Em formação

Existe alguma maneira de a indústria de alimentos se beneficiar com os biofilmes?


Sei de todas as desvantagens, mas estou me perguntando se a indústria de alimentos pode realmente se beneficiar com a formação de biofilmes.


O comentário da inf3rno fornece um grande exemplo, na produção de vinagre (Food Safety Magazine):

Na produção de alguns alimentos fermentados, os biofilmes são um elemento essencial para uma produção ideal. Durante a produção do vinagre, as bactérias do ácido acético podem crescer em aparas de madeira. O biofilme formado ajuda a tornar mais eficiente a conversão do substrato em ácido.

Este artigo, Biofilms in the Food Environment (Czaczyk & Myszka, 2014) também fornece exemplos de uso de biofilme na produção industrial de alimentos (na página 75, 14ª página no PDF vinculado):

Biorreatores com biofilmes (biofilmes representam uma forma natural de imobilização celular) são usados ​​para obter ácido acético, ácido cítrico, etanol e polissacarídeos.

Você também pode conferir o Capítulo 7 deste livro de mesmo nome, Biofilmes no Ambiente Alimentar, para mais informações, se estiver interessado. Não está disponível gratuitamente online, mas você pode encontrá-lo em uma biblioteca.


A invenção evita a contaminação de embalagens de alimentos por biofilmes bacterianos

IMAGEM: Esta imagem mostra o estudante graduado e vencedor do Prêmio Kaye de Inovação, Michael Brandwein (L), e seu mentor, Prof. Doron Steinberg, do Laboratório de Pesquisa em Biofilme da Universidade Hebraica. Veja mais

Crédito: (Foto: Universidade Hebraica)

Comer frutas e vegetais faz bem, mas às vezes há um preço a pagar: doenças causadas por biofilmes bacterianos que aderem aos produtos e à embalagem em que são enviados.

Agora, um estudante de graduação da Universidade Hebraica de Jerusalém descobriu uma maneira de atacar essas bactérias nas embalagens dos alimentos. Usando um novo sistema de embalagem para destruir essas bactérias, sua invenção tem um enorme potencial comercial.

O aluno, Michael Brandwein, é um pesquisador sob a supervisão do Prof. Doron Steinberg do Laboratório de Pesquisa em Biofilme da Faculdade de Odontologia da Universidade Hebraica. Brandwein foi um dos dois alunos de graduação agraciados com o Prêmio Kaye de Inovação durante a 77ª reunião anual do Conselho de Governadores da Universidade Hebraica em 11 de junho.

Biofilmes bacterianos são um problema cada vez maior na indústria de alimentos, especialmente para produtos frescos. Os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos Estados Unidos relataram recentemente que as doenças transmitidas por alimentos causam cerca de 48 milhões de doenças a cada ano apenas nos Estados Unidos, das quais 45% são causadas por bactérias.

Os países industrializados têm visto um aumento na demanda por produtos frescos à medida que aumenta a conscientização sobre os benefícios de comer frutas e vegetais para a saúde. Mas as preocupações com a saúde pública em relação aos produtos frescos são especialmente graves porque muitos desses produtos são consumidos sem cozinhar. Inúmeros microorganismos, incluindo bactérias causadoras de doenças, se fixam em alimentos e superfícies de embalagem e formam biofilmes em um processo complexo e multifacetado.

Como se livrar dos biofilmes? Recentemente, foi descoberto que as bactérias realmente falam umas com as outras, em um processo chamado detecção de quorum. Este cross-talk é um dos fatores que regulam a formação de biofilme. Quando certas moléculas detectam uma densidade celular suficientemente alta, elas ativam uma cascata de processos genéticos que levam à adesão da bactéria. Controlar a produção ou integração dessas moléculas pode impedir que as bactérias se coordenem para criar um biofilme.

Ao longo dessas linhas, Brandwein incorporou uma nova molécula sintetizada na Universidade Hebraica, chamada TZD, em embalagens de alimentos anti-biofilme. No Laboratório de Pesquisa de Biofilme, a molécula interferiu com sucesso na formação de biofilme por bactérias e fungos. Também foi testado com sucesso para prevenir biofilmes em sistemas de água reciclada.

