Biofilms: fuentes constantes de microorganismos y potenciales de patógenos

¿Qué son los biofilms?

Los biofilms son comunidades complejas de microorganismos que viven adheridos a una superficie y que están rodeados por una matriz de sustancias poliméricas extracelulares (EPS, por sus siglas en inglés). Las sustancias poliméricas extracelulares desempeñan un papel muy importante en la formación, la estabilidad y la protección de los biofilms. En función de las condiciones ambientales, los biofilms pueden estar formados por las bacterias «Listeria monocytogenes», «Bacillus cereus» y «mycoïdes», «Salmonella spp.», «Campylobacter», «Pseudomonas aeruginosa», «Leuconostoc» o «Cronobacter» («Enterobacter sakazakii») que conforman la matriz del biofilm (polímeros orgánicos, polisacáridos, proteínas, ADN, lípidos, etc.) y otros microorganismos (patógenos), fagos, enzimas de alteración, esporas, mohos y levaduras que residen dentro de la matriz. Gracias a esta estructura, los biofilms son mucho más resistentes a las sustancias biocidas que las mismas bacterias en un medio líquido. Esta construcción tan compleja es lo que garantiza su supervivencia incluso en condiciones extremas.

Las tres fases de los biofilms

1. Adhesión/Fijación En esta fase, los microorganismos individuales entran en contacto por primera vez con una superficie y empiezan a adherirse a ella. Esta unión inicial es reversible y débil. Los microorganismos pueden utilizar flagelos, pili u otros apéndices para facilitar la adhesión. A medida que más microorganismos se acumulan y se adhieren a la superficie, empiezan a producirse las sustancias poliméricas extracelulares (EPS), que forman una matriz protectora en torno al biofilm.

2. Acumulación/Maduración Una vez que el biofilm se ha adherido y sigue con su desarrollo, los microorganismos que forman la comunidad del biofilm comienzan a crecer y a multiplicarse. La matriz de EPS empieza a extenderse y a ser más compleja, lo que hace que la estructura del biofilm sea estable. Los microorganismos de la comunidad del biofilm empiezan a comunicarse a través de un proceso llamado detección de quórum o autoinducción, un mecanismo con el que liberan moléculas de señalización para coordinar su comportamiento. Gracias a esta comunicación que regula la expresión genética, se crean microambientes especializados en el biofilm. En esta fase, el biofilm se vuelve muy resistente a los agentes antimicrobianos y a la respuesta inmune del huésped.

3. DispersiónLa fase de dispersión, en la que los organismos del biofilm se liberan de este, se puede clasificar en dos tipos: dispersión activa y pasiva. La dispersión pasiva se produce cuando partes del biofilm se desprenden de forma natural por fuerzas físicas o las condiciones ambientales. En la dispersión activa, algunos de los microorganismos del biofilm sufren cambios fisiológicos e inician el proceso de liberación del biofilm. Esto implica la producción de enzimas y tensioactivos que ayudan a liberar microorganismos individuales o grupos de células del biofilm. Por último, una vez que se han dispersado, los microorganismos pueden colonizar superficies nuevas y formar nuevos biofilms.

La capacidad de dispersión de los biofilms es una importante estrategia de supervivencia para los microorganismos del biofilm. De esta forma pueden colonizar nuevas superficies o escapar de condiciones que no sean favorables. En resumen, un biofilm es una fuente de contaminación constante, ya que libera microorganismos de forma impredecible.

Los biofilms en la industria agroalimentaria

Los biofilms son la causa de grandes pérdidas económicas. El 47 % de las retiradas de alimentos están relacionadas con los biofilms: 1300 millones de toneladas de alimentos acaban en la basura por contaminación y el impacto financiero directo medio (reenvío y pérdida de ventas) asciende a 30 millones de euros. En Estados Unidos cada semana se producen 30 retiradas, de las cuales un 27 % se debe a alérgenos no declarados, un 27 % a «Salmonella», un 10 % a «Listeria», un 10 % a sustancias no declaradas y un 26 % se debe a otros motivos. ^{[1, 2, 3]} Por tanto, los biofilms suponen un grave problema para la industria agroalimentaria, ya que tienen un impacto directo en la seguridad de los alimentos y la sostenibilidad. Los biofilms también repercuten en las instalaciones de fábricas: pueden provocar resistencia al flujo de fluidos en las tuberías y CIP, ya que hacen que las superficies sean más rugosas. La formación de limo reduce el rendimiento térmico en los intercambios de calor. Además, puede aparecer la formación de gases y olores. Los biofilms también corroen las superficies metálicas, lo que puede provocar la liberación de micropartículas y elementos de aleación.

