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“Formação de Biofilmes Microbianos”

Prof Dra Luciana Maria Ramires Esper

Universidade Federal Fluminense

28/09/2011

V Simpósio Brasileiro de Microbiologia Aplicada

SUMÁRIO

● INTRODUÇÃO

● CARACTERÍSTICA E ARQUITETURA DOS BIOFILMES

● FORMAÇÃO DE BIOFILME

● COMUNICAÇÃO INTERCELULAR (QUORUM SENSING)

● BIOFILME NA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

● SANITIZANTES

● AVALIAÇÃO DE BIOFILME

● CONTROLE E PREVENÇÃO DE BIOFILMES

● CONSIDERAÇÕES FINAIS

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Por muito tempo foi considerado que as bactérias viviam de forma isolada.

No entanto, observou-se que ocorre associação, e nas últimas décadas também uma comunicação entre as bactérias.

Esse tipo de comportamento comunitário permite a formação de

uma estrutura multicelular complexa denominada BIOFILME(FUQUA et al., 1996).

Introdução

A definição exata do que seja biofilme ainda não é consensual nos meiosacadêmicos e há várias definições descritas na literatura

Biofilmes uma comunidade complexa e estruturada de

microrganismos, envoltos por uma matriz extracelular de

polissacarídeos, aderidos entre si a uma superfície ou interface

(Costernon et al., 1995).

Definição :

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Biofilmes no setor da saúde

Biofilmes formados sobre ou dentro de aparatos médicos constituem uma séria ameaça à saúde pública.

Fonte: Xavier,2005

Implante

► Estações de tratamento de águas ou de efluentes

Importância dos biofilmes

Tem grande importância em inúmeras atividades humanas

Introdução

►Numerosos bioprocessos também utilizam biofilmes:

* biorreatores para a produção de fermentados* produção de vinagre* ácido cítrico*vinhos

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Introdução

Estas estruturas, uma vez constituídas, agem como ponto decontaminação constante, liberando células de microrganismospatogênicos e deteriorantes, podendo comprometer, assim, aqualidade microbiológica de matérias-primas, insumos e alimentosprocessados.

A ocorrência de biofilmes ganha cada vez mais destaque nasdiscussões focadas em qualidade e segurança de alimentos.

O crescimento não desejado de biofilmes, tem um impacto negativo em várias atividades

•Trocadores de calor: aumento da resistência do fluxo e da taxa detransferência de calor.

•Membranas de filtração: reduz o fluxo através da membrana,entupimento.

•Biocorrosão de materiais, como o aço inoxidável.

•Contaminação dos alimentos por microrganismos deteriorantes e patógenos

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Células planctônicas

Superfície

•As células aderidas são designadas por sésseis, enquantoaquelas livres e dispersas são denominadas por planctônicas.

•Um biofilme corresponde a uma comunidade de células sésseisaderidas a um substrato, embebidas em uma matriz de polímerosextracelulares, na qual existem diferenciados fenótipos, metabolismo,fisiologia e transcrição genética.

Características e arquitetura dos biofilmes

sésseis

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•São complexas comunidades mono ou multiespécies (indústria de alimentos), ancoradas a uma superfície, sendo estas embebidas em uma matriz constituída, basicamente por exopolissacarídeo (EPS).

•A matriz de polímeros extracelulares (EPS) de naturezapolissacarídea ou proteica, expõe-se exteriormente à membranaexterna das células Gram negativas e ao peptídeoglicano das Grampositivas, é sintetizado pôr polimerases, constituindo-se em umaestrutura complexa bem hidratada

Vital importância no processo de ancoragem dos microrganismos

Exopolissacarídeos

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Um dos grandes responsáveis por conferir proteção aossanitizantes são os EPS, que agem como barreira física impedindoque sanitizantes cheguem a seus sítios de ação como, por exemplo,a membrana de gram-negativos.

Em alguns casos o EPS é capaz de sequestrar cátions, metais etoxinas, conferindo também proteção contra radiações UV,alterações de pH, choques osmóticos e dessecação.

