Las biopelículas son comunidades de microorganismos adheridas a superficies y envueltas en una sustancia polimérica extracelular (EPS) autoproducida. La matriz de EPS, compuesta de polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos y lípidos, proporciona integridad estructural y protege a las células residentes de tensiones ambientales, antibióticos y defensas inmunes del huésped.
La formación de biopelículas progresa a través de cinco etapas. La adhesión reversible inicial de células planctónicas a una superficie está mediada por interacciones electrostáticas, fuerzas de van der Waals e interacciones hidrofóbicas. La adhesión irreversible implica adhesinas y producción de EPS. Durante la etapa de maduración I, se forman microcolonias y se desarrolla la arquitectura de la biopelícula. La maduración II produce una estructura tridimensional en forma de hongo con canales de agua para el suministro de nutrientes y la eliminación de desechos. En la etapa de dispersión, las células se desprenden de la biopelícula y colonizan nuevas superficies.
El fenotipo de la biopelícula es fundamentalmente diferente del crecimiento planctónico. Las células dentro de las biopelículas exhiben expresión génica alterada, actividad metabólica reducida y mayor tolerancia a los antibióticos. Los gradientes de nutrientes y oxígeno crean microambientes heterogéneos, con células en el interior de la biopelícula entrando en un estado similar a la fase estacionaria.
La tolerancia a los antibióticos en las biopelículas surge de múltiples mecanismos. La penetración reducida a través de la matriz de EPS limita el acceso del fármaco. Las tasas de crecimiento más lentas hacen que las células sean menos susceptibles a los antibióticos que atacan células en división activa. Las células persistentes son una subpoblación que entra en un estado latente y tolerante a los antibióticos. El ambiente de la biopelícula induce respuestas al estrés que aumentan la tolerancia.
Los organismos formadores de biopelículas clínicamente importantes incluyen Pseudomonas aeruginosa en infecciones pulmonares por fibrosis quística y neumonía asociada al ventilador. Staphylococcus aureus y S. epidermidis forman biopelículas en dispositivos médicos implantables, incluyendo catéteres, prótesis articulares y válvulas cardíacas. Las especies de Candida forman biopelículas en catéteres venosos centrales causando candidemia. La placa dental es una biopelícula polimicrobiana que causa caries y periodontitis.
El estudio de laboratorio de biopelículas utiliza el dispositivo de biopelícula de Calgary para pruebas de susceptibilidad de alto rendimiento, sistemas de celda de flujo para microscopía confocal en tiempo real y tinción con violeta de cristal en placas de 96 pocillos para cuantificación de biomasa. Los ensayos de concentración mínima de erradicación de biopelículas (MBEC) determinan la concentración de antibiótico requerida para matar las células de la biopelícula.
