Biopelícula (biofilm): definición, estructura y ejemplos

Descubre qué es una biopelícula: estructura, formación, ejemplos y su impacto en salud y ambientes. Guía clara sobre biofilms, resistencia microbiana y estrategias de control.

Una biopelícula es cualquier grupo de microorganismos que se adhieren a las superficies celulares.

Estas células pegajosas crean una capa viscosa fuera de las células del cuerpo. Las células del biofilm producen polisacáridos extracelulares, proteínas, lípidos y ADN. Al tener una estructura tridimensional, constituyen un estilo de vida comunitario para los microorganismos. Se han descrito metafóricamente como "ciudades para microbios".

Las bacterias de la biopelícula pueden compartir nutrientes y están protegidas de los factores nocivos de su entorno local, como la desecación, los antibióticos y el sistema inmunitario del huésped. La película de bacterias que vive en los dientes es un ejemplo. Las biopelículas también se forman en objetos inorgánicos como las piedras en el agua.

Estructura y componentes

Una biopelícula está formada por células microbianas inmersas en una matriz llamada matriz extracelular (often denominada EPS por sus siglas en inglés: extracellular polymeric substances). Esta matriz está compuesta principalmente por:

• Polisacáridos: dan viscosidad y cohesión a la matriz.
• Proteínas: incluyen enzimas y factores adhesivos.
• Lípidos: participan en la estructura y estabilidad.
• ADN extracelular: contribuye a la integridad y facilita la transferencia genética.

La matriz crea microambientes con gradientes de oxígeno, pH y nutrientes; por eso las células en distintas zonas de la biopelícula presentan metabolismo y sensibilidad a tratamientos diferentes.

Formación y etapas

• Adhesión reversible: células individuales se acercan y se adhieren débilmente a la superficie.
• Adhesión irreversible: las adhesinas y la producción de EPS fijan las células a la superficie.
• Maduración: crecimiento celular, producción de matriz y formación de estructuras tridimensionales (canales y cúmulos).
• Dispersión: células o grupos celulares se liberan para colonizar nuevas superficies.

La comunicación entre células por señales químicas (quorum sensing) regula muchas de estas etapas, coordinando comportamientos comunitarios como la producción de EPS o la expresión de factores de virulencia.

Ventajas para los microorganismos

• Protección frente a desecación, agentes antimicrobianos y el sistema inmunitario.
• Mayor intercambio de material genético (transferencia horizontal) y de nutrientes.
• Posibilidad de especialización celular según la microzona (por ejemplo, células aerobias en la superficie y anaerobias en el interior).

Ejemplos y entornos donde se forman

• Placa dental: biopelícula en la superficie de los dientes que puede causar caries y enfermedad periodontal.
• Dispositivos médicos: catéteres, prótesis y válvulas cardíacas pueden colonizarse y producir infecciones crónicas difíciles de erradicar.
• Sistemas de agua y tuberías: incrustaciones (biofouling) que reducen eficiencia y contaminan el agua.
• Entornos naturales: rocas en ríos, superficies de plantas y sedimentos marinos.
• Industrias: biopelículas en equipos de procesamiento de alimentos o en sistemas de enfriamiento.

Importancia clínica y problemas asociados

Las infecciones relacionadas con biopelículas son persistentes y más resistentes a los tratamientos. Ejemplos clínicos incluyen infecciones de heridas crónicas, otitis media, infecciones pulmonares en fibrosis quística (por ejemplo, Pseudomonas aeruginosa) y colonización de dispositivos implantes. La mayor tolerancia a antibióticos se debe a barreras físicas, células de crecimiento lento y poblaciones de "persisters".

Prevención y control

Controlar biopelículas exige enfoques combinados:

• Medidas físicas: limpieza mecánica, desinfección y mantenimiento.
• Químicos: desinfectantes, antibióticos combinados con agentes que degradan la matriz (enzimas), y tratamientos sistémicos cuando procede.
• Recubrimientos y materiales: superficies antiadherentes o con liberación de agentes antimicrobianos en dispositivos médicos.
• Terapias innovadoras: inhibidores de quorum sensing, fagoterapia (uso de bacteriófagos), y compuestos que degradan el ADN extracelular o los polisacáridos de la matriz.
• Buenas prácticas: higiene bucodental, esterilización adecuada de equipos médicos y control del tratamiento de aguas.

Detección y estudio

Las biopelículas se estudian y detectan con técnicas como microscopía (incluida microscopía confocal de barrido láser), tinciones específicas, ensayos de cristal violeta para cuantificar biomasa, y métodos moleculares (PCR, secuenciación) para identificar especies y genes de resistencia.

Usos beneficiosos

No todas las biopelículas son perjudiciales; muchas se aprovechan en biotecnología y procesos ambientales:

• Tratamiento de aguas y depuración (biofiltros, lechos bacterianos).
• Bioremediación de suelos y aguas contaminadas.
• Generación de energía en celdas de combustible microbianas.
• Procesos industriales y agrícolas controlados donde comunidades microbianas son útiles.

Resumen

Las biopelículas son comunidades microbianas estructuradas y protegidas por una matriz extracelular. Son ubicuas en la naturaleza y en entornos artificiales, con consecuencias tanto beneficiosas como perjudiciales para la salud humana, la industria y el medio ambiente. Su manejo exige una combinación de prevención, limpieza física, tratamientos químicos y estrategias innovadoras basadas en la biología de la matriz y la comunicación microbiana.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es una biopelícula?

P: ¿Qué producen las células del biofilm?

P: ¿Por qué las biopelículas se consideran un estilo de vida comunitario para los microorganismos?

P: ¿Cómo se han descrito metafóricamente las biopelículas?

P: ¿Cuáles son algunos de los factores nocivos de los que se resguardan las bacterias de las biopelículas?

P: ¿Cuál es un ejemplo de biopelícula?

P: ¿Pueden formarse biopelículas sobre objetos inorgánicos?

Búsqueda por letra