ANTIBIÓTICOS

SANITIZANTESSANITIZANTESSANITIZANTESSANITIZANTES

•São percebidas muitas alterações fenotípicas, principalmente nosaparatos de motilidade, no tamanho da célula e no metabolismo,decorrentes da restrição de nutrientes e de oxigênio em algumasfases, da variação na taxa de reprodução e em toda a regulaçãogênica.

•As células em biofilme são de 500 até 1000 vezes mais resistentesquando comparadas às células planctônicas.

Biofilmes são as únicas estruturas microbianas que permitem acoexistência de organismos aeróbios e anaeróbios estritos adistâncias de poucas centenas de micrômetros um do outro.

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São compostos por microcanais internos, úteis na distribuição denutrientes e água, no escoamento de metabólitos, algunspotencialmente patogênicos ao homem, nas enzimasalginatoliases e as proteases, necessárias ao destacamento decélulas do biofilme e na distribuição de moléculas sinalizadoras dequorum sensing (Hall-Stoodley et al, 2004)

Etapas que uma nova espécie bacteriana realiza, durante sua incorporação em um biofilme(Adaptado de Watnick & Kolter, J. Bacteriol.,

182:2675–2679, 2000)

Estudo microscópico da formação de um biofilme por V. cholerae(Adaptado de Watnick & Kolter, J. Bacteriol.,

182:2675–2679, 2000)

Como etapas importantes para sua formação são descritas as bioadesões iniciais,passando os microrganismos de seu estilo de vida planctônico ao séssil, a formaçãode microcolônias, a maturação do biofilme e o destacamento de células, retornandoao seu estilo de vida planctônico.

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(Xavier, 2002)

Uma vez que o biofilme é constituído de agregados de células e aformação de sua estrutura tridimendisional é um processo dinâmicoque envolve uma série de eventos moleculares coordenados, elerepresenta um ambiente propício para a comunicação célula-célula, ouquorum sensing (QS)

Sistema de comunicação dependente de densidade populacional em bactérias.

COMUNICAÇÃO INTERCELULAR

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bactéria Molécula sinalizadora

Proteína receptora

Promotor DNA

Motilidade

Fatores de virulência

BiofilmesProdução de

antibióticos

Esporulação

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BIOFILMES EM INDÚSTRIAS E UNIDADESPROCESSADORAS DEALIMENTOS.

E. coli

Salmonella sp

Staphylococcus aureus

Listeria monocytogenes

Bacillus cereus

Yersinia enterocolitica

Alguns micro-organismos patogênicos presentes em alimentos podem facilmente formar ou fazer parte da comunidade de microrganismos presentes em um biofilme.

Microrganismos Deteriorantes

Pseudomonas fragi, Micrococcus sp, Pseudomonas

fluorescens, Enterococcus faecium

Nas indústrias de alimentos devido à diversidade da produção, dasmatérias primas e dos produtos, pode ocorrer a formação de biofilmescom composição heterogênea e com comportamentos os mais variados.

Em biofilme composto por multi-espécies, fato mais comum nanatureza, os produtos metabólicos de um microrganismo podem servirpara o crescimento da outra espécie e a adesão de uma espécie podeprover substâncias ligantes que permitem a adesão de outras. Todavia, acompetição por nutrientes e o acúmulo de produtos tóxicos geradospodem limitar a diversidade microbiana em um biofilme.

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Shi e Zhu, 2009

BIOFILMES EM INDÚSTRIAS E UNIDADESPROCESSADORAS DEALIMENTOS.

Formação em qualquer tipo de superfície: aço-inoxidável, borracha, nylon, alumínio, teflon, etc.

É possível ocorrer adesão bacteriana e formação de biofilme empraticamente todas as superfícies envolvidas no processamento dealimentos desde as rugosas, que apresentam fissuras e fendas até asconsideradas mais lisas.

