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Biofilmes Microbianos
httpwwwunbbribcelmicrobiologiabiofilmebiofilmehtmlgenetica
Retornar ao iacutendice de aulas
Introduccedilatildeo Comportamento coletivo
Comunidades associadas agraves superfiacutecies
Estrutura dos Biofilmes
Por que formar um biofilme
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica
Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Introduccedilatildeo
Nossa percepccedilatildeo de bacteacuterias como organismos unicelulares baseia-se
essencialmente no conceito de culturas puras nas quais as ceacutelulas podem ser diluiacutedas e estudadas a partir de culturas liacutequidas Como
praticamente todos os conceitos e conhecimentos microbioloacutegicos foram adquiridos a partir do estudo de organismos em culturas puras
somente haacute alguns anos comeccedilamos a entender que na realidade a maioria das bacteacuterias se encontra na natureza vivendo em
comunidades de maior ou menor estruturaccedilatildeo O tipo de ecologia que imaginaacutevamos em relaccedilatildeo aos procariotos ou
seja ceacutelulas individuais crescendo de maneira planctocircnica (livres em
suspensatildeo) raramente eacute encontrado na natureza Sabe-se atualmente que quando em seus habitats naturais via de regra as bacteacuterias satildeo
encontradas em comunidades de diferentes graus de complexidade
associadas a superfiacutecies diversas geralmente compondo um biofilme
isto eacute um ecossistema estruturado altamente dinacircmico que atua de maneira coordenada
Assim embora possam ter uma existecircncia planctocircnica independente
este tipo de vida parece ser eventual Os biofilmes complexos ecossistemas microbianos podem ser
formados por populaccedilotildees desenvolvidas a partir de uma uacutenica ou de
muacuteltiplas espeacutecies podendo ser encontrados em uma variedade de superfiacutecies bioacuteticas eou abioacuteticas Desta maneira muitos autores
definem biofilmes como associaccedilotildees de microrganismos e de seus
produtos extracelulares que se encontram aderidos a superfiacutecies
bioacuteticas ou abioacuteticas
Geralmente a dinacircmica de formaccedilatildeo de um biofilme ocorre em etapas distintas Inicialmente temos or organismos denominados
colonizadores primaacuterios que se aderem a uma superfiacutecie geralmente contendo proteiacutenas ou outros compostos orgacircnicos As ceacutelulas aderidas
passam a se desenvolver originando microcolocircnias que sintetizam
uma matriz exopolissacariacutedica (EPS) que passam a atuar como
substrato para a aderecircncia de microrganismos denominados colonizadores secundaacuterios Estes colonizadores secundaacuterios podem se
aderir diretamente aos primaacuterios ou promoverem a formaccedilatildeo de
coagregados com outros microrganisos e entatildeo se aderirem aos primaacuterios
Desenvolvimento de um biofilme (a) Colonizaccedilatildeo primaacuteria de um substrato (b)
crescimento divisatildeo celular e produccedilatildeo do exopolissacariacutedeo (EPS) com o desenvolvimento de microcolocircnias (c) coadesatildeo de ceacutelulas individuais de ceacutelulas
coagregadas e grupos de ceacutelulas idecircnticas originando um biofilme jovem de muacuteltiplas espeacutecies (d) maturaccedilatildeo e formaccedilatildeo de mosaicos clonais no biofilme
maduro (Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Assim o biofilme corresponde a uma entidade dinacircmica pois de
acordo com os microrganismos que o compotildeem teremos consiccedilotildees
fiacutesicas quiacutemicas e bioloacutegicas distintas Estas alteraccedilotildees fazem com que
cada biofilme seja uacutenico de acordo com os microrganismos presentes
Neste sentido ao longo do tempo a composiccedilatildeo microbiana dos
biofilmes geralmente sofre alteraccedilotildees significativas A figura abaixo ilustra natildeo somente a estruturaccedilatildeo fisico-quiacutemica de um biofilme mas
tambeacutem sua evoluccedilatildeo e amadurecimento dependendo das relaccedilotildees estabelecidas pelos microrganismos presentes
Estaacutegios de formaccedilatildeo e vida de um biofilme determinados por fatores
fiacutesicos bioloacutegicos e ambientais (Adaptado de Jenkinson amp Lappin-Scott Trends Microbiol 99-10 2001)
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Comportamento coletivo
Haacute vaacuterias deacutecadas foi proposto que as bacteacuterias poderiam corresponder a organismos interativos capazes de atuar
coletivamente facilitando sua adaptaccedilatildeo agraves alteraccedilotildees ambientais
Para que um biofilme de uma ou vaacuterias espeacutecies seja formado eacute necessaacuterio o estabelecimento de um comportamento multicelular que
se reflete em atividades coordenadas de interaccedilatildeo e comunicaccedilatildeo dos
vaacuterios organismos Assim os biofilmes natildeo satildeo simples camadas viscosas contendo organismos Estes representam sistemas bioloacutegicos
altamente organizados onde as bacteacuterias estabelecem comunidades
funcionais estruturadas e coordenadas
Um dos mecanismos de comunicaccedilatildeo interbacteriana que vem se mostrando extremamente importante na formaccedilatildeo e desenvolvimento
de biofilmes corresponde ao quorum sensing Retornar
Comunidades associadas agraves superfiacutecies Os procariotos podem habitar qualquer ambiente adequado agraves formas
de vida superiores assim como vaacuterios ambientes inoacutespitos agrave maioria
das formas de vida Tal fato eacute decorrente de sua inigualaacutevel
diversidade metaboacutelica e plasticidade fenotiacutepica Um dos importantes
aspectos associados a esta ubiquumlidade estaacute relacionado agrave capacidade
destes organismos migrarem para diferentes nichos onde podem se propagar O mecanismo mais comum que permite a migraccedilatildeo dos
procariotos corresponde agrave motilidade seja de origem flagelar
deslizante ou de outro tipo No entanto satildeo conhecidos mecanismos
que tambeacutem permitem a migraccedilatildeo bacteriana Por exemplo algumas espeacutecies podem sintetizar celulose originando uma peliacutecula que
manteacutem as ceacutelulas proacuteximas agrave interface aacuter-aacutegua ou na superfiacutecie de plantas Bacteacuterias fotossintetizantes podem se posicionar nas colunas
de aacutegua em resposta agrave intensidade luminosa pela produccedilatildeo de vesiacuteculas de gaacutes Outras apresentam magnetossomos permitindo
movimentaccedilotildees ao longo dos campos magneacuteticos da Terra Um importante mecanismo na formaccedilatildeo de comunidades corresponde agrave
agregaccedilatildeo ou aderecircncia que otimiza tanto as interaccedilotildees celulares como tambeacutem as taxas de sedimentaccedilatildeo dos organismos
As comunidades bacterianas tecircm importantes papeacuteis na natureza seja na produccedilatildeo e degradaccedilatildeo de mateacuteria orgacircnica na degradaccedilatildeo de
poluentes ou na reciclagem de nitrogecircnio enxofre e vaacuterios metais A maioria destes processos requer o esforccedilo coletivo de organismos com
diferentes capacidades metaboacutelicas Assim os biofilmes participam metabolizando esgotos e aacuteguas contaminadas com petroacuteleo na
nitrificaccedilatildeo na reciclagem de enxofre oriundo de drenados aacutecidos de minas (onde o pH eacute 0) e em vaacuterios outros processos Outro tipo de biofilme estaacute associado agraves partiacuteculas em suspensatildeo muitas vezes
denominadas neve marinha extremamente importante nas
transformaccedilotildees biogeoquiacutemicas do carbono em ambientes pelaacutegicos na metanogecircnese fixaccedilatildeo de nitrogecircnio e produccedilatildeo de enxofre Estes
achados revelam que nos biofilmes podem ser criadas condiccedilotildees de