A pesquisa da Brandwein tem se concentrado especificamente em caixas de papelão ondulado, o meio mundial de transporte da grande maioria dos produtos agrícolas frescos. A tecnologia agora foi incorporada com sucesso em polímeros acrílicos específicos da indústria, destinados a revestir o papelão ondulado usado nos produtos frescos.

"Nós mostramos que esses 'polímeros de extinção de quorum' reduzem drasticamente a carga de biofilme em papelão ondulado, levando a um método mais saudável e eficiente de transporte de alimentos de hoje", diz Brandwein.

A Universidade Hebraica, por meio de sua empresa de transferência de tecnologia, Yissum, detém patentes concedidas sobre o processo e assinou um acordo com a B.G. Tecnologia do Kibutz Beit Guvrin para posterior desenvolvimento e comercialização.

"Embora milhões de dólares tenham sido gastos globalmente para desenvolver polímeros antimicrobianos, ninguém teve sucesso no desenvolvimento e comercialização de polímeros anti-quorum sensing / anti-biofilme. Portanto, prevemos que nosso produto terá exclusividade por muitos anos", disse Brandwein . "Prevemos que nossa tecnologia seja aplicada a embalagens de alimentos congelados, embalagens de aves e carnes e outras áreas da indústria de embalagens de alimentos."

Os pesquisadores prevêem um potencial de receita na casa dos muitos milhões de dólares. Além de abordar as preocupações com a saúde, a prevenção da contaminação de alimentos tem implicações econômicas significativas para aumentar a vida útil dos produtos.

Os produtores também são uma fonte potencial de renda, uma vez que os biofilmes bacterianos também são uma importante fonte de perda de safra pós-colheita em todo o mundo, infectando uma grande variedade de tecidos vegetais e, portanto, causando podridão mole bacteriana, tornando a fruta ou vegetal impróprio para consumo.

O Prêmio Kaye de Inovação da Universidade Hebraica é concedido anualmente desde 1994. Isaac Kaye, da Inglaterra, um proeminente industrial da indústria farmacêutica, estabeleceu os prêmios para incentivar professores, funcionários e alunos da Universidade Hebraica a desenvolver métodos inovadores e invenções com potencial comercial que beneficiará a universidade e a sociedade.

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BIOFILMES BENÉFICOS

Em ambientes naturais

Em corpos d'água grandes e pequenos, na terra, no subsolo, bem como em e dentro de organismos superiores, os biofilmes são um componente integral do ambiente natural. O relatório & quotGlobal Environmental Change: Microbial Contributions, Microbial Solutions, & quot aponta: & quot. . .a química básica da superfície da Terra é determinada pela atividade biológica, especialmente a dos muitos trilhões de micróbios no solo e na água. Os micróbios constituem a maior parte da biomassa viva da Terra e, como tal, têm papéis importantes na reciclagem de elementos vitais para a vida. ”As bactérias e outros microrganismos também foram associados à formação de muitos tipos de rochas sedimentares e minerais.

As bactérias são os primeiros colonizadores de superfícies limpas submersas em água. Os cientistas conseguiram documentar a previsível colonização sequencial de superfícies em águas oceânicas por uma série de organismos, começando com biofilmes microbianos. Quer a superfície seja um casco de barco na superfície ou uma nova abertura em alto mar no fundo do oceano, os micróbios estão disponíveis e são capazes de um rápido desenvolvimento comunitário nas superfícies. Os micróbios evoluíram junto com outros organismos, incluindo seres humanos. Embora algumas bactérias produzam efeitos prejudiciais aos organismos ou hospedeiros circundantes, a maioria das bactérias é inofensiva ou mesmo benéfica. Quando se trata de bactérias, os organismos superiores são apenas outro ambiente a ser colonizado.

Tratamento de água e esgoto

P. Dirckx, Center for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman

Os engenheiros têm aproveitado a atividade ambiental do biofilme natural no desenvolvimento de sistemas de tratamento de água. Biofilmes têm sido usados ​​com sucesso no tratamento de água e esgoto por mais de um século. Engenheiros ingleses desenvolveram os primeiros métodos de tratamento de filtro de areia para tratamento de água e esgoto na década de 1860. Nestes sistemas de filtração, as superfícies do meio filtrante atuam como um suporte para a fixação e crescimento microbiano, resultando em um biofilme adaptado para usar a matéria orgânica encontrada naquela água em particular. O resultado final da filtração biológica é a conversão do carbono orgânico na água em biomassa bacteriana. Idealmente, essa biomassa é imobilizada no meio de filtro e removida durante o ciclo de retrolavagem.

