofilme, bem como o tipo de microrganismo que o compõe.

Altas temperaturas - ocorre a desnaturação das proteínas que compõe os microrganismos (diminuição da taxa de crescimento).

Baixas temperaturas - ocorre uma redução na taxa de crescimento dos microrganismos até um dado valor em que o crescimento cessa (limite mínimo de temperatura).

Concentração de nutrientes – os microrganismos requererem quantidades mínimas de nutrientes para que ocorra o seu crescimento.

Quanto maior for a quantidade de nutrientes disponíveis, maior será o crescimento microbiano e maior será a diversidade de organismos que podem ser mantidos.

Nutrientes disponíveis sob a forma de carbono orgânico e ferro (tubulações) são facilmente assimilável pelos microrganismos e bastante usados.

Tipo de superfície – a superfície inerte em que se formam os biofilmes desempenha um papel importante na forma e desenvolvimento do biofilme.

O estado de conservação da superfície pode, muitas vezes, ser um fator importante na formação do biofilme.

Os depósitos porosos e irregulares que se encontram frequentemente às superfícies são zonas preferenciais para o crescimento bacteriano.