BIOFILM
Comunità di microorganismi cementata in
una matrice polimerica, aderente ad
una superficie
MATRICE
Composizione della matrice del biofilm
SOSTANZE
%
Acqua
> 97 %
Cellule batteriche
Polisaccaridi
Proteine (prodotte da lisi cellulare)
2-5 % (più specie)
1-2 %(neutri/polianionionici)
< 1-2 % (compresi enzimi)
DNA e RNA
< 1-2 % (prodotti da lisi cell.)
Ioni
Legati o liberi
Funzioni della matrice:
Tampone contro variazioni ambientali
“cattura” nutrienti dall’ambiente
costituisce una riserva di energia e carbonio
SUPERFICIE
Substrato chimicamente inerte
(adesione non specifica)
Tessuto vivente
(adesione specifica)
Particella di materia organica (nutriente)
FORMAZIONE DEL BIOFILM
4 stadi:
Trasporto
Adsorbimento
Adesione
Colonizzazione
I BIOFILM
.
.
.
COAGGREGAZIONE
E’ un processo di adesione tra batteri geneticamente distinti
Determina la formazione di “biofilm multi specie”
Alcuni esempi di ambienti in cui è stata identificata
la formazione di biofilm :
> intestino dei mammiferi
> tratto uro genitale umano
> sistemi di distribuzione di acqua potabile
> placca dentale
Formazione di un biofilm multi-specie
Coaggregazione tra batteri nella placca dentale
Coaggregazione tra batteri di acqua dolce
Perchè fare un biofilm?
» Stabilità ambientale creata dalla matrice
√
√
√
√
effetto tampone contro variazioni di nutrienti
“cattura” nutrienti dall’ambiente
protegge dagli agenti antimicrobici e da fagi
protegge dagli stress ambientali
» Cooperatività metabolica
» Acquisizione di nuove caratteristiche
genetiche
√ coniugazione
√ trasformazione
Examples of common implant infections
Implant
Prosthetic valve
Contact lenses
Intravascular catheters
Total artificial heart
Urinary catheters
Joint replacement
Endotracheal tube
Organism(s) found
S. epidermidis, S. sanguis
P. Aeruginosa, S. epidermidis
S. epidermidis, S. aureus
P. Aeruginosa, S. epidermidis
S. Aureus
E. coli, P. Aeruginosa,
E. Faecalis
S. epidermidis, S. aureus
P. Aeruginosa, E. coli,
S. epidermidis, S. aureus
Associated disease
or consequences
Endocarditis
Keratitis
Septicemia, endocarditis
Septicemia, device failure
Bacteriuria
Septicemia, device failure
Pneumonia
TRENDS in Microbiology 2006 Vol.14 N°9
Biorisanamento mediato da “biofilm”: VANTAGGI
I microrganismi in un biofilm hanno maggiore possibilità di
sopravvivenza e adattamento, soprattutto in condizioni di stress;
La stretta interazione fisica e fisiologica tra i microrganismi nel
biofilm, favorisce la cooperatività metabilica e quindi la
degradazione di composti recalcitranti;
L’elevata biomassa del biofilm favorisce l’immobilizzazione degli
inquinanti;
Il trasferimento genico orizzontale, e quindi la diffusione degli
operoni catabolici, è favorito.
TRENDS in Microbiology 2006 Vol.14 N°9
Variabilità genetica nei procarioti
Variazione di sequenze
geniche preesistenti
Acquisizione di estese sequenze
di DNA esogeno
•mutazione
•ricombinazione
•coniugazione
•trasformazione
•trasduzione
Trasferimento genico verticale
Trasferimento genico orizzontale
Trasferimento genico orizzontale nei biofilm
(controllato dal quorum sensing)
Plasmid-mediated gene transfer
Gene transfer by transformation
Trasposon-mediated gene trasfer
Role of biofilms in remediation of hydrocarbons
Role of chemotaxis in biodegradation and biofilm formation
La biodisponibilità dei contaminanti organici può essere
incrementata sfruttando i batteri chemiotattici
La degradazione dei NAPL (non-aqueous phase liquid) è favorita
dalla formazione di biofilm nell’interfaccia NAPL - acqua
La chemiotassi ha un ruolo importante nella formazione di
biofilm e nella sua diffusione
Role of biofilms in remediation of heavy metals
