Biofilm – Fonte costante di microrganismi e potenzialmente di agenti patogeni

Che cos’è il biofilm?

I biofilm sono comunità complesse di microrganismi che aderiscono alle superfici e sono circondati da una matrice di sostanze polimeriche extracellulari (EPS). Le EPS svolgono un ruolo cruciale nella formazione, stabilità e protezione dei biofilm. A seconda delle condizioni ambientali, il biofilm può essere costituito da Listeria monocytogenes, Bacillus cereus e mycoides, Salmonella spp., Campylobacter, Pseudomonas aeruginosa, Leuconostoc o Cronobacter (Enterobacter sakazakii) che costituiscono la matrice del biofilm (polimeri organici, polisaccaridi, proteine, DNA, lipidi, ecc.) e altri microrganismi (patogeni), fagi, enzimi dannosi, spore, muffe e lieviti che vivono all’interno della matrice. Grazie a questa struttura, i biofilm sono più resistenti alle sostanze biocide rispetto agli stessi batteri in un mezzo liquido. Questa complessa costruzione garantisce la sopravvivenza anche in condizioni estreme.

Le 3 fasi del biofilm

1. Adesione In questa fase i singoli microrganismi vengono a contatto con una superficie e iniziano ad aderire ad essa. Questa adesione iniziale è debole e reversibile. I microrganismi possono utilizzare flagelli, pili o altre appendici per facilitare l’adesione. Man mano che sempre più microrganismi si accumulano e aderiscono alla superficie, iniziano a produrre sostanze polimeriche extracellulari (EPS), che formano una matrice protettiva attorno al biofilm.

2. Accumulo/maturazione Man mano che il biofilm continua a svilupparsi, i microrganismi all’interno della comunità del biofilm iniziano a crescere e moltiplicarsi. La matrice EPS diventa più estesa e complessa, garantendo stabilità strutturale al biofilm. I microrganismi all’interno della comunità del biofilm iniziano a comunicare attraverso un processo chiamato “quorum sensing”, durante il quale rilasciano molecole di segnalazione per coordinare il loro comportamento. Questa comunicazione aiuta a regolare l’espressione genetica, portando alla formazione di microambienti specializzati all’interno del biofilm. Durante questa fase il biofilm diventa estremamente resistente agli agenti antimicrobici e alla risposta immunitaria dell’ospite.

3. Dispersione La fase di dispersione, in cui i microrganismi all’interno del biofilm si staccano dal biofilm, può essere approssimativamente classificata in dispersione attiva e passiva. La dispersione passiva si verifica quando parti del biofilm si staccano naturalmente a causa di forze fisiche o condizioni ambientali. Nella fase di dispersione attiva, alcuni microrganismi all’interno del biofilm subiscono cambiamenti fisiologici e avviano il processo di distacco dal biofilm. Questo implica la produzione di enzimi e tensioattivi che aiutano a rilasciare singoli microrganismi o gruppi di cellule dal biofilm. Una volta dispersi, i microrganismi possono colonizzare nuove superfici e avviare la formazione di nuovi biofilm.

La capacità dei biofilm di subire dispersione è un’importante strategia di sopravvivenza per i microrganismi che lo compongono. Permette loro di colonizzare nuovi ambienti o di sfuggire a condizioni sfavorevoli. Pertanto, il biofilm è una fonte costante di contaminazione e infezione, a causa del rilascio imprevedibile di microrganismi.

Il biofilm nel settore alimentare

Le perdite economiche causate dal biofilm sono enormi. Il 47% dei richiami alimentari sono legati al biofilm, 1,3 miliardi di tonnellate di cibo finiscono nei rifiuti a causa della contaminazione e l’impatto finanziario diretto medio (rispedizioni e mancate vendite) ammonta a 30 milioni di euro. Negli Stati Uniti ogni settimana si verificano 30 richiami, di cui il 27% è dovuto ad allergeni non dichiarati, il 27% a salmonella, il 10% a Listeria, il 10% a sostanze non dichiarate e il 26% per altri motivi. [1, 2, 3] Quindi, il biofilm rappresenta un problema importante per le industrie agroalimentari, poiché ha un impatto diretto sulla sicurezza e idoneità alimentare. Il biofilm ha un impatto anche sulle installazioni degli stabilimenti: può provocare resistenza al flusso dei fluidi nelle tubazioni e al CIP, aumentando la ruvidezza delle superfici. La formazione di fanghi riduce le prestazioni termiche degli scambiatori di calore. Può verificarsi anche lo sviluppo di gas e odori. Il biofilm corrode anche le superfici metalliche, il che può portare al rilascio di microparticelle ed elementi leganti.