anaerobiose em ambientes normalmente aeroacutebios
Exemplo da ecologia de comunidades microbianas As quatro microcolocircnias centrais correspondem a organismos que geram e consomem hidrogecircnio Os fermentadores
utilizam accediluacutecares e produzem aacutecidos orgacircnicos utilizados pelos produtores de hidrogecircnio Aleacutem das interaccedilotildees metaboacutelicas a comunicaccedilatildeo intra e intercelular pode
ser mediada por moleacuteculas sinalizadoras (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As interaccedilotildees que permitem a agregaccedilatildeo de diferentes espeacutecies ou mesmo gecircneros microbianos em um biofilme geralmente envolvem a
participaccedilatildeo de adesinas (moleacuteculas de adesatildeo presentes em fiacutembrias ou dispersar ao longo da superfiacutecie celular) que reconhcem receptores
especiacuteficos na superfiacutecie de outras ceacutelulas ou em diversos tipos de substratos Assim a figura abaixo esquematiza a formaccedilatildeo de um
biofilme aquaacutetico revelando a complexidade tanto estrutural como
temporal deste ecossistema As horas correspondem ao tempo meacutedio necessaacuterio agrave adesatildeo dos diferentes microrganismos revelando a
dinacircmica de formaccedilatildeo e estruturaccedilatildeo deste biofilme
Esquema de coagregaccedilotildees envolvendo bacteacuterias aquaacuteticas
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Estrutura dos Biofilmes
A maioria dos biofilmes exibe uma certa heterogeneidade existindo
conjuntos de agregados celulares distribuiacutedos ao longo da matriz exopolissacariacutedica que exibem densidades variaacuteveis originando
aberturas e canais por onde a aacutegua pode trafegar
Corte lateral revelando a estrutura de um biofilme artificial de V cholerae
A intensidade da cor estaacute associada agrave densidade celular (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As microcolocircnias que compotildeem um biofilme podem ser de uma ou vaacuterias espeacutecies dependendo das condiccedilotildees ambientais Por exemplo
em locais de grande stress mecanico tais como a superfiacutecie dental o
biofilme eacute bastante compactado e estratificado Os espaccedilos intersticiais
(canais) tambeacutem satildeo parte importante dos biofilme pois permitem a
circulaccedilatildeo de nutrientes e a troca de metaboacutelitos Retornar
Por que formar um biofilme
Acredita-se que a formaccedilatildeo de biofilmes esteja associada por exemplo agrave proteccedilatildeo contra o ambiente ou seja bacteacuterias em um
biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase graccedilas agrave
presenccedila da matriz exopolissacariacutedica A matriz conteacutem vaacuterios componentes exopolissacariacutedeo proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos entre
outros O exopolissacariacutedeo eacute secretado para o meio externo sendo de
diferentes composiccedilotildees Ao que parece o EPS tem diferentes estruturas e funccedilotildees dependendo das comunidades eou condiccedilotildees
ambientais Este poliacutemero pode impedir fisicamente a penetraccedilatildeo de agentes antimicrobianos no biofilme principalmente aqueles
hidrofiacutelicos e carregados positivamente Em alguns casos o EPS eacute
capaz de sequestrar caacutetions metais e toxinas Por estas razotildees os
biofilmes podem corresponder a excelentes mecanismos de transferecircncia de metais nos ecossistemas pois vaacuterios organismos marinhos pastadores se alimentam de biofilmes Foi tambeacutem descrito
que o EPS teria papel de proteccedilatildeo contra radiaccedilotildees UV alteraccedilotildees de
pH choques osmoacuteticos e dessecaccedilatildeo Retornar
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica Os canais aquosos dos biofilmes podem ser comparados a um sistema
circulatoacuterio primitivo permitindo a troca de nutrientes e metaboacutelitos
assim como a remoccedilatildeo de metaboacutetilos potencialmente toacutexicos Em um biofilme torna-se possiacutevel a cooperaccedilatildeo metaboacutelica Por exemplo a
degradaccedilatildeo de compostos orgacircnicos complexos originando metano e
CO2 durante uma digestatildeo anaeroacutebia requer pelo menos trecircs grupos de organismos As bacteacuterias fermentativas iniciam o processo gerando
aacutecidos e aacutelcoois que satildeo utilizados por bacteacuterias acetogecircnicas
Finalmente as metanogecircnicas convertem o acetato CO2 e hidrogecircnio
produzindo metano
Os biofilmes satildeo ambientes ideais para o desenvolvimento de relaccediloes sintroacuteficas que eacute um tipo de simbiose onde dois tipos de organismos
metabolicamente distintos dependem um do outro para utilizarem
certos substratos na produccedilatildeo de energia
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
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Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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Cynthia M Kyaw
produtos extracelulares que se encontram aderidos a superfiacutecies
bioacuteticas ou abioacuteticas
Geralmente a dinacircmica de formaccedilatildeo de um biofilme ocorre em etapas distintas Inicialmente temos or organismos denominados
colonizadores primaacuterios que se aderem a uma superfiacutecie geralmente contendo proteiacutenas ou outros compostos orgacircnicos As ceacutelulas aderidas
passam a se desenvolver originando microcolocircnias que sintetizam
uma matriz exopolissacariacutedica (EPS) que passam a atuar como
substrato para a aderecircncia de microrganismos denominados colonizadores secundaacuterios Estes colonizadores secundaacuterios podem se
aderir diretamente aos primaacuterios ou promoverem a formaccedilatildeo de
coagregados com outros microrganisos e entatildeo se aderirem aos primaacuterios
Desenvolvimento de um biofilme (a) Colonizaccedilatildeo primaacuteria de um substrato (b)
crescimento divisatildeo celular e produccedilatildeo do exopolissacariacutedeo (EPS) com o desenvolvimento de microcolocircnias (c) coadesatildeo de ceacutelulas individuais de ceacutelulas
coagregadas e grupos de ceacutelulas idecircnticas originando um biofilme jovem de muacuteltiplas espeacutecies (d) maturaccedilatildeo e formaccedilatildeo de mosaicos clonais no biofilme
maduro (Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Assim o biofilme corresponde a uma entidade dinacircmica pois de
acordo com os microrganismos que o compotildeem teremos consiccedilotildees
fiacutesicas quiacutemicas e bioloacutegicas distintas Estas alteraccedilotildees fazem com que
cada biofilme seja uacutenico de acordo com os microrganismos presentes
Neste sentido ao longo do tempo a composiccedilatildeo microbiana dos
biofilmes geralmente sofre alteraccedilotildees significativas A figura abaixo ilustra natildeo somente a estruturaccedilatildeo fisico-quiacutemica de um biofilme mas
tambeacutem sua evoluccedilatildeo e amadurecimento dependendo das relaccedilotildees estabelecidas pelos microrganismos presentes
Estaacutegios de formaccedilatildeo e vida de um biofilme determinados por fatores
fiacutesicos bioloacutegicos e ambientais (Adaptado de Jenkinson amp Lappin-Scott Trends Microbiol 99-10 2001)
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Comportamento coletivo
Haacute vaacuterias deacutecadas foi proposto que as bacteacuterias poderiam corresponder a organismos interativos capazes de atuar
coletivamente facilitando sua adaptaccedilatildeo agraves alteraccedilotildees ambientais
Para que um biofilme de uma ou vaacuterias espeacutecies seja formado eacute necessaacuterio o estabelecimento de um comportamento multicelular que
