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Biopelculas o biofilm Luz Marina Lizarazo Forero PH.D
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BIOPELCULAS
Las biopelculas se-forman cuando las poblaciones microbianas
estn encerradas
dentro de una matriz que facilita la adherencia de unas clulas
con otras o a
superficies. Son importantes en la colonizacin de superficies y
tpicamente se
observan en esas interfases
Durante el proceso de adhesin, las clulas microbianas alteran
sus fenotipos en
respuesta a la proximidad de la superficie. Los microorganismos
muestran respuestas
especficas al ambiente superficial, tales como cambios
morfolgicos o la alteracin de
la expresin gentica.
En la naturaleza, las biopelculas contribuyen a la formacin de
tapetes de
microorganismos mediante interacciones entre comunidades muy
distintas. En las
biopelculas se dan todas las interacciones potenciales,
positivas y negativas, que se
definen tpicamente en relacin a la utilizacin del sustrato.
En los hbitats naturales las poblaciones de la biopelcula estn
cambiando
constantemente. Las poblaciones se mueven dentro de la
biopelcula y a menudo
nuevas poblaciones desplazan a las originales por lo que
encontramos una sucesin de
especies que colonizan la superficie. La sucesin se basa en una
secuencia de
acontecimientos fsicos y biolgicos, que empiezan con la adsorcin
de pelculas
orgnicas y siguen con la colonizacin de la superficie por
bacterias. En un proceso
denominado epibiosis, las especies colonizadoras iniciales son
reemplazadas por otras
a medida que otros microorganismos con requerimientos definidos
evolutivamente se
integran en el consorcio que coloniza la superficie
Muchos factores afectan la formacin de las biopelculas entre
ellos la naturaleza
qumica del sustrato, la fuente natural de carbono y la
concentracin de esta, la
osmoralidad, el estrs fisiolgico y la temperatura. Existe otra
caracterstica que define
tambin la estructura y conformacin de las biopelculas y es la
comunicacin
intercelular o Quorum-Sensing , que no es otra cosa que las
seales bioqumicas que
existen entre clula-clula, para la conformacin de la comunidad
bacteriana. El
Quorum-sensing se puede expresar entre individuos de especies
diferentes, por
ejemplo entre especies patgenas y no patgenas, esto le concede
mayor resistencia a
estos microorganismos haciendo que la mayora de los
antimicrobianos resulten intiles
en el control de ellos mientras que los microorganismos aislados
son susceptibles a
estos factores de control. Se ha visto que los microorganismos
al ser variados dentro
de esta organizacin presentan diferentes microambientes de pH,
tensin de oxgeno,
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concentracin de iones, carbono y nitrgeno. Las variaciones
qumicas en la
biopelcula, como la existencia de gradientes de pH y de oxgeno,
facilitan la
supervivencia de algunas bacterias exigentes, con capacidades
metablicas muy
particulares. Por ejemplo, los microorganismos anaerobios
estrictos, como las arqueas
metangenas y las bacterias anaerobias que mueren por la
exposicin al oxgeno
molecular, pueden coexistir en las biopelculas con
microorganismos aerobios estrictos.
Las asociaciones de algas y bacterias en las biopelculas son
frecuentes, ya que las
algas representan un lugar de unin y tambin una fuente de
nutrientes. Las bacterias
heterotrofas utilizan los productos extracelulares de las
algas.
La unin inicial de las bacterias a la superficie es un proceso
en dos fases, que son una
fase de unin reversible y otra irreversible. Las clulas que
muestran una unin
reversible se unen a la superficie por una porcin de la clula o
flagelo mientras
continan girando. La evolucin ha llevado a la especializacin de
algunos sistemas
flagelares para la colonizacin de diferentes ambientes de
superficie.
En el desarrollo de las comunidades multicelulares de
biopelculas se producen
interacciones especficas clula-clula, que permiten a las
poblaciones microbianas
coexistir en ambientes en los que las poblaciones individuales
no podran hacerlo.
Diferentes microorganismos de la biopelcula responden a las
condciones
microambientales especficas con diferentes modelos de
crecimiento, lo cual determina
el desarrollo gradual de una biopelcula madura y de estructura
compleja. La
cooperacin fisiolgica es el factor principal que modula la
estructura y que diferencia
el establecimiento de las relaciones espaciales definitivas;
stas hacen que las
biopelculas maduras sean comunidades microbianas muy eficaces
adheridas a
superficies. En una blopelcula, la formacin de microhbitat
qumicos adecuados y la
posicin en el espacio de los microorganismos sintrficos permite
que se establezca
una cooperacin entre las poblaciones cuyas actividades
metablicas van ms all de
las que podra realizar cada poblacin por separado. Diversos
genes quedan reprimidos
por la adhesin de la biopelcula a la superficie, por las
condiciones de la superficie, o
por el tipo de crecimiento de la biopelcula.
La matriz de la biopelcula, compuesta tpicamente por
polisacridos que contienen uno
o ms cidos urnicos aninicos, est densamente concentrada
alrededor de las
microcolonias de las clulas que han producido los mencionados
polmeros, pero est
distribuida menos densamente en los grandes espacios entre las
microcolonias.
La presencia de poblaciones microbianas en la biopelcula hace
posible la cooperacin
metablica sostenida. Las clulas individuales en un biopelcula
madura con mltiples
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especies viven en un microambiente excepcional, donde los
nutrientes son producidos
por las clulas vecinas y les llegan por difusin; donde los
productos metablicos se
eliminan por los mismos procesos; y donde los antagonistas se
mantienen a distancia
por las barreras de la difusin. Los microorganismos que primero
acceden a una
superficie nueva pueden excluir fsicamente a otros
microorganismos potencialmente
competidores, y gracias a factores como el bloqueo del sitio
pueden beneficiarse de su
posicin y de la utilizacin de los nutrientes adsorbidos.
Entonces la hidrodinmica juega un papel importante en el
desarrollo de la biopelcula
debido a que estas organizaciones se desarrollan en una
interfase liquido-slido donde
la velocidad del flujo que lo atraviesa influye en el
desprendimiento fsico de los
microorganismos. Cuando se liberan clulas de las biopelculas,
estas pueden viajar y
depositarse en nuevos nichos de colonizacin manteniendo las
mismas caractersticas
de una biopelcula adherida a la superficie.
La historia del tratamiento biolgico de las aguas residuales con
biopelculas se inicia a
finales del siglo XIX, con un proceso de un filtro biolgico
(Peters and Alleman 1982).
Durante la primera mitad del siglo XX los sistemas de
tratamiento basados en
biopelcula, como los lechos bacterianos (filtros percoladores)
dominaron la tecnologa
del tratamiento de aguas.