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Fonte: Andrade, 2009

Fonte: Andrade, 2009

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Aço inoxidável AISI 304

Fonte: Carelli, 2005

A adesão bacteriana depende das propriedades físico-químicas do material do substrato e da superfície da célula.

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Sanitizantes

Um biofilme microbiano presente numa superfície com resíduosoriundos do alimento impede um efetiva penetração do sanitizante paraeliminar microrganismos.

O sanitizante reage inicialmente com:

•resíduos de proteínas, gordura, carboidratos e minerais.

Ao final, pouca atividade do sanitizante resta para agir sobre osmicrorganismos no biofilme.

Sabe-se que, quando o biofilme é tratado corretamente com detergenteantes do uso dos sanitizantes, os microrganismos geralmente sãoeliminados.

No entanto, procedimentos de higienização incorretos não removemnem inativam ao microrganismos aderidos

EFICIÊNCIA DO SANITIZANTE

Depende dos microrganismos envolvidos, das condições daaderência e desenvolvimento e características do biofilme.

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Atualmente, vários métodos são usados na detecção e monitoramento da carga microbiana de superfícies envolvidas na produção de alimentos.

AVALIAÇÃO DE BIOFILME NAINDUSTRIA DE ALIMENTOS

As técnicas de microscopia eletrônica apresentam alto poder deresolução e comprimento de onda muito curto (0,5 A) de feixe deelétrons, permitindo observar as amostras em aumentos maioresquando comparado com a microscopia óptica comum

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Fonte: Esper, 2010

Controle/ Prevenção

A estratégia número um de controle é a prática de adequadosprocedimentos de higiene industrial, com finalidade de removerresíduos e células de micro-organismos de superfícies, impedindo oinicio de todo o processo.

Prevenção

O melhor caminho para controlar os biofilmes baseia-se na prevençãode seu desenvolvimento

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O tipo do material usado nos equipamentos deve ser de fácil limpeza e resistência a corrosão.

É difícil erradicar um biofilme utilizando um único tipo de tratamento ou um único desinfetante ou detergente.

Prevenção

Desenho correto das superfícies dos equipamentos em contato com os alimentos.

Os equipamentos devem ser desmontáveis facilmente para a limpeza ou que possam ser limpos sem ter que desmonta-los

Boas Práticas e Sistema APPCC

A implantação de sistemas de qualidade como:

• Boas Práticas de Fabricação (BPF)

• Sistema de Análises de Perigos e Pontos Críticos de Controle(APPCC)

São ferramentas eficazes para garantir a produção de alimentosseguros, simplificando as ações de segurança dos alimentos,indicando operações críticas e chaves do processo e oferecendoformas eficientes para controlá-las e monitorá-las.

Possibilitando, portanto, também prevenir a formação de biofilmes.

Prevenção

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Referências

ANDRADE, N. J.; PINTO, C. L. O.; LIMA, J. C. Adesão e formação de biofilmes microbianos. In: ANDRADE, N.J. Higiene na Indústria de Alimentos - Avaliação e controle da adesão e formação de biofilmes bacterianos.São Paulo (SP): Varela. 410p, 2008.

SHI,X.;ZHU. X. Biofilm formation and food safety in food industries. Trends in Food Science and Technology.doi:10.1016/j.tifs.2009.01.054,2009

XAVIER,J.B., PICIOREANU,C., ALMEIDA,J.S., VAN LOOSDRECHT, M.C.M. Monitorização e modelação daestrutura de biofilme. Boletim de Biotecnologia, 2005.

WATNICK, P.; KOLTER, R. Minireview – Biofilm, city of microbes. Journal of Bacteriology, v.182, p. 2675-2679,2000.

COSTERTON, J.W.; LEWANDOWSKI, Z.; CALDWELL, D.E.; KORBER, D.R.; LAPPIN-SOCOTT, H.M. MicrobialBiofilms. Ann. Rev. Microbiol, v. 49.p.711-745, 1995.

Muito Obrigada!!!

lesper@id.uff.br