A água potável e as águas residuais tratadas que foram submetidas à atividade microbiana de uma maneira controlada em uma estação de tratamento são mais "biologicamente estáveis" e, portanto, menos propensas a contribuir para a proliferação microbiana a jusante no sistema de distribuição ou recebimento de água. Água tratada biologicamente normalmente tem menor demanda de desinfetante e potencial de formação de subproduto de desinfecção do que água tratada convencionalmente se a fonte de água tiver alto teor de carbono orgânico. À medida que as concessionárias de água potável passam a usar ozônio como desinfetante primário e para controle de sabor / odor / cor, filtros biológicos podem ser necessários para reduzir as concentrações de carbono orgânico biodegradável que entra no sistema de distribuição.

Remediação de solo e água subterrânea contaminados

P. Dirckx, Center for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman

No solo, a morfologia do biofilme pode ser altamente variável, variando de colônias descontínuas irregulares a filmes contínuos espessos, dependendo das condições ambientais. Quando contaminantes orgânicos tóxicos (isto é, gasolina, óleo combustível, solventes clorados) são acidentalmente liberados no subsolo, a população bacteriana do solo nativo irá, na medida do possível, ajustar sua composição ecológica a fim de usar os contaminantes orgânicos como fonte de alimento. Esse processo é comumente referido como & ldquobiorremediação & rdquo e, se bem-sucedido, tem potencialmente a capacidade de transformar material orgânico inicialmente tóxico em subprodutos inofensivos. As densidades de células de biofilme típicas encontradas nas proximidades de locais de águas subterrâneas contaminadas variam de cerca de 105 a 108 células por grama de solo.

A biorremediação surgiu como uma tecnologia preferida para remediar a água subterrânea e o solo em muitos locais contaminados com resíduos perigosos. A biorremediação resulta em 1) a redução da concentração e massa de contaminantes para muitos contaminantes de subsuperfície (por exemplo, hidrocarbonetos de petróleo, orgânicos clorados e nitroaromáticos) e / ou 2) uma transferência de fase benéfica ou mudança de especiação (por exemplo, para metais pesados ​​e radionuclídeos). A biorremediação subterrânea é controlada por fenômenos geoquímicos e de transporte abióticos, incluindo fluxo multifásico, transporte de massa convectiva, adsorção / dessorção e partição de fase, bem como processos bióticos, como crescimento de biomassa microbiana e metabolismo de contaminantes

Lixiviação microbiana

Kennecott Utah Copper, Salt Lake City, Utah

Foto cortesia de Kennecott Utah Copper, Salt Lake City, Utah. Esta imagem mostra um vasto complexo de campos de lixiviação nos quais minério de baixo teor de cobre é pulverizado com água. Bactérias como Thiobacillus, ligado à superfície das partículas de minério oxidam os compostos de cobre insolúveis em sulfato de cobre solúvel a partir do qual o cobre puro pode ser facilmente recuperado.

A extração de cobre de depósitos de minério usando soluções ácidas tem sido praticada há séculos, mas o papel das bactérias na dissolução de metais não foi verificado até a década de 1940. Hoje, aproximadamente 10% 20% do cobre extraído nos EUA é extraído por processamento microbiano assistido de minérios de baixo teor. Há também um investimento considerável na extensão da lixiviação microbiana para a recuperação de outros metais, como urânio, prata, ouro, cobalto e molibdênio. A maior parte da lixiviação microbiana depende da oxidação microbiana de sulfetos metálicos. Ambientes aquosos em associação com o mineral gasto produzem condições muito adversas de baixo pH, altas concentrações de metais e altas temperaturas, que selecionam uma flora microbiana com requisitos nutricionais muito especializados.

