Biofilms: El lado Hippy de las bacterias

Creo que a estas alturas la mayoría de la gente ya sabe que el mundo de las bacterias es muy diverso. Tenemos las que fabrican comida o bebida, las que nos hacen enfermar, las que nos acompañan y protegen, las que viven en lugares extraños, las que descomponen... Y algunas de ellas tienen su lado Flower Power. Pero, ¿Qué tienen en común los hippies y las bacterias? Pues que ambos prefieren vivir en comunidad: los hippies en comunas y las bacterias en biofilms.

Los biofilms son la forma predominante en la que crecen las bacterias en la naturaleza. Son comunidades  de uno o varios tipos de microorganismos (bacterias, hongos, algas) que se adhieren unos a otros sobre una superficie (Tanto natural, como una piedra o artificial, como un catéter). Para ello lo que hacen es expulsar al exterior sustancias que forman lo que se conoce como matriz extracelular. Son los hippies del mundo microbiano.

En el biofilm las bacterias se comunican e interactúan entre sí mediante un sistema que se llama Quorum sensing. Con este mecanismo son capaces de regular la expresión de sus genes en respuesta a la densidad de la población. Además este sistema de comunicación no está específicamente dirigido a bacterias de la misma especie, sino que puede ser comprendido por especies distintas. Volviendo a nuestro ejemplo de los hippies, es como si en una comunidad en la que vive un alemán, un inglés, un español y un francés, todos fuesen capaces de entender esperanto.

Estas comunidades se forman en cinco etapas muy bien definidas:

1. Adherencia reversible a la superficie. Los microorganismos se pegan, pero como el nombre indica, se pueden despegar.
2. Adherencia irreversible a la superficie. En este punto se pegan y ya no hay vuelta atrás.
3. Formación de microcolonias.
4. Formación de clusters, agrupaciones más grandes y complejas.
5. Liberación de algunas bacterias para colonizar nuevas superficies y crear nuevos biofilms.

El biofilm más conocido es el de la placa dental que, de hecho, fue el primer biofilm observado allá por 1684 por Anthony van Leewenhoek. Sin embargo, los biofilms se pueden encontrar en otros muchos lugares: en el líquido de las lentillas, en catéteres, taponando tuberías, en los bebederos de los animales de granja, estropeando el vino en los barriles que no están herméticamente cerrados y en los estanques del parque nacional de Yellowstone.

Una de las características más importantes de los biofilms es que son muy resistentes a los antibióticos. Su eliminación requiere desde 10 a 1000 veces más antibiótico que las bacterias planctónicas (Las de vida libre). Por eso son infecciones muy problemáticas y difíciles de eliminar. Algunos ejemplos de infecciones por biofilm son las que se dan en los pulmones de las personas con fibrosis quística, en implantes de cadera y en las caries.

Además también se ha descrito cómo los biofilms pueden crecer en algunas obras de arte. Un buen ejemplo es la cueva prehistórica de Altamira, en Cantabria, que ha tenido que estar cerrada al público durante 12 años porque el acceso de los turistas era capaz de modificar el microclima de la cueva, inalterado durante siglos y favorecer el desarrollo de biofilms que amenazaban las pinturas.

Pero no todo en los biofilms es malo. Los biofilms llevan años depurando las aguas residuales de nuestras ciudades y además se espera que en un futuro nos ayuden en la producción de biofuel, aumentando la producción de este carburante.

Biofilms: the Hippy side of bacteria

I think at this point everybody knows that bacteria world is very varied. We have the ones that produce food or beverages, the ones that make us sick, the ones that live with us and protect us, the ones that live in odd places… and some of them have their Flower Power side. But, What do hippies and bacteria have in common? Both of them prefer to live in community: hippies in communes and bacteria in biofilms.

Biofilms are the predominant way in which bacteria grow in nature. They are communities of one or several kinds of microorganisms (bacteria, fungi, algae) that attach one another in a surface (natural, like a rock or atificial, like a catheter). What they do is produce substances that form an extracellular matrix. They are the hippies of the microbial world.

In biofilms bacteria communicate and interact between them through a system that is called Quorum sensing. With this mechanism they are able to regulate the expression of different genes in response to population density. Also, this communication system is not specifically addressed to bacteria of the same species, it can be understood by different ones. Returning to our hippy example it is like if in a commune where a german, an english, an spanish and a frech are living, they where all able to understand esperanto.

These communities are formed in 5 very well stablished steps:

1. Reversible attachment to the surface. Microorganisms attach, but they also can deattach.
2. Irreversible attachment to the surface. At this point it is very unlikely that they will deattach.
3. Microcolony formation.
4. Clusters formation. They form bigger and more complex groups.
5. Some bacteria are released to colonize new surfaces. In this way they create new biofilms.

The most known biofilm is dental plaque that, in fact, was the first observed biofilm in 1684 by Anthony van Leewenhoek. However, biofilms can be found in many places: in the liquid of contact lenses, in catheters, clogging pipes, in the sprue of farm animals, ruining wine in barrels that are not tightly closed and in ponds of Yellowstone National Park.

One of the most important characteristics about biofilms is that they are very resistant to antibiotics. To get rid of them we need from 10 to 1000 times more antibiotic than what we need for planktonic bacteria (free living bacteria). That is why they are very problematic infections and difficoult to eradicate. Some examples of infections by biofilms are those that happen in the lungs of the people with cystic fibrosis, in hip implants and in caries.

Besides, it has also been described how biofilms can grow in some works of art. A good example is the prehistoric cave in Altamira, Cantabria, that has had to be closed to the public for 12 years because the Access of tourists was able to change the microenvironment of the cave, unaltered during centuries and stimulate the growth of biofilms that threatened the paintings.

But not everything is bad in biofilms. Biofilms have spent years purifiying the waste waters of our cities. Also, in the future, they are expected to help in the production of biofuel, increasing the production of this fuel.