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Biofilms y seguridad alimentaria

La formación de biofilm no está restringida a ningún grupo específico de microorganismos ya que, bajo condiciones adecuadas, todos tienen capacidad para formarlo

La seguridad alimentaria plantea actualmente problemas como la adhesión de los microorganismos a las superficies, lo que se conoce como biofilms, uno de los campos en el ámbito alimentario más importantes a tratar, especialmente por su implicación en casos de toxiinfecciones alimentarias, según reconocen los datos de estudios científicos.

La multitud de evidencias científicas permiten confirmar que las bacterias se desarrollan en su medio natural, formando comunidades de microorganismos, lo que afecta, indudablemente, al concepto de las bacterias como seres unicelulares individuales. Todo ello justifica el desarrollo de una nueva disciplina dedicada a estudiar cómo se forman estas comunidades y qué nuevos fenotipos diferenciales presenta la comunidad con respecto a cada bacteria individual.

La respuesta de los microorganismos no es la misma ante situaciones similares. Es curioso observar cómo todos los microorganismos de una misma especie, como por ejemplo Listeria monocytogenes, son capaces de formar biofilm pero, por el contrario, sólo unos pocos serotipos están presentes en la industria alimentaria y son los responsables de la mayor parte de infecciones. Actualmente se ha demostrado la diferente capacidad para crecer o adherirse en función de la concentración de nutrientes en el medio, lo que indudablemente abre un campo nuevo muy interesante.

Biofilms y medio ambiente

Los biofilms pueden detectarse por la aparición de material viscoso en las superficies Quizás algunos puedan pensar que los biofilms se encuentran en ambientes muy concretos y en condiciones específicas. Sin embargo, su presencia en la naturaleza está generalizada. Quién no ha observado el material mucoso que recubre vidrios, vasos mal lavados después de unas horas o el material que se forma y deposita en el fondo y superficie de un pequeño charco de agua. Esta misma situación, que de forma natural se reproduce en la naturaleza, la podemos observar como comportamiento frecuente en multitud de microorganismos patógenos.

Por ejemplo, los que se adhieren a la superficie de los dientes, formando una placa que terminará degenerando el esmalte y provocará una caries dental, pero también los microorganismos que provocan infecciones en la piel, en los ojos o en nuestro intestino. Todos ellos han de adherirse primero, formar un biofilm y atacar a los tejidos hasta provocar una infección más o menos severa, que dependerá del microorganismo y de nuestra capacidad de respuesta. La formación de biofilm no parece estar restringida a ningún grupo específico de microorganismos y hoy se considera que, bajo condiciones ambientales adecuadas, todos los microorganismos son capaces de formarlos.

Composición del biofilm

Aunque la composición del biofilm varía en función del sistema en estudio, el componente mayoritario es, en general, el agua, que puede representar hasta un 97% del contenido total. Además de agua y de las células bacterianas, la matriz del biofilm es un complejo formado principalmente por exopolisacáridos secretados por las propias células que forman parte del mismo. En menor cantidad se encuentran otras macromoléculas como proteínas, DNA y productos diversos procedentes de lisis de las bacterias.

En los primeros trabajos sobre la estructura del biofilm, una de las cuestiones que surgía con mayor reiteración era cómo las bacterias del interior del biofilm podían tener acceso a los nutrientes o al oxígeno. Estudios realizados utilizando microscopia láser confocal y de epifluorescencia han mostrado que la arquitectura de la matriz del biofilm no es sólida y presenta canales que permiten el flujo de agua, nutrientes y oxígeno incluso hasta las zonas más profundas. La existencia de estos canales no evita, sin embargo, que dentro del biofilm podamos encontrarnos con ambientes diferentes en los que la concentración de nutrientes, pH u oxígeno es diferente. Esta circunstancia aumenta la heterogeneidad sobre el estado fisiológico en el que se encuentra la bacteria y dificulta su estudio.

Formación y crecimiento

Esta circunstancia es una de las que más afecta al crecimiento y a la capacidad de invasión de una superficie por parte de los microorganismos patógenos. Una vez que éstos se adhieren y comienzan a colonizar una superficie, se van creando comunidades complejas, es decir, cualquier microorganismo que se acerque a un biofilm en formación puede ser admitido. La cuestión, entonces, es que van a crear condiciones de crecimiento favorables o desfavorables, dependiendo de los grupos de microorganismos que se encuentren y del tipo de superficie.