A lixiviação em pilha é o processo mais comum usado para extrair microbianamente cobre e outros minerais do minério gasto. O processo consiste em organizar os fragmentos de minério usados ​​em uma configuração de leito compactado que permite o escoamento da água. Para iniciar o processo, água acidificada (pH = 1,5 a 3,0) é pulverizada sobre o leito de minério poroso. Bactérias acidofílicas, como Thiobacillus ferrooxidans, oxidam ativamente o ferro ferroso solúvel e atacam os minerais de sulfeto, liberando o íon cúprico solúvel que pode então ser recuperado da solução aquosa. Este processo de oxidação é semelhante em conceito à corrosão de superfícies metálicas.

A reação biológica e as taxas de transferência de massa atualmente limitam a aplicação comercial da lixiviação microbiana, entretanto, melhorias substanciais no projeto do processo foram feitas nos últimos anos e o método é visto como promissor pela indústria de mineração.

IMPACTOS DETRIMENTAIS DE BIOFILMES

Claro, nem todos os biofilmes funcionam a nosso favor. Embora as estações de tratamento de esgoto e a biorremediação sejam essenciais nos esforços para evitar que o meio ambiente seja habitável, cada uma delas tem um lado negro. O nitrogênio, fósforo e resíduos orgânicos da agricultura e resíduos municipais tratados inadequadamente coletados em metade do continente pelos sistemas dos rios Ohio, Missouri e Mississippi acabam no Golfo do México. Esses nutrientes causam o enriquecimento excessivo das águas do Golfo, um processo denominado eutrofização. Isso, por sua vez, causa um crescimento explosivo ou proliferação de algas. Ao morrer, a decomposição dessas mesmas algas causa o esgotamento generalizado do oxigênio no Golfo e a criação de & ldquoZonas mortas & rdquo anóxicas, onde nada que dependa de oxigênio pode sobreviver. A morte resultante de peixes e crustáceos teve um efeito devastador na indústria de pesca comercial do Golfo.

Os danos causados ​​pelo recente derramamento de óleo da Deepwater Horizon e seu efeito sobre as pescas do Golfo não devem ser subestimados, mas uma vez que o fluxo de óleo seja interrompido, os microorganismos irão, com o tempo, remover o óleo e restaurar a saúde das águas do Golfo conforme eles fizeram após o vazamento do Exxon Valdez no Prince William Sound Alaska. As zonas mortas são um problema contínuo causado em grande parte pelas práticas agrícolas humanas e continuarão até que o uso excessivo de fertilizantes químicos e a liberação de resíduos municipais, industriais e animais sejam controlados.

Assim como existem bactérias como Thiobacillus que podem colher cobre de minério de baixo teor, existem outras bactérias que podem agir sobre os metais causando o que é chamado de biocorrosão ou MIC (corrosão influenciada por micróbios). Talvez os principais entre eles sejam os SRBs ou bactérias redutoras de sulfato. Depois de se prender à parede de um tubo de distribuição de água, a tubulação de um trocador de calor ou um oleoduto, as bactérias formam um biofilme e dentro da zona anaeróbia dessa comunidade ganham energia por corrosão e corrosão da superfície do metal. O resultado são bilhões de dólares em danos anualmente, pois os tubos precisam ser substituídos ou quando eles falham e causam mais poluição.


A invenção evita a contaminação de embalagens de alimentos por biofilmes bacterianos

Esta imagem mostra o estudante graduado e vencedor do Prêmio Kaye de Inovação, Michael Brandwein (L), e seu mentor, Prof. Doron Steinberg, do Laboratório de Pesquisa em Biofilme da Universidade Hebraica. Crédito: Universidade Hebraica

Comer frutas e vegetais faz bem, mas às vezes há um preço a pagar: doenças causadas por biofilmes bacterianos que aderem aos produtos e à embalagem em que são enviados.

Agora, um estudante de graduação da Universidade Hebraica de Jerusalém descobriu uma maneira de atacar essas bactérias nas embalagens dos alimentos. Usando um novo sistema de embalagem para interromper essas bactérias, sua invenção tem um enorme potencial comercial.

O aluno, Michael Brandwein, é um pesquisador sob a supervisão do Prof. Doron Steinberg do Laboratório de Pesquisa em Biofilme da Faculdade de Odontologia da Universidade Hebraica. Brandwein foi um dos dois alunos de graduação agraciados com o Prêmio Kaye de Inovação durante a 77ª reunião anual do Conselho de Governadores da Universidade Hebraica em 11 de junho.

