biofilm, una estrategia de las bacterias que les … · aumentan la resistencia física al flujo...
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U.S. SOY FOR A GROWING WORLD
BIOFILM, UNA ESTRATEGIA DE LAS
BACTERIAS QUE LES GARANTIZA
SOBREVIVIR EN ACUICULTURA.
Seminario Técnico:
SANIDAD Y BIOSEGURIDAD EN LA INDUSTRIA DE LA
ACUICULTURA
Dr. Juan Battaglia Aljaro DMV
AB&T, PERU SAC
+51 958 338 999
Neiva, Colombia
Marzo 2016.
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Los Biofilm, corresponden a verdaderas ciudades (Slime cities) organizadas de
bacterias asociadas que prosperan en presencia de humedad y nutrientes, están
presentes en muchas superficies orgánicas e inorgánicas e inclusive pueden ser
observados a simple vista (Coghlan 1996)
En la actualidad se han definido como agregaciones de bacterias con funciones
especializadas, una verdadera organización social de bacterias que forman una
biopelículas en la que las bacterias pueden incluso desarrollar nuevas
capacidades. (Potera 1996).
Introducción:
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Fases del desarrollo del Biofilm:
Acondicionamiento de la
Superficie
Adhesión de las bacterias
“Pioneras”
Formación del glicocalix o “slime”
Colonización secundaria
“agregación”
Biofilm “consorcio de especies”
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Acondicionamiento de la Superficie:
En un estanque o en las tuberías, redes y toda superficie de cultivo, trazas
orgánicas son substancias asociadas a las superficies, incluso recién limpia una
superficie, el solo contacto con agua hace que se establezca una interfase entre
agua y solidos contenidos formando una capa condicionante. De no ser removida
esta capa lo orgánico de adsorbe sirviendo como base de nutrientes a las
bacterias.
Adhesión de las bacterias “Pioneras”:
En la dinámica de un estanque, algunos individuos planctónicos de vida libre
(bacterias, hongos)se aproximan a las paredes y se contactan con la capa
anteriormente formada, cuando la velocidad del flujo se acerca a 0 algunas
bacterias se adhieren por un tiempo finito y luego se sueltan (adsorción
reversible) este proceso se relaciona con atracción electroestática y fuerzas
físicas, en esta fase algunas bacterias desarrollan estructuras que les permiten
quedar adheridas permanentemente a la superficie (Adsorción irreversible).
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Formación del glicocalix:
Bacterias secretan EPS polímeros de adhesión (sustancias extracelulares
poliméricas) que sirven de verdadero cemento manteniendo al biofilm fuertemente
pegado a la superficie, además esos polímeros dan sustrato y protegen las
bacterias de la acción de biocidas.
Colonización secundaria:
La red de glicocalix atrapa nutrientes y da sostén a las nuevas células
bacterianas que van apareciendo, agregando nuevas bacterias “renovación” y
aumentan la resistencia física al flujo incrementando la atracción electrostática
a mas bacterias. Estas segunda colonización, utiliza y metaboliza los desechos
de la primera pudiendo aparecer nuevas especias bacterianas o de hongos
asociadas.
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Biofilm “consorcio de especies”:
Establecido el Biofilm, este resulta ser como un tejido vivo, se habla de complejo o
de comunidad metabólica cooperativa de varias especies viviendo en un micronicho
delimitado claramente, entre ella incluso se protegen y desarrollan estrategias de
protección contra antibióticos utilizando desechos como sustrato para las otras,
inclusive enzimas de unas, sirven para que otras utilicen recursos que por si solo no
podrían. Agua, desechos bacterianos, nutrientes, enzimas, metabolitos, oxígeno
viajan entre y a través, generando gradientes químicas y iónicas que ayudan a
fortalecer la asociación.
Biofilm , crecimiento y diseminación:
La Biopelícula o Biofilm, crece y se expande liberando periódicamente nuevas
células pioneras capaces de colonizar nuevas superficies inclusive pueden estos
avanzar contra la corriente, el Biofilm crece y se establece dependiendo de
condiciones en el plazo de unas pocas horas hasta semanas, en los estudios
generalmente es Pseudomonas sp. la bacteria utilizada como modelo, la que se
adhiere hasta en el acero inoxidable, inclusive micro pulido a los 30 segundos de
exposición.
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Biofilm , crecimiento y diseminación:
Biofilm Formation by the Fish Pathogen Flavobacterium columnare: Development and Parameters Affecting
Surface Attachment
Wenlong Cai,a Leonardo De La Fuente,b Covadonga R. Ariasa Aquatic Microbiology Laboratory, Department of
Fisheries and Allied Aquaculture, Auburn University, Auburn, Alabama, USAa; September 2013 Volume 79 Number 18
Applied and Environmental Microbiology p. 5633–5642
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Biofilm , crecimiento y diseminación:
Biofilm, beneficio para las bacterias: Alimento y protección.