Así, una predominancia de microorganismos acidificantes, del ácido láctico, dificultará, por ejemplo, el crecimiento de las enterobacterias, lo que podría actuar como protector. Sin embargo, si la carga bacteriana total es muy baja, se pueden formar biofilms que tiendan a estar formados por grupos microbianos únicos. Una vez que el grupo se haya formado, la aceptación o no de nuevos individuos dependerá de la capacidad de los nuevos a adaptarse y sobrevivir a las condiciones que hayan creado los que ya están presentes. Como vemos, se trata de un sistema realmente complejo que tendrá éxito o no en función de la composición microbiana que posea.

Importancia de la composición de nutrientes

Una vez los microorganismos llegan a las superficies, han de poder crecer en ellas, para lo que básicamente podrán necesitar agua y los nutrientes esenciales para su crecimiento. Este es uno de los puntos sobre el que se está trabajando de forma especial. Así, hay microorganismos que pueden necesitar sales de hierro para poder crecer, a otros les será imprescindible la existencia de algunas vitaminas hidrosolubles, azúcares o nitrógeno no proteico, entre otros. Hasta ahora, se consideraba que sin esos nutrientes la colonización no era posible.

Sin embargo, los hechos desmienten muchas veces las teorías, especialmente cuando no son leyes. En este sentido, es relevante que microorganismos como Legionella no tienen capacidad de crecer en el laboratorio si no hay hierro. Pero en las torres de refrigeración este microorganismo obtiene el hierro de partículas en suspensión y de los materiales entre los que abunda el acero. De la misma forma, Salmonella necesita la existencia de azúcares y algo de nitrógeno no proteico y Listeria, dependiendo de la cepa, necesita productos que faciliten la multiplicación. Curiosamente, estas bacterias crecen perfectamente en las superficies de la industria y en las domésticas.

Parte de su éxito no se debe a que sean cepas con requerimientos particulares, es decir, no son microorganismos raros. En realidad, son bacterias perfectamente adaptadas, con mecanismos de resistencia genética que les permiten obtener recursos de la degradación de los materiales sobre los que se fijan, de los restos de suciedad y de la relación positiva con otros microorganismos. En esencia, estos microorganismos pueden crecer sin problemas, aunque para sobrevivir reducen su tamaño celular y ralentizan su capacidad para multiplicarse. Esto implica un retraso en la capacidad para recuperar su actividad celular, que lleva a que incluso en los análisis rutinarios no se consiga detectar con facilidad la presencia de los microorganismos adaptados.

A diferencia de otras situaciones, es interesante destacar que un crecimiento enlentecido no es sinónimo de lesión o de eliminación de la bacteria, sino de resistencia, puesto que al no poder crecer, la cantidad de sustancias que entra en la célula es menor. Ello implica que al utilizar antimicrobianos que necesitan entrar en el interior del citoplasma no tengan ningún efecto, como por ejemplo los alcoholes y la mayoría de los acidificantes y las sales.

RESISTENCIA DEL BIOFILM

La creación de un biofilm puede suponer una ventaja competitiva para la supervivencia y un incremento de la resistencia esperada. Así, estas bacterias pueden ser hasta 1.000 veces más resistentes a los antibióticos que las mismas crecidas en medio líquido. Entre los mecanismos responsables de la resistencia se incluyen la barrera física y química a la penetración de los antimicrobianos, que constituye la matriz de exopolisacáridos que forma el biofilm. También lo es el crecimiento ralentizado de las bacterias del biofilm provocado por la limitación de nutrientes.

Además, la existencia de microambientes que antagonicen con la acción del antibiótico o la existencia de sustancias de desecho del metabolismo del microorganismo que fijen o inhiban la acción del antimicrobiano también es uno de los mecanismos de la resistencia. Por último, también lo es la activación de respuestas de estrés que provocan cambios en la fisiología de la bacteria y la aparición de características específicas en el biofilm que activamente combata los efectos negativos de las sustancias antimicrobianas. Todos estos factores, bien de forma individual o asociada, confieren un sistema de resistencia que impide su eliminación completa si no hay estrategias específicas.

Bibliografía

  • Betancourth M., Enrique Botero J. y Patricia Rivera S. 2004. Biopelículas: una comunidad microscópica en desarrollo. Revista Colombia Médica 35(3)supl.1:34-39
  • Folsom J., Siragusa G. y Frank, J. 2006. Formation of Biofilm at Different Nutrient Levels by Various Genotypes of Listeria monocytogenes. J. Food Prot. 69(4):826-834(9)
  • Lasa Uzcudun I. 2005. Biofilms bacterianos. Actualidad SEM. 37:14-18

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