Biofilmes bacterianos são um problema cada vez maior na indústria de alimentos, especialmente para produtos frescos. Os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos Estados Unidos relataram recentemente que as doenças transmitidas por alimentos causam cerca de 48 milhões de doenças a cada ano apenas nos Estados Unidos, das quais 45% são causadas por bactérias.

Os países industrializados têm visto uma maior demanda por produtos frescos à medida que aumenta a conscientização sobre os benefícios de comer frutas e vegetais para a saúde. Mas as preocupações com a saúde pública em relação aos produtos frescos são especialmente graves porque muitos desses produtos são consumidos sem cozinhar. Inúmeros microorganismos, incluindo bactérias causadoras de doenças, se fixam em alimentos e superfícies de embalagem e formam biofilmes em um processo complexo e multifacetado.

Como se livrar dos biofilmes? Recentemente, foi descoberto que as bactérias realmente falam umas com as outras, em um processo chamado detecção de quorum. Este cross-talk é um dos fatores que regulam a formação de biofilme. Quando certas moléculas detectam uma densidade celular suficientemente alta, elas ativam uma cascata de processos genéticos que levam à adesão da bactéria. Controlar a produção ou integração dessas moléculas pode impedir que as bactérias se coordenem para criar um biofilme.

Ao longo dessas linhas, Brandwein incorporou uma nova molécula sintetizada na Universidade Hebraica, chamada TZD, em embalagens de alimentos anti-biofilme. No Laboratório de Pesquisa de Biofilme, a molécula interferiu com sucesso na formação de biofilme por bactérias e fungos. Também foi testado com sucesso para prevenir biofilmes em sistemas de água reciclada.

A pesquisa da Brandwein se concentrou especificamente em caixas de papelão ondulado, o meio mundial de transporte da grande maioria dos produtos agrícolas frescos. A tecnologia agora foi incorporada com sucesso em polímeros acrílicos específicos da indústria, destinados a revestir o papelão ondulado usado nos produtos frescos.

"Nós mostramos que esses 'polímeros de extinção de quorum' reduzem drasticamente a carga de biofilme em papelão ondulado, levando a um método mais saudável e eficiente de transporte de alimentos de hoje", diz Brandwein.

A Universidade Hebraica, por meio de sua empresa de transferência de tecnologia, Yissum, detém patentes concedidas sobre o processo e assinou um acordo com a B.G. Tecnologia do Kibutz Beit Guvrin para posterior desenvolvimento e comercialização.

"Embora milhões de dólares tenham sido gastos globalmente para desenvolver polímeros antimicrobianos, ninguém teve sucesso no desenvolvimento e comercialização de polímeros anti-quorum sensing / anti-biofilme. Portanto, prevemos que nosso produto terá exclusividade por muitos anos", disse Brandwein . "Prevemos que nossa tecnologia seja aplicada a embalagens de alimentos congelados, embalagens de aves e carnes e outras áreas da indústria de embalagens de alimentos."

Os pesquisadores prevêem um potencial de receita na casa dos muitos milhões de dólares. Além de abordar as preocupações com a saúde, a prevenção da contaminação de alimentos tem implicações econômicas significativas para aumentar a vida útil dos produtos.

Os produtores também são uma fonte potencial de renda, uma vez que os biofilmes bacterianos também são uma grande fonte de perda de safra pós-colheita em todo o mundo, infectando uma grande variedade de tecidos vegetais e, portanto, causando podridão mole bacteriana, tornando a fruta ou vegetal impróprio para consumo.

O Prêmio Kaye de Inovação da Universidade Hebraica é concedido anualmente desde 1994. Isaac Kaye da Inglaterra, um proeminente industrial da indústria farmacêutica, estabeleceu os prêmios para incentivar professores, funcionários e alunos da Universidade Hebraica a desenvolver métodos inovadores e invenções com bom potencial comercial que beneficiará a universidade e a sociedade.


Transição fenotípica de células de vida livre para células anexadas e para células destacadas

O ciclo de vida bacteriano pode ser dividido em duas fases distintas de vida: unicelular (planctônica) e multicelular (biofilme ou células sésseis) [22]. A alternância entre as duas fases requer a transição de células planctônicas para células sésseis para iniciar a formação de biofilme e de células sésseis para células destacadas para permitir um retorno ao estado planctônico [32] (Fig. 1).