se reflete em atividades coordenadas de interaccedilatildeo e comunicaccedilatildeo dos
vaacuterios organismos Assim os biofilmes natildeo satildeo simples camadas viscosas contendo organismos Estes representam sistemas bioloacutegicos
altamente organizados onde as bacteacuterias estabelecem comunidades
funcionais estruturadas e coordenadas
Um dos mecanismos de comunicaccedilatildeo interbacteriana que vem se mostrando extremamente importante na formaccedilatildeo e desenvolvimento
de biofilmes corresponde ao quorum sensing Retornar
Comunidades associadas agraves superfiacutecies Os procariotos podem habitar qualquer ambiente adequado agraves formas
de vida superiores assim como vaacuterios ambientes inoacutespitos agrave maioria
das formas de vida Tal fato eacute decorrente de sua inigualaacutevel
diversidade metaboacutelica e plasticidade fenotiacutepica Um dos importantes
aspectos associados a esta ubiquumlidade estaacute relacionado agrave capacidade
destes organismos migrarem para diferentes nichos onde podem se propagar O mecanismo mais comum que permite a migraccedilatildeo dos
procariotos corresponde agrave motilidade seja de origem flagelar
deslizante ou de outro tipo No entanto satildeo conhecidos mecanismos
que tambeacutem permitem a migraccedilatildeo bacteriana Por exemplo algumas espeacutecies podem sintetizar celulose originando uma peliacutecula que
manteacutem as ceacutelulas proacuteximas agrave interface aacuter-aacutegua ou na superfiacutecie de plantas Bacteacuterias fotossintetizantes podem se posicionar nas colunas
de aacutegua em resposta agrave intensidade luminosa pela produccedilatildeo de vesiacuteculas de gaacutes Outras apresentam magnetossomos permitindo
movimentaccedilotildees ao longo dos campos magneacuteticos da Terra Um importante mecanismo na formaccedilatildeo de comunidades corresponde agrave
agregaccedilatildeo ou aderecircncia que otimiza tanto as interaccedilotildees celulares como tambeacutem as taxas de sedimentaccedilatildeo dos organismos
As comunidades bacterianas tecircm importantes papeacuteis na natureza seja na produccedilatildeo e degradaccedilatildeo de mateacuteria orgacircnica na degradaccedilatildeo de
poluentes ou na reciclagem de nitrogecircnio enxofre e vaacuterios metais A maioria destes processos requer o esforccedilo coletivo de organismos com
diferentes capacidades metaboacutelicas Assim os biofilmes participam metabolizando esgotos e aacuteguas contaminadas com petroacuteleo na
nitrificaccedilatildeo na reciclagem de enxofre oriundo de drenados aacutecidos de minas (onde o pH eacute 0) e em vaacuterios outros processos Outro tipo de biofilme estaacute associado agraves partiacuteculas em suspensatildeo muitas vezes
denominadas neve marinha extremamente importante nas
transformaccedilotildees biogeoquiacutemicas do carbono em ambientes pelaacutegicos na metanogecircnese fixaccedilatildeo de nitrogecircnio e produccedilatildeo de enxofre Estes
achados revelam que nos biofilmes podem ser criadas condiccedilotildees de
anaerobiose em ambientes normalmente aeroacutebios
Exemplo da ecologia de comunidades microbianas As quatro microcolocircnias centrais correspondem a organismos que geram e consomem hidrogecircnio Os fermentadores
utilizam accediluacutecares e produzem aacutecidos orgacircnicos utilizados pelos produtores de hidrogecircnio Aleacutem das interaccedilotildees metaboacutelicas a comunicaccedilatildeo intra e intercelular pode
ser mediada por moleacuteculas sinalizadoras (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As interaccedilotildees que permitem a agregaccedilatildeo de diferentes espeacutecies ou mesmo gecircneros microbianos em um biofilme geralmente envolvem a
participaccedilatildeo de adesinas (moleacuteculas de adesatildeo presentes em fiacutembrias ou dispersar ao longo da superfiacutecie celular) que reconhcem receptores
especiacuteficos na superfiacutecie de outras ceacutelulas ou em diversos tipos de substratos Assim a figura abaixo esquematiza a formaccedilatildeo de um
biofilme aquaacutetico revelando a complexidade tanto estrutural como
temporal deste ecossistema As horas correspondem ao tempo meacutedio necessaacuterio agrave adesatildeo dos diferentes microrganismos revelando a
dinacircmica de formaccedilatildeo e estruturaccedilatildeo deste biofilme
Esquema de coagregaccedilotildees envolvendo bacteacuterias aquaacuteticas
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Estrutura dos Biofilmes
A maioria dos biofilmes exibe uma certa heterogeneidade existindo
conjuntos de agregados celulares distribuiacutedos ao longo da matriz exopolissacariacutedica que exibem densidades variaacuteveis originando
aberturas e canais por onde a aacutegua pode trafegar
Corte lateral revelando a estrutura de um biofilme artificial de V cholerae
A intensidade da cor estaacute associada agrave densidade celular (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As microcolocircnias que compotildeem um biofilme podem ser de uma ou vaacuterias espeacutecies dependendo das condiccedilotildees ambientais Por exemplo
em locais de grande stress mecanico tais como a superfiacutecie dental o
biofilme eacute bastante compactado e estratificado Os espaccedilos intersticiais
(canais) tambeacutem satildeo parte importante dos biofilme pois permitem a
circulaccedilatildeo de nutrientes e a troca de metaboacutelitos Retornar
Por que formar um biofilme
Acredita-se que a formaccedilatildeo de biofilmes esteja associada por exemplo agrave proteccedilatildeo contra o ambiente ou seja bacteacuterias em um
biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase graccedilas agrave
presenccedila da matriz exopolissacariacutedica A matriz conteacutem vaacuterios componentes exopolissacariacutedeo proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos entre
outros O exopolissacariacutedeo eacute secretado para o meio externo sendo de
diferentes composiccedilotildees Ao que parece o EPS tem diferentes estruturas e funccedilotildees dependendo das comunidades eou condiccedilotildees
ambientais Este poliacutemero pode impedir fisicamente a penetraccedilatildeo de agentes antimicrobianos no biofilme principalmente aqueles
hidrofiacutelicos e carregados positivamente Em alguns casos o EPS eacute
capaz de sequestrar caacutetions metais e toxinas Por estas razotildees os
biofilmes podem corresponder a excelentes mecanismos de transferecircncia de metais nos ecossistemas pois vaacuterios organismos marinhos pastadores se alimentam de biofilmes Foi tambeacutem descrito
que o EPS teria papel de proteccedilatildeo contra radiaccedilotildees UV alteraccedilotildees de
pH choques osmoacuteticos e dessecaccedilatildeo Retornar
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica Os canais aquosos dos biofilmes podem ser comparados a um sistema
circulatoacuterio primitivo permitindo a troca de nutrientes e metaboacutelitos
assim como a remoccedilatildeo de metaboacutetilos potencialmente toacutexicos Em um biofilme torna-se possiacutevel a cooperaccedilatildeo metaboacutelica Por exemplo a
degradaccedilatildeo de compostos orgacircnicos complexos originando metano e
CO2 durante uma digestatildeo anaeroacutebia requer pelo menos trecircs grupos de organismos As bacteacuterias fermentativas iniciam o processo gerando
aacutecidos e aacutelcoois que satildeo utilizados por bacteacuterias acetogecircnicas
Finalmente as metanogecircnicas convertem o acetato CO2 e hidrogecircnio
produzindo metano
Os biofilmes satildeo ambientes ideais para o desenvolvimento de relaccediloes sintroacuteficas que eacute um tipo de simbiose onde dois tipos de organismos
metabolicamente distintos dependem um do outro para utilizarem
