Importancia de las biopeliculas en la industria alimentaria y en medicina veterinaria

1. DRZ

2. Importancia de las Biopelículas en
la Industria Alimentaria y en
Medicina Veterinaria
Autor: MV.MSc. Datty Rosales-Zambrano
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
CONSEJO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO
FACULTAD DE CIENCIAS
DRZ

3. • Introducción
• Aspectos generales de las Biopelículas
• Mecanismos de formación
• Monitoreo y detección
• Biopelículas en las industrias de alimentos
• Métodos de control, remoción y prevención de la
formación
• Implicación de la biopelículas en enfermedades
infecciosas humanas y veterinarias
• Conclusiones

4. Introducción
• 1684. Leewenhoek
• 1943. Zobell
• Tipo de comunidad bacteriana
• Matriz biológicamente activa mono especie o
multiespecie, asociada a una superficie solida
• Son reconocidos como causantes de
enfermedades bacterianas
• Toleran altas concentraciones de
antimicrobianos.

6. • Comunidades de microorganismos viables y no
viables protegidos por SPE (Chimielweski, 2003).
• Sustancias poliméricas extracelulares (polisacáridos,
proteínas, fosfolípidos, AN, ácidos grasos y agua)
(Carpentier y Cerf,1993)
• Función del SPE
• 10-25% de células y 75-90% de matriz (Garret et al,
2008)

7. • Sustrato + Microorganismos
• Relación industria láctea y
biofilms
• 1 bacteria planctónico 
1000 en biopelículas
• Arquitectura: composición y
3D
• Ecosistemas grandes,
organizados y complejos
This is a 3-D reconstructionof the bacterial biofilm made
by cholera bacteria. Bacterial cells (blue) attach to surfaces
with a glue-like protein (green) and cement themselves
together with another protein (gray). The bacterial clusters
then cover themselves with a protective shell (red) made of
proteins and sugar molecules. Credit: Yeysel Berk, UC
Berkeley
Read more at: http://phys.org/news/2012-07-super-
resolution-microscopy-biofilm-drug.html#jCp
El Premio Nobel de Química 2014 ha
recaído en los investigadores
estadounidenses Eric Betzig y William E.
Moerner, y el alemán Stefan

10. Variables importantes en la adhesión celular, formación y
desarrollo de biopelículas
Superficie de adhesión Fluido Células
Textura o rugosidad Velocidad de flujo Hidrofobicidad de la
superficie celular
Hidrofobicidad pH Apéndices
extracelulares
Composición química Temperatura Polímeros
extracelulares
Carga Cationes Moléculas
señalizadores
Cobertura Presencia de
antimicrobianos
Disponibilidad de
nutrientes
Tomado de Donlan,2002

11. • Flagelo Movilidad
• Pili Ganchos de anclaje
• Proteínas de adhesión,
• Capsulas Quimioreceptores
• (Chmielewsky y Frank,2003).

12. • Bacterias exploran la superficie
• Fase reversible : fuerzas unión electrostáticas,
Van de Waals, interacciones hidrofóbicas
(Garret et al, 2008). FISISORCION
• Mayor hidrofobicidad a mas de 37 C° (Cappello y
Guglielmino, 2006; Di Bonaventura et al,2008)

13. • Fase Irreversible:
▫ Adsorción: apéndices físicos de las bacterias.
▫ Reacciones de oxido-reducción
▫ Formación de fibrillas poliméricas = Puentes
▫ Eliminan tratamientos fuertes

14. Propiedades de la Superficie
• Hidrofobicidad
• Apéndices
▫ Flagelo:
 Interacción inicial
 Movilidad
 Monocapa inicial
▫ Pilis:
 Adhesión
 Vencer repulsión inicial
▫ Tallo o Prosteca:
 Adhesión

15. • Sustancias poliméricas
extracelulares (SPE)
▫ Cohesión
▫ Adhesión
▫ Mecanismo de transporte
▫ Agente protector
• Comunicación Celular
▫ Cooperación
▫ Señalización celular:
 Adhesión
 Destrucción
 Cambios ambientales
 Expresión genética
▫ Autoinducción

16. Cinética y Estabilidad
• Fase de muerte
▫ Desprendimiento
▫ Acción enzimática
 Alginato liasa
Pseudomonas
 N-acetyl heparosan
E.coli
 Hialuronidasa
Streptococcus equi
(Garret et al, 2008)
• Fase de adaptación
• Fase de crecimiento
exponencial
▫ Aprovechamiento de
nutrientes
▫ Interacción celular
• Fase de crecimiento
estacionaria
▫ División binaria
▫ Estructura tipo hongo
▫ Velocidad crecimiento y
muerte =

18. Método estándar
• UFC
• Organismos viables del consorcio
• Se crece el biofilm y se mide luego en medios
diferenciales (Melo, 2013)
• Rojo Congo Staphylococcus C-
(Freeman et al, 1989)

19. • Técnicas estáticas
• Técnicas dinámicas
• Método de microplacas (prueba de oro)

20. Evaluación in situ
• Fluorescencia
• Microscopia
▫ Contraste de fase
▫ Barrido
▫ Transmisión
▫ Confocal
▫ Super resolución