O ciclo de vida bacteriano. As fases da vida unicelular (planctônica ou de natação livre) e multicelular (biofilme ou células sésseis) se alternam ao longo do tempo. Neste ciclo de duas fases, as bactérias sofrem transições fisiológicas de células planctônicas para células sésseis na construção de um biofilme, e de células sésseis para células dispersas no retorno ao estado planctônico. Cada fase está associada a um comportamento transcricional único. (Esboço por M Berlanga)

Comparações dos diferentes transcriptomas inteiros e / ou metabolomas obtidos em Klebsiella [33], Acinetobacter [34], Haemophilus [35], Listeria [36], e Estreptococo [37] mostraram que cada fase da vida está associada a um comportamento transcricional único. As diferenças na expressão gênica entre células planctônicas e comunidades de biofilme incluem a regulação positiva e a regulação negativa de conjuntos distintos de genes [38]. Por exemplo, os genes envolvidos no metabolismo ferro-enxofre, metabolismo lipídico, transporte de aminoácidos e carboidratos, biossíntese de metabólitos secundários e resposta ao estresse são regulados positivamente durante a formação de biofilme [33, 38], assim como genes que codificam componentes do sistema de efluxo [34 ] No caso do metabolismo do ferro, a concentração de ferro no meio é um importante sinal ambiental que induz a expressão de fatores de adesão, que são críticos para o estágio de fixação do desenvolvimento do biofilme. Consequentemente, vários genes envolvidos na aquisição de ferro são superexpressos no biofilme em comparação com as células planctônicas. A regulação negativa de genes de reparo de DNA em células de biofilme indica que a frequência de mutações espontâneas e, portanto, de novas características genéticas, é elevada dentro do biofilme [38].

Células dispersas de biofilmes são transcricionalmente mais próximas de suas células-mãe do que de células planctônicas e exibem fenótipos específicos com alta capacidade adaptativa, permitindo a colonização de novos ambientes [33]. No entanto, células de biofilme e células recentemente dispersas também diferem, por exemplo, em sua expressão relativa de genes envolvidos na resposta SOS, que são superexpressos em células do modo de crescimento planctônico [33, 38].


Regulação do gene por células anexadas

Há evidências de que a regulação para cima e para baixo de uma série de genes ocorre nas células aderentes após a interação inicial com o substrato. Davies e Geesey (34) demonstraram algC regulação positiva em células bacterianas individuais dentro de minutos após a fixação às superfícies em um sistema de células de fluxo. Este fenômeno não se limita a P. aeruginosa. Prigent-Combaret et al. (35) descobriram que 22% desses genes foram regulados positivamente no estado de biofilme e 16% foram regulados negativamente. Becker et al. (36) mostrou que biofilmes de Staphylococcus aureus foram regulados positivamente para genes que codificam enzimas envolvidas na glicólise ou fermentação (fosfoglicerato mutase, triosefosfato isomerase e álcool desidrogenase) e presumiram que a regulação positiva desses genes poderia ser devido à limitação de oxigênio no biofilme desenvolvido, favorecendo a fermentação. Um estudo recente de Pulcini (37) também mostrou que algD, algU, rpoS, e genes que controlam a síntese de polifosfoquinase (PPK) foram regulados positivamente na formação de biofilme de P. aeruginosa. Prigent-Combaret et al. (35) opinaram que a expressão de genes em biofilmes é evidentemente modulada por fatores físico-químicos dinâmicos externos à célula e pode envolver vias regulatórias complexas.


Processo de formação de biofilme

As bactérias formam biofilmes em resposta a estresses ambientais, como radiação UV, dessecação, nutrientes limitados, pH extremo, temperatura extrema, altas concentrações de sal, alta pressão e agentes antimicrobianos. Aqui, os eventos que levam à formação de biofilme bacteriano são complexos (O & # x2019Toole et al., 2000 Hall-Sstandley et al., 2004 Lopez et al., 2010 Galie et al., 2018). Em geral, acredita-se que a formação de biofilme começa com uma fixação reversível de bactérias em uma superfície, seguida pela fixação irreversível, geralmente auxiliada por estruturas adesivas de bactérias e interações de curto alcance. A sua fixação reversível progride através da produção de EPS. Mais tarde, eles se desenvolvem em uma estrutura organizada presa em uma matriz EPS. Finalmente, as células bacterianas podem escapar do biofilme maduro e se dispersar no ambiente para colonizar novos nichos (Berne et al., 2015 Hoffman et al., 2015 Limoli et al., 2015 Toyofuku et al., 2016). Essas fases de formação de biofilme são ilustradas na Figura 1. Cinco fases principais que levam ao desenvolvimento da forma de vida planctônica de vida livre em um estilo de vida sedentário & # x201Cbiofilm & # x201D são discutidas abaixo.