certos substratos na produccedilatildeo de energia
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Retornar
Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
Retornar
Cynthia M Kyaw
cada biofilme seja uacutenico de acordo com os microrganismos presentes
Neste sentido ao longo do tempo a composiccedilatildeo microbiana dos
biofilmes geralmente sofre alteraccedilotildees significativas A figura abaixo ilustra natildeo somente a estruturaccedilatildeo fisico-quiacutemica de um biofilme mas
tambeacutem sua evoluccedilatildeo e amadurecimento dependendo das relaccedilotildees estabelecidas pelos microrganismos presentes
Estaacutegios de formaccedilatildeo e vida de um biofilme determinados por fatores
fiacutesicos bioloacutegicos e ambientais (Adaptado de Jenkinson amp Lappin-Scott Trends Microbiol 99-10 2001)
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Comportamento coletivo
Haacute vaacuterias deacutecadas foi proposto que as bacteacuterias poderiam corresponder a organismos interativos capazes de atuar
coletivamente facilitando sua adaptaccedilatildeo agraves alteraccedilotildees ambientais
Para que um biofilme de uma ou vaacuterias espeacutecies seja formado eacute necessaacuterio o estabelecimento de um comportamento multicelular que
se reflete em atividades coordenadas de interaccedilatildeo e comunicaccedilatildeo dos
vaacuterios organismos Assim os biofilmes natildeo satildeo simples camadas viscosas contendo organismos Estes representam sistemas bioloacutegicos
altamente organizados onde as bacteacuterias estabelecem comunidades
funcionais estruturadas e coordenadas
Um dos mecanismos de comunicaccedilatildeo interbacteriana que vem se mostrando extremamente importante na formaccedilatildeo e desenvolvimento
de biofilmes corresponde ao quorum sensing Retornar
Comunidades associadas agraves superfiacutecies Os procariotos podem habitar qualquer ambiente adequado agraves formas
de vida superiores assim como vaacuterios ambientes inoacutespitos agrave maioria
das formas de vida Tal fato eacute decorrente de sua inigualaacutevel
diversidade metaboacutelica e plasticidade fenotiacutepica Um dos importantes
aspectos associados a esta ubiquumlidade estaacute relacionado agrave capacidade
destes organismos migrarem para diferentes nichos onde podem se propagar O mecanismo mais comum que permite a migraccedilatildeo dos
procariotos corresponde agrave motilidade seja de origem flagelar
deslizante ou de outro tipo No entanto satildeo conhecidos mecanismos
que tambeacutem permitem a migraccedilatildeo bacteriana Por exemplo algumas espeacutecies podem sintetizar celulose originando uma peliacutecula que
manteacutem as ceacutelulas proacuteximas agrave interface aacuter-aacutegua ou na superfiacutecie de plantas Bacteacuterias fotossintetizantes podem se posicionar nas colunas
de aacutegua em resposta agrave intensidade luminosa pela produccedilatildeo de vesiacuteculas de gaacutes Outras apresentam magnetossomos permitindo
movimentaccedilotildees ao longo dos campos magneacuteticos da Terra Um importante mecanismo na formaccedilatildeo de comunidades corresponde agrave
agregaccedilatildeo ou aderecircncia que otimiza tanto as interaccedilotildees celulares como tambeacutem as taxas de sedimentaccedilatildeo dos organismos
As comunidades bacterianas tecircm importantes papeacuteis na natureza seja na produccedilatildeo e degradaccedilatildeo de mateacuteria orgacircnica na degradaccedilatildeo de
poluentes ou na reciclagem de nitrogecircnio enxofre e vaacuterios metais A maioria destes processos requer o esforccedilo coletivo de organismos com
diferentes capacidades metaboacutelicas Assim os biofilmes participam metabolizando esgotos e aacuteguas contaminadas com petroacuteleo na
nitrificaccedilatildeo na reciclagem de enxofre oriundo de drenados aacutecidos de minas (onde o pH eacute 0) e em vaacuterios outros processos Outro tipo de biofilme estaacute associado agraves partiacuteculas em suspensatildeo muitas vezes
denominadas neve marinha extremamente importante nas
transformaccedilotildees biogeoquiacutemicas do carbono em ambientes pelaacutegicos na metanogecircnese fixaccedilatildeo de nitrogecircnio e produccedilatildeo de enxofre Estes
achados revelam que nos biofilmes podem ser criadas condiccedilotildees de
anaerobiose em ambientes normalmente aeroacutebios
Exemplo da ecologia de comunidades microbianas As quatro microcolocircnias centrais correspondem a organismos que geram e consomem hidrogecircnio Os fermentadores
utilizam accediluacutecares e produzem aacutecidos orgacircnicos utilizados pelos produtores de hidrogecircnio Aleacutem das interaccedilotildees metaboacutelicas a comunicaccedilatildeo intra e intercelular pode
ser mediada por moleacuteculas sinalizadoras (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As interaccedilotildees que permitem a agregaccedilatildeo de diferentes espeacutecies ou mesmo gecircneros microbianos em um biofilme geralmente envolvem a
participaccedilatildeo de adesinas (moleacuteculas de adesatildeo presentes em fiacutembrias ou dispersar ao longo da superfiacutecie celular) que reconhcem receptores
especiacuteficos na superfiacutecie de outras ceacutelulas ou em diversos tipos de substratos Assim a figura abaixo esquematiza a formaccedilatildeo de um
biofilme aquaacutetico revelando a complexidade tanto estrutural como
temporal deste ecossistema As horas correspondem ao tempo meacutedio necessaacuterio agrave adesatildeo dos diferentes microrganismos revelando a
dinacircmica de formaccedilatildeo e estruturaccedilatildeo deste biofilme
Esquema de coagregaccedilotildees envolvendo bacteacuterias aquaacuteticas
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Estrutura dos Biofilmes
A maioria dos biofilmes exibe uma certa heterogeneidade existindo
conjuntos de agregados celulares distribuiacutedos ao longo da matriz exopolissacariacutedica que exibem densidades variaacuteveis originando
aberturas e canais por onde a aacutegua pode trafegar
Corte lateral revelando a estrutura de um biofilme artificial de V cholerae
A intensidade da cor estaacute associada agrave densidade celular (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As microcolocircnias que compotildeem um biofilme podem ser de uma ou vaacuterias espeacutecies dependendo das condiccedilotildees ambientais Por exemplo
em locais de grande stress mecanico tais como a superfiacutecie dental o
biofilme eacute bastante compactado e estratificado Os espaccedilos intersticiais
(canais) tambeacutem satildeo parte importante dos biofilme pois permitem a
circulaccedilatildeo de nutrientes e a troca de metaboacutelitos Retornar
Por que formar um biofilme
Acredita-se que a formaccedilatildeo de biofilmes esteja associada por exemplo agrave proteccedilatildeo contra o ambiente ou seja bacteacuterias em um
biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase graccedilas agrave
presenccedila da matriz exopolissacariacutedica A matriz conteacutem vaacuterios componentes exopolissacariacutedeo proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos entre
outros O exopolissacariacutedeo eacute secretado para o meio externo sendo de
diferentes composiccedilotildees Ao que parece o EPS tem diferentes estruturas e funccedilotildees dependendo das comunidades eou condiccedilotildees
ambientais Este poliacutemero pode impedir fisicamente a penetraccedilatildeo de agentes antimicrobianos no biofilme principalmente aqueles
hidrofiacutelicos e carregados positivamente Em alguns casos o EPS eacute
capaz de sequestrar caacutetions metais e toxinas Por estas razotildees os
