Biopelícula y mastitisIsrael Daniel Ricardo González
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Luis Octavio Campuzano Reyes.
Miguel Ángel Blanco Ochoa.
Laura Hernández Andrade
Introducción
La mastitis es considerada una de las enfermedades más importantes en la industria lechera, que afecta la salud y el bienestar animal, acompañada de pérdidas en la ganadería lechera, incremento de costos de producción y en la tasa de desecho animal. Esta es generalmente manejada con tratamientos antimicrobianos, siendo ésta una de las principales causas de su uso en animales lecheros, sin embargo, la tasa de recuperación cada vez disminuye (de 0 a 52%) en animales en producción. Lo anterior ha obligado a los investigadores no solo a desarrollar nuevos y más eficaces tratamientos antimicrobianos, si no también, a investigar y comprender todos los mecanismos de patogenicidad que poseen los principales microorganismos causantes de mastitis. Recientemente se ha puesto énfasis en el papel que juegan las bacterias y hongos productores de biopelícula en los casos de mastitis recurrentes en bovinos lecheros.
¿Qué es la biopelícula?
La biopelícula se puede definir como una comunidad heterogénea dinámica y compleja que puede estar constituida por bacterias y hongos. En algunos casos, esta biopelícula está conformada por una sola especie fúngica o bacteriana, aunque usualmente contiene muchas especies bacterianas y/o fúngicas. Esta biopelícula está integrada por un exopolisacárido estructurado, el cual es producido por las múltiples capas de células (bacterianas y/o micóticas) adheridas a una superficie inerte o viva.
Se estima que el 80% de la biomasa microbiana terrestre reside en el interior de biopelículas, éstas facilitan la supervivencia de bacterias u hongos patógenos en el ambiente en que se encuentran y en sus hospedadores, en general todas las biopelículas comparten las siguientes características:
• Las células bacterianas y/o micóticas están incrustadas en una matriz polimérica compuesta por exopolisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos de los propios microorganismos.
• La formación de biopelícula se inicia mediante señales extracelulares presentes en el medio o producidas por las bacterias.
• La biopelícula protege a las bacterias frente a la respuesta inmunitaria del hospedador, la desecación y los biocidas (como antimicrobianos o desinfectantes), siendo esta última característica la que ha cobrado relevancia en la actualidad.
El tiempo de formación de estas biopelículas va de las 6 horas donde se pueden apreciar la formación de microcolonias hasta las 24 a 48 horas donde ya se desarrolla una arquitectura compleja que corresponde a la biopelícula madura.
En medicina humana se ha encontrado que bacterias patógenas pueden producir biopelícula, siendo ésta reconocida como un importante factor de virulencia para varias enfermedades infecciosas, tales como infección del tracto digestivo con Escherichia coli, neumonía e infecciones nosocomiales causadas por Pseudomonas aeruginosa y Burkholderia cepacia, Infecciones nosocomiales, infección de prótesis dentales así como candidiasis invasivas provocadas por diferentes especies de Candida spp, así como en diversos casos de infecciones por Staphylococcus aureus.
En recientes estudios realizados alrededor del mundo incluyendo México, se ha encontrado que diversas bacterias y hongos involucrados en casos de mastitis bovina son capaces de producir biopelícula como factor de patogenicidad, entre los que podemos mencionar: Staphylococcus aureus, S. epidermidis, Streptococcus uberis, Streptococcus dysgalactiae, Escherichia coli, Klepsiella neumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Candida kefyr y Candida tropicalis.
¿Qué hace tan peligrosas a las biopelículas?
La importancia de la biopelícula tanto en la salud humana como en la salud animal radica básicamente en los siguientes aspectos:
1. En el proceso de inactivación de los antimicrobianos por acción de los polímeros extracelulares que al parecer actúan como barrera física impidiendo la entrada y acción del antibiótico a la célula microbiana sobre todo en el caso de aquellos de carga positiva como los aminoglicósidos y retardan la difusión del mismo facilitando su degradación.
2. Se ha demostrado que dentro de la matriz de la biopelícula, los microorganismos presentan una baja tasa de crecimiento resultado de una menor disponibilidad de nutrientes debido a un metabolismo retardado, esta situación de alguna manera restringe el éxito de los antibióticos esto debido a que la gran mayoría de éstos son efectivos cuando las células están más vulnerables, es decir, en fase de crecimiento exponencial, como por ejemplo las penicilinas y cefalosporinas, medicamentos ampliamente utilizados en el tratamiento de mastitis en bovinos lecheros.
3. Los microorganismos embebidos en la biopelícula tienen mayor oportunidad de presentar cambios en su genotipo y fenotipo, esto debido a que pueden presentar una alta habilidad para intercambio genético, haciendo posible que aumente la transferencia de factores de resistencia a antibióticos, de patogenicidad o de adhesión que favorezcan la permanencia de la biopelícula en una superficie viva o inerte.
4. Cuando una biopelícula se establece sobre una superficie viva, los polímeros extracelulares actúan como barrera física protegiendo a los microorganismos de la acción de los mecanismos de defensa del hospedero especialmente a la acción de los macrófagos y los leucocitos.