Figura 1. As cinco fases principais que conduzem ao desenvolvimento e dispersão do biofilme.

Anexo reversível

A fixação bacteriana é a etapa inicial da formação do biofilme. Começa com a interação favorável entre algumas células planctônicas e superfícies de substrato. As bactérias devem ser transportadas para as superfícies por movimento browniano, sedimentação ou convecção (Palmer et al., 2007). A quimiotaxia é o movimento direcionado das células bacterianas em direção a uma fonte de nutrientes ou quimioatraentes (por exemplo, aminoácidos e açúcares) ao longo de um gradiente de concentração em fluidos móveis. Ocorre em praticamente todos os microorganismos e pode facilitar o crescimento bacteriano em superfícies, permitindo interações de superfície celular (Vladimirov e Sourjik, 2009 Porter et al., 2011). Uma vez que as células alcançam uma superfície, a interação entre as superfícies das células e a superfície condicionada depende da soma líquida das forças repulsivas ou atrativas geradas entre as duas superfícies. Se as forças de atração são maiores do que as forças de repulsão, a bactéria se fixará na superfície e vice-versa (Dunne, 2002 Carniello et al., 2018). Essa ligação inicial é obtida por meio dos efeitos de forças físicas não específicas, como forças eletrostáticas, interações hidrofóbicas e interações de Lifshitz & # x2013van der Waals (Dunne, 2002 Carniello et al., 2018). A ligação bacteriana foi interpretada dentro do escopo da teoria DVLO clássica de Derjaguin, Verwey, Landau e Overbeek (DVLO), o modelo DVLO estendido e as abordagens termodinâmicas (Perni et al., 2014 Zhang et al., 2015 Carniello et al. ., 2018). Essas teorias descrevem o apego como o resultado de um equilíbrio entre as interações atrativas de Lifshitz & # x2013van der Waals e as forças repulsivas, com base nas forças eletrostáticas (Morra e Cassinelli, 1997 Rijnaarts et al., 1999), além das forças de hidratação (Jucker et al. , 1998 Hermansson, 1999). Em geral, a ligação bacteriana reversível a uma superfície envolve a deposição de uma bactéria em um substrato de tal forma que as bactérias permanecem em um movimento browniano bidimensional e podem ser facilmente destacadas da superfície por qualquer mobilidade bacteriana ou efeitos de cisalhamento de um fluido fluindo sobre a superfície (Li e Tang, 2009 Carniello et al., 2018).

Ambas as superfícies inertes e biológicas podem ser usadas para a fixação inicial de bactérias. Na verdade, qualquer substância que entre em contato com a suspensão bacteriana é considerada um substrato para o crescimento do biofilme (Donlan, 2002, Tuson e Weibel, 2013). As propriedades físico-químicas da superfície de um substrato podem afetar a fixação bacteriana e a rapidez com que os biofilmes se desenvolvem, incluindo rugosidade da superfície, hidrofobicidade, carga superficial e presença de filmes condicionantes (Donlan, 2002 Srey et al., 2013).

A relação entre a fixação bacteriana e a aspereza da superfície é relatada há anos. No entanto, as opiniões estão divididas em relação ao efeito da rugosidade na fixação bacteriana e na formação de biofilme. Alguns estudos revelaram que as irregularidades das superfícies abióticas promovem a fixação bacteriana e o desenvolvimento de biofilme devido a forças de cisalhamento mais baixas e maior área de superfície à qual as células bacterianas podem se fixar em superfícies mais ásperas (Pedersen, 1990 Bollen et al., 1997 Donlan, 2002 Yu et al. , 2016), enquanto um resultado contraditório mostrou que a rugosidade da superfície não teve influência na adesão bacteriana (Vanhaecke et al., 1990 Flint et al., 2000 Zhao et al., 2014). Os resultados opostos podem ser devidos a diferentes estruturas extracelulares e propriedades físico-químicas de diferentes bactérias, bem como às diversas propriedades físico-químicas de uma superfície de substrato com hidrofobicidade, carga superficial e filmes condicionantes variados.