biofilmes podem corresponder a excelentes mecanismos de transferecircncia de metais nos ecossistemas pois vaacuterios organismos marinhos pastadores se alimentam de biofilmes Foi tambeacutem descrito
que o EPS teria papel de proteccedilatildeo contra radiaccedilotildees UV alteraccedilotildees de
pH choques osmoacuteticos e dessecaccedilatildeo Retornar
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica Os canais aquosos dos biofilmes podem ser comparados a um sistema
circulatoacuterio primitivo permitindo a troca de nutrientes e metaboacutelitos
assim como a remoccedilatildeo de metaboacutetilos potencialmente toacutexicos Em um biofilme torna-se possiacutevel a cooperaccedilatildeo metaboacutelica Por exemplo a
degradaccedilatildeo de compostos orgacircnicos complexos originando metano e
CO2 durante uma digestatildeo anaeroacutebia requer pelo menos trecircs grupos de organismos As bacteacuterias fermentativas iniciam o processo gerando
aacutecidos e aacutelcoois que satildeo utilizados por bacteacuterias acetogecircnicas
Finalmente as metanogecircnicas convertem o acetato CO2 e hidrogecircnio
produzindo metano
Os biofilmes satildeo ambientes ideais para o desenvolvimento de relaccediloes sintroacuteficas que eacute um tipo de simbiose onde dois tipos de organismos
metabolicamente distintos dependem um do outro para utilizarem
certos substratos na produccedilatildeo de energia
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
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Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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Cynthia M Kyaw
Comunidades associadas agraves superfiacutecies Os procariotos podem habitar qualquer ambiente adequado agraves formas
de vida superiores assim como vaacuterios ambientes inoacutespitos agrave maioria
das formas de vida Tal fato eacute decorrente de sua inigualaacutevel
diversidade metaboacutelica e plasticidade fenotiacutepica Um dos importantes
aspectos associados a esta ubiquumlidade estaacute relacionado agrave capacidade
destes organismos migrarem para diferentes nichos onde podem se propagar O mecanismo mais comum que permite a migraccedilatildeo dos
procariotos corresponde agrave motilidade seja de origem flagelar
deslizante ou de outro tipo No entanto satildeo conhecidos mecanismos
que tambeacutem permitem a migraccedilatildeo bacteriana Por exemplo algumas espeacutecies podem sintetizar celulose originando uma peliacutecula que
manteacutem as ceacutelulas proacuteximas agrave interface aacuter-aacutegua ou na superfiacutecie de plantas Bacteacuterias fotossintetizantes podem se posicionar nas colunas
de aacutegua em resposta agrave intensidade luminosa pela produccedilatildeo de vesiacuteculas de gaacutes Outras apresentam magnetossomos permitindo
movimentaccedilotildees ao longo dos campos magneacuteticos da Terra Um importante mecanismo na formaccedilatildeo de comunidades corresponde agrave
agregaccedilatildeo ou aderecircncia que otimiza tanto as interaccedilotildees celulares como tambeacutem as taxas de sedimentaccedilatildeo dos organismos
As comunidades bacterianas tecircm importantes papeacuteis na natureza seja na produccedilatildeo e degradaccedilatildeo de mateacuteria orgacircnica na degradaccedilatildeo de
poluentes ou na reciclagem de nitrogecircnio enxofre e vaacuterios metais A maioria destes processos requer o esforccedilo coletivo de organismos com
diferentes capacidades metaboacutelicas Assim os biofilmes participam metabolizando esgotos e aacuteguas contaminadas com petroacuteleo na
nitrificaccedilatildeo na reciclagem de enxofre oriundo de drenados aacutecidos de minas (onde o pH eacute 0) e em vaacuterios outros processos Outro tipo de biofilme estaacute associado agraves partiacuteculas em suspensatildeo muitas vezes
denominadas neve marinha extremamente importante nas
transformaccedilotildees biogeoquiacutemicas do carbono em ambientes pelaacutegicos na metanogecircnese fixaccedilatildeo de nitrogecircnio e produccedilatildeo de enxofre Estes
achados revelam que nos biofilmes podem ser criadas condiccedilotildees de
anaerobiose em ambientes normalmente aeroacutebios
Exemplo da ecologia de comunidades microbianas As quatro microcolocircnias centrais correspondem a organismos que geram e consomem hidrogecircnio Os fermentadores
utilizam accediluacutecares e produzem aacutecidos orgacircnicos utilizados pelos produtores de hidrogecircnio Aleacutem das interaccedilotildees metaboacutelicas a comunicaccedilatildeo intra e intercelular pode
ser mediada por moleacuteculas sinalizadoras (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As interaccedilotildees que permitem a agregaccedilatildeo de diferentes espeacutecies ou mesmo gecircneros microbianos em um biofilme geralmente envolvem a
participaccedilatildeo de adesinas (moleacuteculas de adesatildeo presentes em fiacutembrias ou dispersar ao longo da superfiacutecie celular) que reconhcem receptores
especiacuteficos na superfiacutecie de outras ceacutelulas ou em diversos tipos de substratos Assim a figura abaixo esquematiza a formaccedilatildeo de um
biofilme aquaacutetico revelando a complexidade tanto estrutural como
temporal deste ecossistema As horas correspondem ao tempo meacutedio necessaacuterio agrave adesatildeo dos diferentes microrganismos revelando a
dinacircmica de formaccedilatildeo e estruturaccedilatildeo deste biofilme
Esquema de coagregaccedilotildees envolvendo bacteacuterias aquaacuteticas
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Retornar
Estrutura dos Biofilmes
A maioria dos biofilmes exibe uma certa heterogeneidade existindo
conjuntos de agregados celulares distribuiacutedos ao longo da matriz exopolissacariacutedica que exibem densidades variaacuteveis originando
aberturas e canais por onde a aacutegua pode trafegar
Corte lateral revelando a estrutura de um biofilme artificial de V cholerae
A intensidade da cor estaacute associada agrave densidade celular (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As microcolocircnias que compotildeem um biofilme podem ser de uma ou vaacuterias espeacutecies dependendo das condiccedilotildees ambientais Por exemplo
em locais de grande stress mecanico tais como a superfiacutecie dental o
biofilme eacute bastante compactado e estratificado Os espaccedilos intersticiais
(canais) tambeacutem satildeo parte importante dos biofilme pois permitem a
circulaccedilatildeo de nutrientes e a troca de metaboacutelitos Retornar
Por que formar um biofilme
Acredita-se que a formaccedilatildeo de biofilmes esteja associada por exemplo agrave proteccedilatildeo contra o ambiente ou seja bacteacuterias em um
biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase graccedilas agrave
presenccedila da matriz exopolissacariacutedica A matriz conteacutem vaacuterios componentes exopolissacariacutedeo proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos entre
outros O exopolissacariacutedeo eacute secretado para o meio externo sendo de
diferentes composiccedilotildees Ao que parece o EPS tem diferentes estruturas e funccedilotildees dependendo das comunidades eou condiccedilotildees
ambientais Este poliacutemero pode impedir fisicamente a penetraccedilatildeo de agentes antimicrobianos no biofilme principalmente aqueles
hidrofiacutelicos e carregados positivamente Em alguns casos o EPS eacute
capaz de sequestrar caacutetions metais e toxinas Por estas razotildees os
biofilmes podem corresponder a excelentes mecanismos de transferecircncia de metais nos ecossistemas pois vaacuterios organismos marinhos pastadores se alimentam de biofilmes Foi tambeacutem descrito
que o EPS teria papel de proteccedilatildeo contra radiaccedilotildees UV alteraccedilotildees de
