UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE CIENCIAS D.A. Biología, Microbiología y Biotecnología E.A.P. Biología en Acuicultura ASIGNATURA DE ACUARÍSTICA UNIDAD I SISTEMA DE CULTIVO DE ESPECIES ACUÁTICAS ORNAMENTALES Clase 3 Biofilms en sistemas acuáticos Etapas de formación. Características físicas, químicas y biológicas Blgo. Pesq. Walter Reyes Avalos, M.C. Docente

Los biofilms Son comunidades de microorganismos que crecen embebidos en una matriz de exopolisacáridos y adheridos a una superficie inerte o un tejido vivo

Formación de un Biofilm Agregación y adhesión Re-distribución Bipartición Agregación: producción de EPs Desarrollo Depende de la tasa de crecimiento celular y la hidrodinámica del ecosistema. Bacterias, diatomeas, cianofíceas y algas verdes filamentosas. Maduración Involucra la generación de arquitectura compleja con canales y poros. Des-adhesión Separación de parte o porciones del biofilm (sloughing off) por procesos físicos, debido a la reducción de Eps.

3 stages of biofilm formation: attachment, colonization and growth of complex biofilm structures

Conceptual illustration of the heterogeneity of biofilm structure and function. Foreground: biofilm life cycle. Mid-ground: heterogeneity in bacterial activity and communities make-up. Background: Streamer formation and detachment.

Schematic of biofilm mechanics: Hydrodynamic forces on biofilm structures due to turbulent flow.

Biofilm bacteria can move in numerous ways: Collectively, by rippling or rolling across the surface, or by detaching in clumps. Individually, through a "swarming and seeding" dispersal.

Conceptual illustration of the heterogeneity of biofilm structure, showing bacterial clusters, streamers, and water channels.

Conceptual illustration of the heterogeneity of biofilm structure, with labeled bacterial clusters, streamers, and water channels.

Cross-sectional illustration of placement of O2 sensitive probes, in void area and biofilm cluster, revealing that water channel is aerobic; center of cluster is anaerobic.

Composición de un Biofilm Microorganismos adheridos a un material soporte Matriz de exopolímeros orgánicos de origen microbiano (alginatos, celulosa, glucosa, galactosa, N-acetilglucosa, etc.) Materias en suspensión inorgánicas adheridas

Procesos que se dan en un Biofilm Procesos físicos Procesos químicos

ESTRATIFICACIÓN FISIOLÓGICA DE LOS BIOFILMS El oxígeno y los nutrientes transportados por el agua difunden a través del biofilm La profundidad hasta la que un biofilm es activo es de 300-400m El sloughing-off o desprendimiento natural

Five proposed mechanisms of increased biofilm tolerance to antimicrobials.

The multicellular characteristics of biofilms contribute to their survivability.

Hypothesis for biofilm resistance to antimicrobial agents: Antimicrobial neutralization

Barrera de difusión física y química que constituye la matríz de EPs Hypothesis for biofilm resistance to antimicrobial agents: Penetration failure

Crecimiento ralentizado de las bacterias debido a limitación de nutrientes. Existencia de microambientes que antagonizan con la acción del antibiótico. Activación de respuestas de estrés que provocan cambios en la fisiología de la bacteria. Hypothesis for biofilm resistance to antimicrobial agents: Nutrient-limited physiology

Cohesive forces and detachment modes: electrostatic and hydrophobic interactions, biological and chemical degradation

Antibiotic effectiveness is increased in the presence of even a weak, intermittent electrical field.

The combination of electricity plus antibiotic is more effective against biofilm cells than either is alone.

A relatively shallow layer of biofilm forms an effective biobarrier, preventing the oxygen-iron sulfide reaction that produces sulfuric acid.