Los biofilms en los sistemas de agua

Los biofilms se desarrollan con facilidad en los sistemas de agua de las fábricas, ya que tienen muchas ramificaciones y no son fáciles de limpiar, lo que hace que el biofilm se adhiera con mayor facilidad a la superficie humedecida del sistema de distribución de agua. En tales circunstancias, las bacterias afectan a la calidad del agua y pueden llegar a producir corrosión. Para evitar su desarrollo, se trata el agua potable y se controla su calidad. Kersia ofrece soluciones para acabar con los biofilms existentes mediante la aplicación de productos enzimáticos específicos que hidrolizan la matriz que protege al biofilm, descomponen los materiales orgánicos y disuelven la suciedad mineral y los polisacáridos.

Los biofilms en las granjas

Podemos encontrar biofilms en diversos sitios dentro de una granja, ya que se desarrollan en una gran variedad de superficies en las que haya agua, nutrientes o microorganismos. Algunos de los sitios más habituales en los que podemos encontrar biofilms en las granjas son:

Sistemas de agua: los biofilms suelen formarse en los sistemas de distribución de agua, como tuberías de riego, tubos y bidones, donde el flujo de agua es lento o está estancado.
Instalaciones ganaderas: los biofilms pueden desarrollarse en superficies dentro de las instalaciones ganaderas como por ejemplo comederos, bebederos y paredes, donde los materiales orgánicos son una fuente de nutrientes para el crecimiento microbiano.
Sistemas de manejo de estiércol: los biofilms se pueden formar en zonas en las que se amontona el estiércol, como fosas, lagunas y canalones, en las que hay materia orgánica procedente de desechos animales.
Silos y depósitos: las estructuras de almacenamiento agrícola también pueden albergar biofilms en superficies que estén en contacto con granos, piensos u otros materiales orgánicos.

Evitar que se formen biofilms es fundamental para la salud de los animales y la productividad del entorno de la granja, así como evitar que patógenos (transmitidos por los alimentos) se cuelen en la cadena alimentaria.

Eliminar correctamente los biofilms y controlar su formación

Cómo eliminar los biofilms existentes

Para acabar con los biofilms suele ser necesario un enfoque polifacético, ya que las EPS pueden proporcionar una capa protectora contra los agentes químicos. Existen diversas estrategias y productos químicos que pueden emplearse para alterar los biofilms y degradar las EPS.

1. Primer paso: degradación enzimática Se ha demostrado que ciertas enzimas degradan los componentes de EPS de los biofilms. Estas enzimas descomponen el ADN extracelular y los polisacáridos, lo que desestabiliza la estructura del biofilm.

2. Segundo paso: aplicación de un desinfectante con agentes oxidantes (como el ácido peracético) para acabar con todos los contaminantes.

Biofilm antes del tratamiento

1 • Degradación enzimática

2 • Aplicación de un desinfectante con agentes oxidantes de Kersia

Detección de los biofilms

Dado que la diversidad de microorganismos que hay en los biofilms es muy extensa, la detección e incluso la localización es todo un reto. Kersia ofrece auditorías para detectar biofilms en superficies o en sistemas cerrados. En el caso de los sistemas cerrados, como la detección es más compleja, Kersia utiliza productos enzimáticos para acabar con los biofilms y recoge muestras tras cada fase para su posterior análisis microbiológico. El método de análisis se elige en función de las necesidades de cada cliente. Desde el recuento total hasta la identificación del microorganismos, todo es posible. [1] FDA-regulated, as reported by Swiss Re [2] Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture [3] US Grocery Manufacturers report, Association survey of 36 international companies, 2011