pH choques osmoacuteticos e dessecaccedilatildeo Retornar
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica Os canais aquosos dos biofilmes podem ser comparados a um sistema
circulatoacuterio primitivo permitindo a troca de nutrientes e metaboacutelitos
assim como a remoccedilatildeo de metaboacutetilos potencialmente toacutexicos Em um biofilme torna-se possiacutevel a cooperaccedilatildeo metaboacutelica Por exemplo a
degradaccedilatildeo de compostos orgacircnicos complexos originando metano e
CO2 durante uma digestatildeo anaeroacutebia requer pelo menos trecircs grupos de organismos As bacteacuterias fermentativas iniciam o processo gerando
aacutecidos e aacutelcoois que satildeo utilizados por bacteacuterias acetogecircnicas
Finalmente as metanogecircnicas convertem o acetato CO2 e hidrogecircnio
produzindo metano
Os biofilmes satildeo ambientes ideais para o desenvolvimento de relaccediloes sintroacuteficas que eacute um tipo de simbiose onde dois tipos de organismos
metabolicamente distintos dependem um do outro para utilizarem
certos substratos na produccedilatildeo de energia
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Retornar
Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Retornar
Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
Retornar
Cynthia M Kyaw
Exemplo da ecologia de comunidades microbianas As quatro microcolocircnias centrais correspondem a organismos que geram e consomem hidrogecircnio Os fermentadores
utilizam accediluacutecares e produzem aacutecidos orgacircnicos utilizados pelos produtores de hidrogecircnio Aleacutem das interaccedilotildees metaboacutelicas a comunicaccedilatildeo intra e intercelular pode
ser mediada por moleacuteculas sinalizadoras (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As interaccedilotildees que permitem a agregaccedilatildeo de diferentes espeacutecies ou mesmo gecircneros microbianos em um biofilme geralmente envolvem a
participaccedilatildeo de adesinas (moleacuteculas de adesatildeo presentes em fiacutembrias ou dispersar ao longo da superfiacutecie celular) que reconhcem receptores
especiacuteficos na superfiacutecie de outras ceacutelulas ou em diversos tipos de substratos Assim a figura abaixo esquematiza a formaccedilatildeo de um
biofilme aquaacutetico revelando a complexidade tanto estrutural como
temporal deste ecossistema As horas correspondem ao tempo meacutedio necessaacuterio agrave adesatildeo dos diferentes microrganismos revelando a
dinacircmica de formaccedilatildeo e estruturaccedilatildeo deste biofilme
Esquema de coagregaccedilotildees envolvendo bacteacuterias aquaacuteticas
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Retornar
Estrutura dos Biofilmes
A maioria dos biofilmes exibe uma certa heterogeneidade existindo
conjuntos de agregados celulares distribuiacutedos ao longo da matriz exopolissacariacutedica que exibem densidades variaacuteveis originando
aberturas e canais por onde a aacutegua pode trafegar
Corte lateral revelando a estrutura de um biofilme artificial de V cholerae
A intensidade da cor estaacute associada agrave densidade celular (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As microcolocircnias que compotildeem um biofilme podem ser de uma ou vaacuterias espeacutecies dependendo das condiccedilotildees ambientais Por exemplo
em locais de grande stress mecanico tais como a superfiacutecie dental o
biofilme eacute bastante compactado e estratificado Os espaccedilos intersticiais
(canais) tambeacutem satildeo parte importante dos biofilme pois permitem a
circulaccedilatildeo de nutrientes e a troca de metaboacutelitos Retornar
Por que formar um biofilme
Acredita-se que a formaccedilatildeo de biofilmes esteja associada por exemplo agrave proteccedilatildeo contra o ambiente ou seja bacteacuterias em um
biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase graccedilas agrave
presenccedila da matriz exopolissacariacutedica A matriz conteacutem vaacuterios componentes exopolissacariacutedeo proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos entre
outros O exopolissacariacutedeo eacute secretado para o meio externo sendo de
diferentes composiccedilotildees Ao que parece o EPS tem diferentes estruturas e funccedilotildees dependendo das comunidades eou condiccedilotildees
ambientais Este poliacutemero pode impedir fisicamente a penetraccedilatildeo de agentes antimicrobianos no biofilme principalmente aqueles
hidrofiacutelicos e carregados positivamente Em alguns casos o EPS eacute
capaz de sequestrar caacutetions metais e toxinas Por estas razotildees os
biofilmes podem corresponder a excelentes mecanismos de transferecircncia de metais nos ecossistemas pois vaacuterios organismos marinhos pastadores se alimentam de biofilmes Foi tambeacutem descrito
que o EPS teria papel de proteccedilatildeo contra radiaccedilotildees UV alteraccedilotildees de
pH choques osmoacuteticos e dessecaccedilatildeo Retornar
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica Os canais aquosos dos biofilmes podem ser comparados a um sistema
circulatoacuterio primitivo permitindo a troca de nutrientes e metaboacutelitos
assim como a remoccedilatildeo de metaboacutetilos potencialmente toacutexicos Em um biofilme torna-se possiacutevel a cooperaccedilatildeo metaboacutelica Por exemplo a
degradaccedilatildeo de compostos orgacircnicos complexos originando metano e
CO2 durante uma digestatildeo anaeroacutebia requer pelo menos trecircs grupos de organismos As bacteacuterias fermentativas iniciam o processo gerando
aacutecidos e aacutelcoois que satildeo utilizados por bacteacuterias acetogecircnicas
Finalmente as metanogecircnicas convertem o acetato CO2 e hidrogecircnio
produzindo metano
Os biofilmes satildeo ambientes ideais para o desenvolvimento de relaccediloes sintroacuteficas que eacute um tipo de simbiose onde dois tipos de organismos
metabolicamente distintos dependem um do outro para utilizarem
certos substratos na produccedilatildeo de energia
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Retornar
Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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Cynthia M Kyaw
Esquema de coagregaccedilotildees envolvendo bacteacuterias aquaacuteticas
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Estrutura dos Biofilmes
A maioria dos biofilmes exibe uma certa heterogeneidade existindo
conjuntos de agregados celulares distribuiacutedos ao longo da matriz exopolissacariacutedica que exibem densidades variaacuteveis originando
aberturas e canais por onde a aacutegua pode trafegar
Corte lateral revelando a estrutura de um biofilme artificial de V cholerae
A intensidade da cor estaacute associada agrave densidade celular (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
As microcolocircnias que compotildeem um biofilme podem ser de uma ou vaacuterias espeacutecies dependendo das condiccedilotildees ambientais Por exemplo
em locais de grande stress mecanico tais como a superfiacutecie dental o
biofilme eacute bastante compactado e estratificado Os espaccedilos intersticiais
(canais) tambeacutem satildeo parte importante dos biofilme pois permitem a
circulaccedilatildeo de nutrientes e a troca de metaboacutelitos Retornar
Por que formar um biofilme
Acredita-se que a formaccedilatildeo de biofilmes esteja associada por exemplo agrave proteccedilatildeo contra o ambiente ou seja bacteacuterias em um
biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase graccedilas agrave
presenccedila da matriz exopolissacariacutedica A matriz conteacutem vaacuterios componentes exopolissacariacutedeo proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos entre
