Meccanismi e fasi della formazione del biofilm

Abbiamo visto, nei precedenti appunti, che i biofilm sono delle aggregazioni di batteri rivestiti da una “pellicola” costituita da esopolisaccaridi secreti dalle cellule batteriche stesse.

Le fasi principali della formazione e dello sviluppo del biofilm sono:

  • Adesione
  • Formazione della microcolonia
  • Maturazione
  • Dissolvimento

Adesione al substrato

Inizialmente i batteri sono trovano in forma libera e cominciano a sondare il territorio circostante. Nel momento in cui avvertono che sul fondale sono presenti sostanze nutritive si dirigono verso questo substrato (chemiotassi) e comincia il processo di adesione.

Il processo di adesione ha due fasi:

  • La prima di adesione reversibile
  • La seconda di adesione irreversibile

Adesione reversibile

E’ basata su interazioni deboli tra i batteri e le particelle che costituiscono il substrato. Questa è una fase critica perché ci sono degli impedimenti che sono dovuti alle cariche elettriche.

I batteri hanno una carica di superficie complessiva negativa e spesso anche le particelle del suolo sono cariche negativamente. Quando avvertono la presenza di nutrienti i batteri cercano di vincere le forze repulsive attraverso delle risposte fisiologiche.



Il flagello ad esempio è importante nella fase di adesione reversibile perché si muove per vincere le forze repulsive. Altri batteri producono e secernono all’esterno delle molecole che modificano la loro carica complessiva superficiale.
Se l’adesione reversibile permane e il batterio trova nutrimento avviene una modificazione di alcune funzioni fisiologiche e si passa all’adesione irreversibile.

Adesione irreversibile

Prevede la perdita del flagello, perché se il batterio deve rimanere adeso al substrato il flagello non serve più. L’adesione irreversibile è mediata dalla produzione da parte della cellula microbica di fattori di adesione specifici (fimbrie, polisaccaridi) che ne rafforzano il legame con la superficie, prodotti in risposta all’evento di adesione iniziale.

I polisaccaridi secreti in questa fase non sono quelli che formeranno il biofilm, ma servono per migliorare l’adesione.

Formazione della microcolonia

Se la cellula microbica ha a disposizione una quantità sufficiente di nutrienti all’adesione seguono una serie di eventi di duplicazione cellulare sulla superficie colonizzata che porta alla formazione di una microcolonia.

Alla microcolonia possono associarsi microrganismi di specie diverse, dando così inizio alla condizione di eterogeneità tipica dei biofilm microbici. In questa fase si raggiunge una elevata densità cellulare con conseguente induzione dei meccanismi di quorum sensing. A questo punto comincia la sintesi degli esopolisaccaridi che andranno a formare il biofilm.

Dalla microcolonia si passa a strutture più complesse sia come dimensioni che come forma (i biofilm assumono struttura tridimensionale simile a un fungo). Queste strutture non sono degli ammassi casuali di batteri e matrice extracellulare, ma all’interno del biofilm è possibile distinguere una ben precisa architettura.



Maturazione del biofilm

Il biofilm maturo si distingue dalla microcolonia non solo per le maggiori dimensioni ma anche per l’esistenza di una organizzazione spaziale che consente l’esposizione diretta di gran parte delle cellule del biofilm alle sostanze nutritive dell’ambiente esterno. Si crea una fitta rete di canali che garantisce la distribuzione dei nutrienti e quindi la sopravvivenza dei batteri che si trovano nelle regioni più profonde del biofilm.

Dissolvimento del biofilm

La crescita del biofilm oltre una certa dimensione ne può provocare la rottura meccanica, con rilascio di flocculi o di piccoli gruppi di cellule che possono revertire alla condizione planctonica ed eventualmente colonizzare una nuova superficie, dando così inizio ad un nuovo ciclo di formazione del biofilm.

Si pensa che ci possa essere un ciclo vitale del biofilm determinato geneticamente (si pensa che il biofilm può andare incontro ad un’autolisi).



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Autore dell'articolo: Admin

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2 thoughts on “Meccanismi e fasi della formazione del biofilm

    Jessica

    (agosto 8, 2018 - 10:08 pm)

    Ciao! Sto studiando per l’esame di microbiologia che darò a settembre e cercando delle informazioni ho trovato il tuo sito. Complimenti, mi sta aiutando molto!!:DD Dove farai la magistrale? Dopo la laurea, voglio anche io iscrivermi a Scienze della nutrizione umana.

      Admin

      (settembre 7, 2018 - 4:36 pm)

      Grazie mille, sono molto contento che i miei appunti ti stanno tornando utili! In bocca al lupo

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