Formação de Biofilmes Microbianos

“Formação de Biofilmes

Microbianos”

Prof Dra Luciana Maria Ramires Esper Universidade Federal Fluminense

28/09/2011

V Simpósio Brasileiro de Microbiologia Aplicada

SUMÁRIO

● 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

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

Introdução

A definição exata do que seja biofilme ainda não é consensual nos meios acadêmicos 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).

Biofilmes no setor da saúde

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

Fonte: Xavier,2005

Implante

►

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

Introdução

Estas estruturas, uma vez constituídas, agem como ponto de contaminação constante, liberando células de microrganismos patogênicos e deteriorantes, podendo comprometer, assim, a qualidade microbiológica de matérias-primas, insumos e alimentos processados.

A ocorrência de biofilmes ganha cada vez mais destaque nas discussões 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 de

transferência 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

Células planctônicas

Superfície

•As células aderidas são designadas por sésseis, enquanto

aquelas livres e dispersas são denominadas por planctônicas.

•Um biofilme corresponde a uma comunidade de células sésseis

aderidas a um substrato, embebidas em uma matriz de polímeros extracelulares, na qual existem diferenciados fenótipos, metabolismo, fisiologia e transcrição genética.

Características e arquitetura dos biofilmes

•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 natureza polissacarídea ou proteica, expõe-se exteriormente à membrana externa das células Gram negativas e ao peptídeoglicano das Gram positivas, é sintetizado pôr polimerases, constituindo-se em uma estrutura complexa bem hidratada

Vital importância no processo de ancoragem dos microrganismos

Exopolissacarídeos

Um dos grandes responsáveis por conferir proteção aos sanitizantes são os EPS, que agem como barreira física impedindo que 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 e toxinas, conferindo também proteção contra radiações UV, alterações de pH, choques osmóticos e dessecação.

ANTIBIÓTICOS

SANITIZANTES SANITIZANTES SANITIZANTES SANITIZANTES

•São percebidas muitas alterações fenotípicas, principalmente nos

aparatos de motilidade, no tamanho da célula e no metabolismo, decorrentes da restrição de nutrientes e de oxigênio em algumas fases, da variação na taxa de reprodução e em toda a regulação gênica.

•As células em biofilme são de 500 até 1000 vezes mais resistentes

quando comparadas às células planctônicas.

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

São compostos por microcanais internos, úteis na distribuição de nutrientes e água, no escoamento de metabólitos, alguns potencialmente patogênicos ao homem, nas enzimas alginatoliases e as proteases, necessárias ao destacamento de células do biofilme e na distribuição de moléculas sinalizadoras de quorum sensing(Hall-Stoodley et al, 2004)

Etapas que uma nova espécie bacteriana realiza, Estudo microscópico da formação de um

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

(Xavier, 2002)

Uma vez que o biofilme é constituído de agregados de células e a formação de sua estrutura tridimendisional é um processo dinâmico que envolve uma série de eventos moleculares coordenados, ele representa um ambiente propício para a comunicação célula-célula, ou quorum sensing (QS)

Sistema de comunicação dependente de densidade populacional em bactérias.

bactéria Molécula sinalizadora Proteína receptora Promotor DNA

Motilidade

Fatores de virulência

Biofilmes

Produção de

_{antibióticos}

Esporulação

BIOFILMES EM INDÚSTRIAS E

UNIDADES

PROCESSADORAS DE ALIMENTOS.

Alguns micro-organismos patogênicospresentes 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, das matérias primas e dos produtos, pode ocorrer a formação de biofilmes com composição heterogênea e com comportamentos os mais variados.

Em biofilme composto por multi-espécies, fato mais comum na natureza, os produtos metabólicos de um microrganismo podem servir para o crescimento da outra espécie e a adesão de uma espécie pode prover substâncias ligantes que permitem a adesão de outras. Todavia, a competição por nutrientes e o acúmulo de produtos tóxicos gerados podem limitar a diversidade microbiana em um biofilme.

Shi e Zhu, 2009

BIOFILMES EM INDÚSTRIAS E

UNIDADES

PROCESSADORAS DE ALIMENTOS.

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

É possível ocorrer adesão bacteriana e formação de biofilme em

praticamente todas as superfícies envolvidas no processamento de alimentos desde as rugosas, que apresentam fissuras e fendas até as consideradas mais lisas.

Fonte: Andrade, 2009

Aço inoxidável AISI 304

Fonte: Carelli, 2005

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

Sanitizantes

Um biofilme microbiano presente numa superfície com resíduos oriundos do alimento impede um efetiva penetração do sanitizante para eliminar microrganismos.

O sanitizante reage inicialmente com:

•resíduos de proteínas, gordura, carboidratos e minerais.

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

Sabe-se que, quando o biofilme é tratado corretamente com detergente antes do uso dos sanitizantes, os microrganismos geralmente são eliminados.

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

EFICIÊNCIA DO SANITIZANTE

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

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

AVALIAÇÃO DE BIOFILME NA

INDUSTRIA DE ALIMENTOS

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

Fonte: Esper, 2010

Controle/ Prevenção

A estratégia número um de controle é a prática de adequados procedimentos de higiene industrial, com finalidade de remover resíduos e células de micro-organismos de superfícies, impedindo o inicio de todo o processo.

Prevenção

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

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 alimentos seguros, simplificando as ações de segurança dos alimentos, indicando operações críticas e chaves do processo e oferecendo formas eficientes para controlá-las e monitorá-las.

Possibilitando, portanto, também prevenir a formação de biofilmes. Prevenção

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 da estrutura 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. Microbial Biofilms. Ann. Rev. Microbiol, v. 49.p.711-745, 1995.

Muito Obrigada!!!