outros O exopolissacariacutedeo eacute secretado para o meio externo sendo de
diferentes composiccedilotildees Ao que parece o EPS tem diferentes estruturas e funccedilotildees dependendo das comunidades eou condiccedilotildees
ambientais Este poliacutemero pode impedir fisicamente a penetraccedilatildeo de agentes antimicrobianos no biofilme principalmente aqueles
hidrofiacutelicos e carregados positivamente Em alguns casos o EPS eacute
capaz de sequestrar caacutetions metais e toxinas Por estas razotildees os
biofilmes podem corresponder a excelentes mecanismos de transferecircncia de metais nos ecossistemas pois vaacuterios organismos marinhos pastadores se alimentam de biofilmes Foi tambeacutem descrito
que o EPS teria papel de proteccedilatildeo contra radiaccedilotildees UV alteraccedilotildees de
pH choques osmoacuteticos e dessecaccedilatildeo Retornar
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica Os canais aquosos dos biofilmes podem ser comparados a um sistema
circulatoacuterio primitivo permitindo a troca de nutrientes e metaboacutelitos
assim como a remoccedilatildeo de metaboacutetilos potencialmente toacutexicos Em um biofilme torna-se possiacutevel a cooperaccedilatildeo metaboacutelica Por exemplo a
degradaccedilatildeo de compostos orgacircnicos complexos originando metano e
CO2 durante uma digestatildeo anaeroacutebia requer pelo menos trecircs grupos de organismos As bacteacuterias fermentativas iniciam o processo gerando
aacutecidos e aacutelcoois que satildeo utilizados por bacteacuterias acetogecircnicas
Finalmente as metanogecircnicas convertem o acetato CO2 e hidrogecircnio
produzindo metano
Os biofilmes satildeo ambientes ideais para o desenvolvimento de relaccediloes sintroacuteficas que eacute um tipo de simbiose onde dois tipos de organismos
metabolicamente distintos dependem um do outro para utilizarem
certos substratos na produccedilatildeo de energia
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Retornar
Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Retornar
Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
Retornar
Cynthia M Kyaw
biofilme eacute bastante compactado e estratificado Os espaccedilos intersticiais
(canais) tambeacutem satildeo parte importante dos biofilme pois permitem a
circulaccedilatildeo de nutrientes e a troca de metaboacutelitos Retornar
Por que formar um biofilme
Acredita-se que a formaccedilatildeo de biofilmes esteja associada por exemplo agrave proteccedilatildeo contra o ambiente ou seja bacteacuterias em um
biofilme encontram-se abrigadas e em relativa homeostase graccedilas agrave
presenccedila da matriz exopolissacariacutedica A matriz conteacutem vaacuterios componentes exopolissacariacutedeo proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos entre
outros O exopolissacariacutedeo eacute secretado para o meio externo sendo de
diferentes composiccedilotildees Ao que parece o EPS tem diferentes estruturas e funccedilotildees dependendo das comunidades eou condiccedilotildees
ambientais Este poliacutemero pode impedir fisicamente a penetraccedilatildeo de agentes antimicrobianos no biofilme principalmente aqueles
hidrofiacutelicos e carregados positivamente Em alguns casos o EPS eacute
capaz de sequestrar caacutetions metais e toxinas Por estas razotildees os
biofilmes podem corresponder a excelentes mecanismos de transferecircncia de metais nos ecossistemas pois vaacuterios organismos marinhos pastadores se alimentam de biofilmes Foi tambeacutem descrito
que o EPS teria papel de proteccedilatildeo contra radiaccedilotildees UV alteraccedilotildees de
pH choques osmoacuteticos e dessecaccedilatildeo Retornar
Disponibilidade de nutrientes e cooperatividade metaboacutelica Os canais aquosos dos biofilmes podem ser comparados a um sistema
circulatoacuterio primitivo permitindo a troca de nutrientes e metaboacutelitos
assim como a remoccedilatildeo de metaboacutetilos potencialmente toacutexicos Em um biofilme torna-se possiacutevel a cooperaccedilatildeo metaboacutelica Por exemplo a
degradaccedilatildeo de compostos orgacircnicos complexos originando metano e
CO2 durante uma digestatildeo anaeroacutebia requer pelo menos trecircs grupos de organismos As bacteacuterias fermentativas iniciam o processo gerando
aacutecidos e aacutelcoois que satildeo utilizados por bacteacuterias acetogecircnicas
Finalmente as metanogecircnicas convertem o acetato CO2 e hidrogecircnio
produzindo metano
Os biofilmes satildeo ambientes ideais para o desenvolvimento de relaccediloes sintroacuteficas que eacute um tipo de simbiose onde dois tipos de organismos
metabolicamente distintos dependem um do outro para utilizarem
certos substratos na produccedilatildeo de energia
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Retornar
Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
Retornar
Cynthia M Kyaw
Sintrofia em um gracircnulo de lodo de um reator metanogecircnico Corantes fluorescentes revelam organismos metanogecircnicos (em verde) e bacteacuterias que
oxidam propionato (em vermelho) A cor amarela resulta da combinaccedilatildeo verde e vermelho revelando microcolocircnias sintroacuteficas interligadas a cadeias de
metanogecircnicos (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Retornar
Aquisiccedilatildeo de novas caracteriacutesticas geneacuteticas
Vaacuterias bacteacuterias possuem plasmiacutedeos conferindo as mais diversas
caracteriacutesticas Estes podem ser transferidos horizontalmente por conjugaccedilatildeo para diferentes espeacutecies presentes em um bioflme Estudo foram realizados com placas dentais artificiais formadas inicialmente
por bacteacuterias do gecircnero Streptococcus Uma linhagem de Bacillus contendo um transposon conjugativo albergando genes de resistecircncia agrave tetraciclina foi inserida no sistema e transferiu este transposon para
ceacutelulas de Streptococcus
A transduccedilatildeo pode teoricamente ser responsaacutevel pela transferecircncia horizontal de genes em biofilmes Tal hipoacutetese baseia-se no fato de
sistemas marinhos e de aacutegua doce contecircm uma enorme abundacircncia de
bacterioacutefagos (cerca de 108ml) sendo responsaacuteveis pela lise de um
grande nuacutemero de bacteacuterias Diariamente de 10 a 20 da populaccedilatildeo
bacteriana eacute lisada por fagos os quais tecircm relevante impacto na cadeia alimentar microbiana uma vez que podem aumentar as taxas
de mortalidade eou reduzir as taxas de crescimento em todos os
niacuteveis troacuteficos Estudos recentes revelam que os fagos podem estruturar ou restruturar comunidades microbianas Em uma anaacutelise
onde uma populaccedilatildeo de cianobacteacuterias foi praticamente exterminada
pelos fagos observou-se a presenccedila de novas espeacutecies capazes de
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Retornar
Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
Retornar
Cynthia M Kyaw
degradas os compostos orgacircnicos que surgiram Retornar
Papel dos biofilmes nas doenccedilas
Ateacute o momento a vasta maioria das doenccedilas infecciosas vem sendo
tratada eficientemente com antibioacuteticos entretanto de acordo com as
pesquisas mais recentes sabemos que tal tipo de estrateacutegia pode ser ineficaz em duas situaccedilotildees 1) com organismos exibindo resistecircncia
inata agrave droga e 2) em bacteacuterias presentes em biofilmes Em um
biofilme as bacteacuterias podem ser 1000 vezes mais resistente a um antibioacutetico quando comparadas agraves mesmas ceacutelulas planctocircnicas
embora os mecanismos envolvidos nesta resistecircncia sejam ainda
pouco conhecidos Dentre os possiacuteveis mecanismos acredita-se que possa haver a inativaccedilatildeo da droga por poliacutemeros ou enzimas