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Biofilm , crecimiento y diseminación:
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• Las propiedades de las superficies de contacto
• El tiempo de contacto
• Las características de la superficie bacteriana
• La disponibilidad de nutrientes
• La composición de la comunidad microbiana
• La disponibilidad de agua
Factores que influyen en el desarrollo del biofilm:
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Factores que influyen en el desarrollo del biofilm:
Perfiles de Rugosidad en distintos acabados de acero inox. Metzler 1993.
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Acero inox, vidrio, plástico en todo se adhieren las bacterias.
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1. Propiedades de las superficies de contacto
El tipo de sustrato influye en las características de la unión. Las bacterias
tienden a unirse a las superficies hidrófilas uniformemente en una capa,
mientras que en el caso de las superficies hidrófobas tienden a unirse en grupos
(Fuster y Valls, 2006).
2. Tiempo de contacto
Un mayor tiempo en contacto (exposición) entre las células y el sustrato permite
que se establezca un mayor número de uniones haciendo la adhesión
irreversible, y por tanto, factores, como las condiciones ambientales, tipo de
microorganismo, sustrato y presión en el caso de superficies de trabajo o
utensilios, pueden también influir de manera importante en la mayor posibilidad
de formación de biofilm (Pérez-Rodríguez et al., 2008).
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3. Características de la superficie celular
Las características de la superficie celular como los flagelos, pili, proteínas de
adhesión y cápsulas ejercen también su influencia. Los pili actúan como un velcro
para anclar las bacterias a algunas superficies y también actúan como
quimiorreceptores, dirigiendo a la bacteria hacia a algunos sitios específicos. La
pérdida de estos apéndices cambia las propiedades de superficie de la bacteria, lo
que puede provocar una menor capacidad de adhesión. También se conoce que los
esporas se adhieren mejor a la superficie que las células vegetativas debido al
grado de hidrofobicidad de su superficie.
(González, 2005).
4. Disponibilidad de nutrientes
La disponibilidad de nutrientes ejerce una influencia mayor sobre la estructura y
composición de biofilm. Estudios realizados sobre biofilms de Listeria spp. han
puesto de manifiesto que niveles bajos de fosfatos estimulan el desarrollo de
biofilms, aunque el efecto se reducía después de varios días (Chmielewsky y Frank,
2003). Asimismo su desarrollo depende también del tipo de azúcar utilizado, siendo
la trehalosa y manosa las que proporcionan un nivel más pobre de formación de
biofilm.
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5. Composición y diversidad microbiana
Los biofilms multiespecies son más gruesos y estables frente al estrés ambiental que los
monoespecies. En una superficie, el grosor medio de los biofilms de Klebsiella pneumoniae y
P. aeruginosa monoespecie son de 15 y 30 μm respectivamente, mientras que un biofilm
formado por ambas especies bacterianas presenta un grosor de 40 μm (Kumar y Anand, 1998).
Esto se atribuye a la secreción combinada de las distintas sustancias poliméricas extracelulares
resultantes de los diferentes microorganismos (Chmielewsky y Frank, 2003).
6. Disponibilidad de agua
La disponibilidad de agua es un factor crucial para la viabilidad del biofilm. Una humedad
relativa en torno al 90-100% posibilita el desarrollo del biofilm, por ello la mayoría de los biofilms
se encuentran en ambientes acuosos como pueden ser los sistemas de conducción o tuberías
de las industrias lácteas (Pérez Rodríguez et al., 2008). Sin embargo, también se ha
encontrado que valores en torno al 70-80% pueden ser suficientes para permitir el desarrollo
del biofilm (Keskinen et al., 2008) indicando que ambientes con humedad relativa alta (por
ejemplo: aerosoles) pueden incrementar significativamente el riesgo de su aparición. La
temperatura es un factor también determinante y a la vez, relacionado con la humedad relativa,
ya que se ha observado que valores en el rango 20-30 ºC incrementan la probabilidad de
formación del biofilm, mientras que valores por encima de este rango inciden negativamente
sobre ese proceso (Else et al., 2003).
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1. Retirada de residuos y limpieza en seco
2. Pre-lavado
3. Lavado (aplicación del agente detergente)
4. Enjuague y posterior eliminación del exceso de agua
5. Desinfección (aplicación del biocida o de agua a más de 80 ºC)
y enjuague posterior si es recomendado por el fabricante
6. Secado higiénico
7. Verificación de la eficacia y monitorización del sistema
Control:
BYEFOULING (EC)
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Cloro. No solo elimina las bacterias de biofilms, también destruye el polímero extracelular.
Son necesarias concentraciones más elevadas de cloro para eliminar los biofilms que las
bacterias libres. Altas concentraciones de cloro durante cortos periodos de tiempo son más
efectivas que bajas concentraciones durante un tiempo elevado. Hay, sin embargo, una
limitación al uso del cloro y la concentración empleada teniendo en cuenta que el cloro corroe
el acero inoxidable.