21. Background
▫ Adhesión

22. Detección en Industria Láctea
• Hisopados, enjuague, siembra en profundidad o
contacto
• Microorganismos VNC
• Bacterias estresadas
• Ultrasonido
• Microscopias de epifluorescencia
• Laser confocal

24. • Salmonella
• Yersinia
• Listeria
• E.coli O157
• Campylobacter jejuni

25. Especies microbianas presentes en biopelículas en
distintos ambientes alimentarios
Lugar Aislados formadores de biofilm (%)
Lactuario
Línea de pasteurización
Bacillus cereus (12)
E. coli (11)
Shigella sp (11)
S.aureus (8)
Planta de helados
Cinta transportadora
Unidad de llenado
Listeria monocytogenes
Shigella
Industria del pescado
Unidad procesadora de caviar
Neisseriaceae (25)
Pseudomonas (6)
Vibrio (10)
Listeria (3)
Camaronera
Pseudomonas (66)
P. fluorescens
P. putida
Pescadería
Enterobacteriaceae
Serratia liquefaciens
Adaptado de Shi y Zhu,2009

26. Revisión de la presencia de microorganismos
formadores de biopelículas en algunas aéreas de fincas
lecheras y plantas procesadoras
Punto Material
Tipo de bacteria
Pseud Aeromonas Staphyl Bacillus LAB Enterobacteriaceae Listeria
Cisterna,
empacadura
Manguera + - + + - - *
Cisterna,
separadorde
aire
Acero + - - - - + *
Tanque Acero * - * * * * +
Mangueras Manguera * - * * * * +
Tubo corto
pezonera
Manguera + - + - + + -
Adaptado de Marchand et al, 2012

28. Considerar
• Prevención contra eliminación
• Características del sistema poco modificables
• Procesos de limpieza y desinfección
▫ Tipos de químicos
▫ Velocidad de flujo
▫ Temperatura
▫ Vapor
▫ Regularidad

29. • Identificación de materiales que no
promuevan o supriman la formación de
biofilms
• Rogers et al., 1994, casi no hay material
que no permita la formación
• Coberturas de superficie con
antimicrobianos
• Nano materiales (Ag)

30. Limpieza y desinfección
• Procesos rutinarios
• Biopelículas resistentes a los desinfectantes
comunes
• Limpieza
▫ Remoción de detritus y residuos
▫ Altas temperaturas
▫ Álcalis y ácidos
▫ Elimina hasta 90% de microorganismos (Simoes
et al, 2010)
▫ Limpieza en sitio (CIP)

31. Antimicrobianos usados para controlar especies
formadoras de biofilm comunes en industria láctea
Tratamiento Tipo biopelícula
Ozono P.fluorescens/ Alcaligenes faecalis
Cloruro de benzalconio, hexadecil-
trimetilamonio, hipoclorito de sodio, cresol,
fenol
E. coli
Cloro, ácido paracetico
L. monocytogenes y Pseudomonas sp, films
mixtos
Ozono, Cloro P.fluorescens, P.putida y P . fragi
Hipoclorito de sodio, acido nítrico Multi especies
Peróxido de hidrogeno y acido paracetico S. aureus
Peróxido, amonio cuaternario, cloro L. monocytogenes
Simoes et al, 2010

32. Estrategias ecológicas para eliminación de
biofilm en industria láctea
• Detergentes enzimáticos (Simoes et al, 2010;
Lequette et al, 2010).
• Bacteriófagos (Verma et al,2010;
Simoes et al, 2010)
• Metabolitos microbianos:
▫ Surfactina (Bacillus subtilis) (Mireles et al,2001)
▫ Nisina, lauricidin, pediocin (Valle et al 2006)

34. Importancia
• Reto para la medicina moderna
• Resistencia antimicrobiana :
▫ Cambios fenotípicos
▫ SPE o enzimas
▫ Bajo crecimiento
• Implantes quirúrgicos
▫ Lentes de contacto, válvulas, catéteres,
prótesis articulares y tubo endotraqueal
▫ Streptococcus, Pseudomonas,
Staphylococcus, E. coli, Enterobacter y
Proteus (Davey y Ò´Toole,2000)

35. Patógenos resistentes a antibióticos en Medicina
Veterinaria
Bacteria
Especie
animal
Enfermedad/Infec
ción
Antibiótico resistente
Acinetobacter
baumanii
Caballo
Infección catéter
yugular
Amoxicilina/Clavulanico
Actinobacillus
spp
Caballo
Infección
postoperatoria
Penicilina
Klebsiella spp Caballo
Infección musculo
esquelética
Ampicilina/Amoxicilina/
Clavulanico
P.aureginosa Perro Otitis Amoxicilina/Clavulanico
S. aureus Vaca Mastitis
Amoxicilina/Ampicilina/Lincomic
ina/Penicilina
S. epidermidis Caballo
Infección post-
operatorio
Meticilina
S. intermedius Perro Pioderma Ciprofloxacina

36. Conclusiones
• Retos al cuidado de la salud
• Forma mas común de comunidad bacteriana en
la naturaleza
• Depende de las características de las bacterias y
del sustrato
• Falta de control y prevención en formación de
biofilms es grave en salud publica
• Una de las principales fuentes de contaminación
en la industria láctea
• Importantes en infecciones humanas y animales
• Bacterias multiresistentes.