extracelulares ou a ineficiecircncia da droga em decorrecircncia de taxas de crescimento muito lentas no interior dos biofilmes
Infecccedilotildees assciadas a biofilmes geralmente satildeo de natureza
recorrente visto que as terapias antimicrobianas convencionais
eliminam predominantemente as formas planctocircnicas deixando as ceacutelulas seacutesseis livres para se reproduzir e propagar no biofilme apoacutes o tratamento Para tornar o quadro ainda mais grave as bacteacuterias
presentes nos biofilmes encontram-se mais protegidas contra o
sistema imune do hospedeiro Exemplos tiacutepicos de doenccedilas associadas a biofilmes incluem as
infecccedilotildees de implantes tais como vaacutelvulas cardiacuteacas cateacuteteres lentes de contato etc Os biofilmes podem ainda promover doenccedilas se formados em tecidos
tais como nas infecccedilotildees pulmonares provocadas por Pseudomonas aeruginosa em pacientes com fibrose ciacutestica que satildeo suscetiacuteveis a
infecccedilotildees crocircnicas por esta bacteacuteria A periodontite eacute outro exemplo de
doenccedila provocada por biofilmes O principal microrganismo associado a esta doenccedila Porphyromonas gingivalis coloniza uma grande de
superfiacutecies orais direta ou indiretamente sendo entatildeo capaz de invadir
as ceacutelulas das mucosas e liberar toxinas
Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
Retornar
Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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Biofilmes e resistecircncia agraves drogas devido agrave densidade e tipos celulares exclusatildeo
fiacutesica da droga expressatildeo de genes de resistecircncia quorum sensing e alteraccedilotildees da superfiacutecie celular
(Adaptado de Mah amp OrsquoToole Trends Microbiol 934-39 2001)
Esquema do desenvolvimento temporal de uma placa dental
(Adaptado de Rickard et al Trends Microbiol 1194-100 2003)
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Geneacutetica da formaccedilatildeo dos biofilmes
Quatro organismos P aeruginosa P fluorescens E coli e V cholerae vecircm sendo intensamente estudados como modelos na formaccedilatildeo de
biofilmes de espeacutecies uacutenicas Este processo pode ser subdivido em
etapas a) Aderecircncia inicial agrave superfiacutecie b) Formaccedilatildeo das microcolocircnias c) maturaccedilatildeo das microcolocircnias em um biofilme
contendo a matriz de EPS
Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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Estudo microscoacutepico da formaccedilatildeo de um
biofilme por V cholerae (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash2679
2000)
Etapas que uma nova espeacutecie
bacteriana realiza durante sua
incorporaccedilatildeo em um biofilme (Adaptado de Watnick amp Kolter J Bacteriol 1822675ndash
2679 2000)
Ao que parece o processo se inicia quando as bacteacuterias percebem determinadas condiccedilotildees ambientais que disparam o fenocircmeno de transiccedilatildeo de ceacutelulas planctocircnicas em seacutesseis Assim Pseudomonas
aeruginosa e P fluorescens parecem ser capazes de formar bioflmes
sob quase todas as condiccedilotildees enquanto E coli somente os forma se estiver em meios miacutenimos suplementados com aminoaacutecidos ou em
meios pobres em nutrientes
Diferentes vias geneacuteticas podem ser utilizadas na formaccedilatildeo de
biofilmes Por exemplo V cholerae parece ter diferentes vias para realizar a aderecircncia inicial dependendo da superfiacutecie Assim quando
no intestino este organismo utiliza a fiacutembria Tcp para realizar a
colonizaccedilatildeo embora tal estrutura natildeo tenha papel na etapa inicial de formaccedilatildeo de biofilmes em superfiacutecies abioacuteticas sendo o processo
mediado por um outro tipo de fiacutembria denominada Msh
Iniacutecio de formaccedilatildeo do biofilme
A partir de estudos com linhagens mutantes de P aeruginosa foi
relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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relatado que quando as ceacutelulas natildeo sintetizam flagelos satildeo incapazes
de realizar as interaccedilotildees iniciais com as superfiacutecies Mutantes que natildeo
produzem a fiacutembria tipo IV (associada agrave movimentaccedilatildeo das ceacutelulas em uma superfiacutecie) satildeo capazes de se aderir formando uma monocamada
ao inveacutes de microcolocircnias Existem uma proteiacutena denominada Crc que aleacutem de atuar regulando o metabolismo das ceacutelulas tambeacutem
regula a expressatildeo de dois genes que codificam proteiacutenas importantes
na montagem da fiacutembria tipo IV O LPS da membrana externa tambeacutem
tem papel na adesatildeo inicial Em E coli os flagelos tambeacutem satildeo importantes nesta primeira etapa de formaccedilatildeo do biofilme Haacute ainda a
participaccedilatildeo de fiacutembrias do tipo I uma proteiacutena de membrana externa
Ag43 e do LPS Em V chloreae acredita-se que o processo seja bastante similar ao de E coli
Maturaccedilatildeo do biofilme Apoacutes a etapa de interaccedilotildees iniciais comeccedila a haver a formaccedilatildeo das
microcolocircnias normalmente associada agrave produccedilatildeo de EPS Outra etapa importante corresponde agrave organizaccedilatildeo da arquitetura do biofilme que
em P aeruginosa parece ter a participaccedilatildeo do quorum sensing
Estaacutegios iniciais na formaccedilatildeo de biofilmes de Gram negativos (P
aeruginosa E coli e V cholerae)
(A) Em P aeruginosa os flagelos satildeo necessaacuterios para aproximar a bacteacuteria da superfiacutecie enquanto o LPS media as primeiras interaccedilotildees havendo talvez a
participaccedilatildeo de proteiacutenas da membrana externa Quando formam monocamadas fiacutembrias tipo IV mediam o movimento pulsante necessaacuterio agrave formaccedilatildeo de
microcolocircnias A produccedilatildeo destas fiacutembrias eacute regulada em parte por sinais nutricionais (Crc) havendo ainda a ativaccedilatildeo de genes envolvidos na siacutentese de
alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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alginato e repressatildeo de genes flagelares A formaccedilatildeo do biofilme maduro envolve a
participaccedilatildeo de homoserina lactonas sinalizadoras (B) Em E coli os flagelos aproximam as ceacutelulas do substrato enquanto as primeiras interaccedilotildees satildeo mediadas
por fiacutembris tipo I e a proteiacutena de membrana externa Ag43 O EPS aacutecido colacircnico eacute resonsaacutevel pela arquitetura do biofilme (C) V cholerae tambeacutem usa os flagelos na
aproximaccedilatildeo sendo a ligaccedilatildeo mediada por fiacutembrias MshA e talvez outras proteiacutenas (Adaptado de Davey amp OrsquoToole Microbiol Mol Biol Rev 64847-867 2000)
Dispersatildeo
Em determinados momentos os biofilmes sofrem dispersatildeo liberando
microrganismos que podem vir a colonizar novos ambientes Oacutes mecanismos geneacuteticos associados agrave dispersatildeo natildeo satildeo ainda bem
conhecidos
Existem trecircs tipos de processos de dispersatildeo expansiva quando parte das ceacutelulas de uma microcolocircnia sofrem lise e outras retomam a
motilidade sendo entatildeo liberadas da estrutura Outro tipo de dispersatildeo envolve a fragmentaccedilatildeo do biofilme onde porccedilotildees de
matriz extracelular associadas a microrganismos satildeo liberadas
Finalmente o terceiro tipo de dispersatildeo denominada superficial
ocorre pelo crescimento do proacuteprio biofilme como um todo
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