Biofilm nel sistema idrico

I biofilm crescono facilmente nei sistemi idrici industriali. Questi contengono infatti molte ramificazioni e sono difficili da pulire, rendendo più facile per il biofilm aderire alle superfici bagnate del sistema di distribuzione dell’acqua. In tali circostanze, i batteri influiscono sulla qualità dell’acqua e possono anche causare corrosione. Per prevenirne lo sviluppo occorre trattare l’acqua potabile e monitorarne la qualità. Kersia offre soluzioni per la rimozione dei biofilm esistenti applicando prodotti enzimatici specifici che idrolizzano la matrice che protegge il biofilm, decomponendo i materiali organici e sciogliendo lo sporco minerale e i polisaccaridi.

Biofilm negli allevamenti

I biofilm possono trovarsi in vari punti degli allevamenti, in quanto possono svilupparsi su un’ampia gamma di superfici dove sono presenti acqua, sostanze nutritive e microrganismi. Alcuni luoghi in cui è comunemente possibile trovare biofilm negli allevamenti sono i seguenti:

  • Sistemi idrici: i biofilm si formano spesso nei sistemi di distribuzione dell’acqua, come tubi di irrigazione, tubi flessibili e serbatoi, dove il flusso dell’acqua è lento o stagnante.
  • Strutture per l’allevamento: i biofilm si possono sviluppare sulle superfici all’interno delle zone destinate agli animali, come mangiatoie, abbeveratoi e pareti, dove i materiali organici forniscono una fonte di nutrienti per la crescita microbica.
  • Sistemi di movimentazione del letame: i biofilm possono formarsi nelle aree di stoccaggio del letame, comprese fosse, lagune e canali di scolo, dove è presente materia organica proveniente dai rifiuti animali.
  • Silos e contenitori di stoccaggio: anche le strutture di stoccaggio agricole possono ospitare biofilm, su superfici a contatto con cereali, mangimi o altri materiali organici immagazzinati.

Prevenire la formazione di biofilm è fondamentale per mantenere la salute degli animali e la produttività dell’ambiente dell’allevamento e per evitare l’introduzione di agenti patogeni (trasportati dagli alimenti) nella catena alimentare.

Rimuovere correttamente il biofilm e controllarne la formazione

Rimozione del biofilm esistente

La distruzione dei biofilm richiede in genere un approccio diversificato, in quanto l’EPS può costituire una barriera protettiva contro gli agenti chimici. Esistono varie strategie e sostanze chimiche che possono essere impiegate per distruggere i biofilm e degradare l’EPS.

1. Prima fase: decomposizione enzimatica Alcuni enzimi hanno dimostrato di poter decomporre i componenti EPS dei biofilm. Questi enzimi scompongono il DNA extracellulare e i polisaccaridi, destabilizzando la struttura del biofilm.

2. Seconda fase: applicazione di un disinfettante con agente ossidante (come l’acido peracetico) per eliminare tutti gli agenti contaminanti.

Biofilm prima del trattamento

1 • Decomposizione enzimatica

2 • Applicazione di un disinfettante Kersia con agente ossidante

Rilevazione del biofilm

A causa dell’ampia diversità dei microrganismi che costituiscono il biofilm, il rilevamento e anche la localizzazione costituiscono fasi impegnative. Kersia offre test per il rilevamento di biofilm su superfici o in sistemi chiusi. Per i sistemi chiusi, dove il rilevamento è più complesso, Kersia applica prodotti enzimatici per l’eliminazione del biofilm e preleva campioni dopo le diverse fasi per le successive analisi microbiologiche. Il metodo di analisi viene selezionato in base alle esigenze del cliente. Dalla conta totale all’identificazione del microrganismo, tutto è possibile. [1] Regolato da FDA, come segnalato da Swiss Re [2] Organizzazione delle Nazioni unite per l’alimentazione e l’agricoltura (FAO) [3] Report US Grocery Manufacturers, sondaggio dell’associazione fra 36 aziende internazionali, 2011