Dióxido de cloro. Tiene una actividad similar al cloro. Presenta la dificultad de su
inestabilidad, lo que le exige ser preparado in situ. Es también corrosivo de metales.
Ozono. Es aproximadamente dos veces más efectivo que el cloro a la misma concentración.
Presenta el problema de su inestabilidad, debiéndose generar in situ, y el de su baja
solubilidad en agua. Debe emplearse en materiales que sean resistentes al ozono.
Peróxido de hidrógeno. Es utilizado como biocida contra bacterias por su rápida
degradación a agua y oxígeno.
Biocidas oxidantes:
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Compuestos de amonio cuaternario. Son efectivos surfactantes que ayudan a
remover los biofilms de la superficie. Presenta el inconveniente de que su
eliminación requiere un exhaustivo aclarado.
Formaldehido. Se ha utilizado principalmente en la industria farmacéutica. Su
efectividad contra los biofims es todavía cuestionada. No es corrosivo para el
acero inoxidable.
El hipoclorito sódico y los desinfectantes aniónicos han demostrado ser más
efectivos que los compuestos de amonio cuaternario para la eliminación de las
sustancias poliméricas extracelulares excretadas por Listeria y Salmonella en acero
inoxidable.
Existen métodos biológicos que han demostrado también un cierto éxito en la
prevención y eliminación de biofilms, así la Nisina, un péptido antimicrobiano se ha
utilizado, incluso se reprotan ensayos con bacterias para controlar a otras
(Pseudomonas fluorescens FF48 v/s Flavobacterium psychrophilum.)
Inhibition of Flavobacterium psychrophilum biofilm formation using a biofilm of the antagonist Pseudomonas fluorescens FF48
Mery De la Fuente1, José M Vidal1, Claudio D Miranda23, Gerardo González4 and Homero Urrutia1*
.
Biocidas no oxidantes:
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Otros mecanismos de desinfección:
Radiación UV. Se aprovecha la capacidad bactericida de las radiaciones
ultravioletas C (ʎ254 nm) para realizar la desinfección de materiales. Sólo
desinfecta las partes del objeto en los que inciden los rayos de forma
perpendicular.
Desinfección solar fotocatalítica. El método SODIS (Desinfección Solar del
Agua) usa la energía solar para destruir los microorganismos patógenos que
causan enfermedades transmitidas por el agua. Los microorganismos patógenos
son vulnerables a dos efectos de la luz solar: la radiación en el espectro de luz UV-
A (longitud de onda 320-400 nm) y el calor (incremento en la temperatura del
agua). Se produce una sinergia entre estos dos efectos, ya que el efecto
combinado de ambos es mucho mayor que la suma de cada uno de ellos
independientemente.
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• Filtración. Este procedimiento es aplicable a la esterilización de líquidos
mediante su paso a través de membranas porosas con diámetro de poro de 0,35
micras. (limitado para virus y micoplasmas).
• Campos electromagnéticos. Método novedoso que se encuentra actualmente
en desarrollo que permite la desinfección del agua mediante la exposición a
campos electromagnéticos con frecuencias de entre 10 KHz y 8 GHz.
El diseño higiénico de las instalaciones y del equipo es la mejor
medida preventiva, siendo además imprescindible el
mantenimiento de las condiciones y de la correcta manipulación en
todos los procesos.
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Recomendaciones:
• Limpieza profunda
• Uso de detergentes (Alcalino/básico)
• Uso de Hidrolavadora con temperatura
• Aplicación de biocidas
• Tiempos de acción de producto
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Recomendaciones
Detergentes Ácidos y Alcalinos
Desinfectantes
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• Para combatir el biofilm y debido principalmente a su composición, en las plantas
de proceso se recomienda el uso de un detergente alcalino e inmediatamente
posterior al enjuague de este el uso de un detergente ácido, con la finalidad de
limpiar/destruir diferentes componentes del biofilm (detergente/desinfectante).
• Utilización de combinaciones y alternancia de desinfectantes(A.Cuaternarios y
Glutaraldehidos), (dióxido de cloro y ácido peracético).
Recomendaciones:
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• Desarmar todo lo que se pueda de las cañerías y aplicar los detergentes con
hidrolavadora o robots que puedan ingresar dentro de las cañerías para este
proceso junto con cámara para ver su efectividad y zonas que requieran mayor
fuerza para la remoción del biofilm.
• Utilización de soda para limpiar las cañerías por dentro pero rompe todo
(corrosión).
• Se utilizan otros detergentes, desinfectantes y algunos detergentes con
desinfectantes incluido, lo cual no es recomendable por que la mezcla en si no
es específica para limpiar ni para desinfectar.
• Algunas empresas también realizan inundación de las cañería en la piscicultura y
dejan actuar al detergente biocida por 12 a 24 hrs , luego enjuagan y re inundan
con desinfectante.
Prácticas habituales:
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GRACIAS!