biofilme

Biofilme - Uma Cidade de MicrorganismosBiofilme - Uma Cidade de Microrganismos

Costerton et al. (1978)Costerton et al. (1978)

Ambientes aquáticosAmbientes aquáticos

Corpo humanoCorpo humano

Ambientes terrestresAmbientes terrestres

≈ ≈ 90% das bactérias, na natureza, 90% das bactérias, na natureza, encontram-se em BIOFILMESencontram-se em BIOFILMES

Conceito de BiofilmeConceito de Biofilme

Comunidades microbianas complexas, e dinâmicas, envoltas Comunidades microbianas complexas, e dinâmicas, envoltas por uma matriz, geralmente polissacarídica, que se formam por uma matriz, geralmente polissacarídica, que se formam

seqüencialmente e sofrem alterações ao longo do temposeqüencialmente e sofrem alterações ao longo do tempo

Porque formar biofilmes?Porque formar biofilmes?

Melhores condições de sobrevivência nos ambientes naturais Melhores condições de sobrevivência nos ambientes naturais

• Proteção contraProteção contra• Radiações UVRadiações UV• FagocitoseFagocitose• DesidrataçãoDesidratação• PredadoresPredadores• AntimicrobianosAntimicrobianos

• Aproveitamento de nutrientesAproveitamento de nutrientes• SintrofiaSintrofia• Troca de material genéticoTroca de material genético

Etapas no desenvolvimento de um biofilmeEtapas no desenvolvimento de um biofilme

1) Iniciação:1) Iniciação: Associação transiente Associação transiente Associação estávelAssociação estável

2) Maturação:2) Maturação: Formação e estruturação de microcolônias Formação e estruturação de microcolôniasSíntese de ExopolissacarídeosSíntese de ExopolissacarídeosInterações metabólicas e genéticasInterações metabólicas e genéticas

3) Dispersão:3) Dispersão: Liberação de células Liberação de células

Mecanismos de comunicação intercelularMecanismos de comunicação intercelularExpressão diferencial de genesExpressão diferencial de genes

Etapas de formação de um biofilmeEtapas de formação de um biofilme

Watnick, P. & Kolter, R. (2000) Biofilm, city of microbes. J. Bacteriol., 182:2675-2679

Biofilme artificial de Biofilme artificial de V. choleraeV. cholerae

A - Iniciação de um biofilmeA - Iniciação de um biofilme

- Redução da motilidade (inibição do gene de flagelina)- Redução da motilidade (inibição do gene de flagelina)- Síntese de exopolissacarídeos- Síntese de exopolissacarídeos

Associação transiente do organismo com superfícies ou Associação transiente do organismo com superfícies ou outros organismosoutros organismos

- Flagelos, Pilus tipo IV, adesinas- Flagelos, Pilus tipo IV, adesinas- Movimentação bidirecional- Movimentação bidirecional

Associação estávelAssociação estável

Jenkinson, H.F. & Lappin-Scott, H.M. (2001) Biofilms adhere to stay. Trends Microbiol., 9:9-10.

B - Maturação do biofilmeB - Maturação do biofilme

Aumento da síntese de exopolissacarídeo Aumento da síntese de exopolissacarídeo (além de proteínas e outras moléculas)(além de proteínas e outras moléculas)

MatrizMatriz

Celulose (Celulose (GluconoacetobacterGluconoacetobacter, , E. coliE. coli))Poli-N-Acetilglicosamina (Poli-N-Acetilglicosamina (S. aureusS. aureus e e S. epidermidisS. epidermidis))Adesina intercelular polissacarídica (PIA) (Adesina intercelular polissacarídica (PIA) (S. aureusS. aureus e e S. epidermidisS. epidermidis))PIA-like (PIA-like (YersiniaYersinia, , E. coliE. coli))Ácido colânico (Ácido colânico (E. coliE. coli))Alginato, PEL, PSL (Alginato, PEL, PSL (PseudomonasPseudomonas))

Webb, J.S.; Givskov, M.; Kjelleberg, S. (2003) Bacterial biofilms: prokaryotic adventures in multicellularity. Curr. Op. Microbiol., 6:578–585.

Definição dos nichos ecológicos:Definição dos nichos ecológicos: Subpopulações fisiologicamente Subpopulações fisiologicamente distintas em biofilmes de distintas em biofilmes de Pseudomonas aeruginosaPseudomonas aeruginosa

Células expressando pilus tipo IV formam os chapéus, enquanto células Células expressando pilus tipo IV formam os chapéus, enquanto células não móveis formam a base do biofilme.não móveis formam a base do biofilme.