5. Cuando en estas biopelículas están presentes diversas especies de bacterias y hongos, se pueden presentar fenómenos de sinergismo, se ha demostrado que en biopelículas donde están involucrados C. albicans y S. aureus, el primero le confiere resistencia frente a la vancomicina al segundo. Es importante que también se pueden presentar otro tipo de relaciones como antagonismo y mutualismo.
Por todo lo anterior es posible considerar que las infecciones producidas por microorganismos productores de biopelículas son ciertamente difíciles de resolver y pueden ser manifestadas como infecciones recurrentes o crónicas, a razón de que los organismos que forman parte de ésta, muestran un nivel muy bajo de susceptibilidad a antibióticos o antifúngicos e inclusive a los mecanismos de defensa del hospedero, esto se ha comprobado en infecciones como dermatitis, neumonía, mastitis, enfermedades nosocomiales de vías urinarias y septicemia.
Biopelícula y mastitis
Como es bien sabido, S. aureus es uno de los principales agentes causantes de mastitis en bovinos lecheros y es uno de los más estudiados en los procesos de formación de biopelícula. Se sabe que algunas cepas de S. aureus portadores del locus ica que contiene genes que codifican para la formación de slime y producción de biopelícula, sin embargo, no todas manifiestan la capacidad de formarlo en condiciones in vivo o in vitro, las razones de ello aún no se han podido dilucidar del todo, aunque se cree que esto se debe a la presencia de oxígeno durante el crecimiento de estos microorganismos.
En diversos estudios in vitro, se ha demostrado que las cepas que poseen los genes del locus ica, y que en teoría serán capaces de formar biofilm, presentaron cierto grado de resistencia a antibióticos como penicilinas, cefalosporinas, gentamicina y eritromicina.
En diversos estudios in vivo, los cambios fisiológicos que se presentan en la ubre, específicamente en el periodo de transición, parecen ser los responsables de la expresión de los genes ica, responsables de la formación de biopelícula, provocando una activación en la fase de crecimiento de la biopelícula producida por S. aureus.
Actualmente el uso inadecuado de antibióticos sin un previo estudio de susceptibilidad para tratar casos de mastitis y aunado a malas prácticas de higiene tanto en la rutina de ordeño como en la limpieza del equipo de ordeño, se han presentado casos de mastitis de etiología multifactorial que involucran levaduras pertenecientes al género Candida en conjunto con E. coli y S. dysgalactiae productores de biopelícula, clínicamente, estos casos se presentaban como mastitis clínicas recurrentes que responden medianamente al tratamiento antimicrobiano. En estudios realizados a partir de muestras de estos casos, se logró determinar la presencia de biopelícula y la protección que ésta ofrece a los agentes antimicrobianos comúnmente usados.
Por otro lado, es importante recalcar que todos los microorganismos capaces de producir biopelícula son capaces de formarla sobre cualquier superficie plástica, inclusive sobre los materiales plásticos utilizados en el equipo de ordeño. Estudios recientes del INIFAP, han demostrado la capacidad adherente de S. aureus, S. dysgalactiae, E. coli y Candida kefyr sobre diversas superficies plásticas y sobre pezoneras de silicón de mediano uso.
La relevancia de la instauración de la biopelícula sobre superficies plásticas en contacto con la ubre radica en que una vez formado, éste comenzará a desprender microorganismos capaces de multiplicarse rápidamente y ocupar otras superficies inertes o vivas, lo que a su vez podría diseminar la enfermedad al resto del hato.
Por lo anterior es importante considerar las actividades de limpieza del equipo de ordeño mecánico, lo anterior debido a que, los residuos de leche y materia orgánica del equipo de ordeño proveen el sustrato ideal para el establecimiento de microorganismos y formación de biopelícula.
Por otro lado, es importante poner especial énfasis en el recambio tanto de mangueras plásticas como pezoneras, ya que debido al constante uso y al empleo de los detergentes y sanitizantes, sufren un desgaste natural promoviendo la aparición de microfisuras y/o fisuras de gran tamaño donde se acumula la materia orgánica promoviendo a su vez la colonización microbiana y formación de biopelícula.
Conclusiones
La biopelícula es un mecanismo que han utilizado muchos microorganismos durante miles de años como estrategia de supervivencia, sin embargo, cuando este mecanismo es utilizado por microorganismos patógenos resulta ser especialmente peligroso tanto en la salud animal como en la salud pública, debido a la protección física que ofrece frente a la acción de los antimicrobianos, así como, a la acción de los mecanismos de defensa, esto sin mencionar, la posibilidad de intercambios genéticos que se pueden llegar a presentar en su interior.
Si bien los mecanismos por los cuales las bacterias utilizan esta biopelícula como factor de patogenicidad aún no están bien dilucidados, es importante entender que su presencia está muy relacionada a casos de mastitis recurrente.
En futuras publicaciones estaremos presentando algunas investigaciones que hemos realizado relacionadas a la producción de biofilm a partir de microorganismos aislados a partir de casos de mastitis clínica en bovinos lecheros.
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Artículo publicado en Entorno Ganadero