Davey, M.E. & O’Toole, G.A. (2000) Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 64:847-867.

Interações metabólicas nos biofilmesInterações metabólicas nos biofilmes

Associação de atividades metabólicasAssociação de atividades metabólicas

Microcolônia de Lodo (Esgoto)Microcolônia de Lodo (Esgoto)

Interações metabólicas de Interações metabólicas de ArchaeaArchaea metanogênicas (verde) com bactérias metanogênicas (verde) com bactérias oxidantes de propionato (vermelho), aceleram a degradação do lodo.oxidantes de propionato (vermelho), aceleram a degradação do lodo.

Davey, M.E. & O’Toole, G.A. (2000) Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 64:847-867.

Webb, J.S.; Givskov, M.; Kjelleberg, S. (2003) Bacterial biofilms: prokaryotic adventures in multicellularity. Curr. Op. Microbiol., 6:578–585.

Comunicação intercelularComunicação intercelular

Importância do Quorum sensing na resistência de biofilmes de Importância do Quorum sensing na resistência de biofilmes de P. P. aeruginosaaeruginosa aos antimicrobianos. aos antimicrobianos.Em verde: células vivasEm verde: células vivasEm vermelho: células mortasEm vermelho: células mortas

C - Dispersão dos biofilmesC - Dispersão dos biofilmes

1 - Expansiva: 1 - Expansiva: liberação de células do interior das microcolôniasliberação de células do interior das microcolôniasMorte celular - limitação nutricional, espécies reativas Morte celular - limitação nutricional, espécies reativas de oxigênio, apoptose, lise por fagosde oxigênio, apoptose, lise por fagosDegradação da matriz por liasesDegradação da matriz por liasesRestauração da motilidadeRestauração da motilidade

2 - Fragmentação:2 - Fragmentação: forças mecânicas forças mecânicas

3 - Superficial:3 - Superficial: migração do biofilme migração do biofilme

S. aureusS. aureus

Exemplos de biofilmes de interesse humanoExemplos de biofilmes de interesse humano

Doenças associadas a biofilmes:Doenças associadas a biofilmes: 65 a 80% das infecções tratadas, 65 a 80% das infecções tratadas, em países desenvolvidos.em países desenvolvidos.

- Processos crônicos- Processos crônicos- Infecções de dispositivos implantáveis- Infecções de dispositivos implantáveis

““Epidemias virtuais crônicas”Epidemias virtuais crônicas”

Placa dentalPlaca dental

Overman, P.R. (2000) Biofilm: a new view of plaque. J. Contemp. Dent. Pract., 1:1-8.

Rickard, A.H.; Gilbert, P., High, N.J., Kolenbrander, P.E.; Handley, P.S. (2003) Bacterial coaggregation: an integral process in the development of multi-species biofilms. Trends Microbiol., 11:94-100.

Infecções de dispositivos implantáveisInfecções de dispositivos implantáveis

S. aureus, S. epidermidisS. aureus, S. epidermidisP. aeruginosaP. aeruginosa

Catéteres, Marca-passos, Válvulas cardíacas, Catéteres, Marca-passos, Válvulas cardíacas, PrótesesPróteses

Endocardites:Endocardites: espécies de espécies de StreptococcusStreptococcus

Pneumonias em pacientes com fibrose cística:Pneumonias em pacientes com fibrose cística: P. aeruginosaP. aeruginosa

Hall-Stoodley, L.; Costerton, J.W.; Stoodley, P. (2004) Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature Rev., 2:95-108.

Biofilmes de Biofilmes de S. aureusS. aureus

Kelley, S.T.; Theisen, U.; Angenent,L.; Amand,A.S.; Pace, N.R. (2004) Molecular analysis of shower curtain biofilm microbes. Appl. Environ. Microbiol., 70:4187–4192.

““Os microbiologistas levaram cerca de 100 anos para serem Os microbiologistas levaram cerca de 100 anos para serem capazes de estudar as bactérias em culturas puras.capazes de estudar as bactérias em culturas puras.

Provavelmente, agora serão necessários mais 100 anos, para que Provavelmente, agora serão necessários mais 100 anos, para que sejam capazes de estudar as bactérias como estas vivem na sejam capazes de estudar as bactérias como estas vivem na

natureza, ou seja: em biofilmes!!!”natureza, ou seja: em biofilmes!!!”