A hidrofobia de superfície, as interações não covalentes de longo alcance mais fortes em sistemas biológicos, foi considerada como desempenhando um papel importante na fixação bacteriana. As superfícies hidrofóbicas parecem ser mais fáceis de colonizar pelas bactérias do que os materiais hidrofílicos (Teixeira e Oliveira, 1999 Donlan e Costerton, 2002 Sousa et al., 2011). Isso provavelmente ocorre porque a hidrofobicidade reduz as forças repulsivas entre a superfície bacteriana e o substrato de colonização. Yu et al. (2016) atribuíram a hidrofobicidade e aspereza da superfície do substrato à fixação precoce de Streptococcus mutans. Teixeira e Oliveira (1999) também relataram a correlação positiva entre o grau de hidrofobicidade de materiais de substrato polimérico e o número de Alcaligenes denetrificans. Uma exceção notável, no entanto, é que L. monocytogenes é provável que se fixe em substratos hidrofílicos, como aço inoxidável, do que em superfícies hidrofóbicas como politetrafluoroetileno (PTFE Chavant et al., 2002). Isso pode ser devido ao fato de que a fixação de células bacterianas também é influenciada pela hidrofobicidade da superfície bacteriana, que por sua vez depende da taxa de crescimento bacteriana, espécie bacteriana e meio de crescimento (Vacheethasanee et al., 1998 Katsikogianni e Missirlis, 2004). Vacheethasanee et al. (1998) observou que S. epidermidis cepas com maior hidrofobicidade de superfície anexadas em maior extensão do que aquelas com menos hidrofobicidade de superfície ao polietileno (PE). Estudos demonstraram que a hidrofobicidade afeta a fixação de esporos às superfícies e que quanto mais hidrofóbica uma superfície ou bactéria, mais forte é a fixação (Husmark e R & # x00F6nner, 1992 Faille et al., 2002). Husmark e R & # x00F6nner (1992) relataram que a hidrofobicidade de B. cereus esporos e apêndices semelhantes a fios de cabelo ao redor dos esporos influenciaram a fixação em superfícies inertes. A hidrofobicidade das bactérias pode ser determinada pela aderência bacteriana aos hidrocarbonetos (BATH), também conhecida atualmente como aderência microbiana aos hidrocarbonetos (MATH), cromatografia de interação hidrofóbica (HIC) e medições do ângulo de contato (Ukuku e Fett, 2002 Palmer et al., 2007) . A escolha da bactéria para anexar a superfícies hidrofóbicas ou hidrofílicas depende das estruturas e características fisiológicas e bioquímicas complexas de ambas as bactérias e suas superfícies de contato.

A carga superficial é outro fator físico que afeta a adesão das bactérias ao substrato. É amplamente aceito que a maioria das células bacterianas tem uma carga superficial negativa devido à presença de uma quantidade considerável de grupos carboxila, amino e fosfato (Dziubakiewicz et al., 2013). Assim, a superfície carregada positivamente promove a fixação bacteriana, enquanto uma superfície carregada negativamente encoraja a resistência à fixação bacteriana (Tuson e Weibel, 2013). It should be further noted that the surface charge of bacteria differs between bacterial species and is influenced by growth medium, bacterial age, pH, and ionic strength (Katsikogianni and Missirlis, 2004). It is often describes by the zeta potential (Palmer et al., 2007). Studies investigating the influence of surface charge on the adhesion ability of E. coli to inert surfaces have shown positive relationship in some cases (Dickson and Koohmaraie, 1989 Ukuku and Fett, 2002) and no correlation in the other (Rivas et al., 2007). The discrepancies in these studies could be due to the employed methods, which utilized different growth media and buffers, to demine bacterial surface charge. Similarly, QS in E. coli causes an increase in the negative charge on cell surfaces, which in turn promote the association of bacteria with surfaces during the early phases of biofilm formation (Tuson and Weibel, 2013). Electrostatic interaction chromatography (ESIC) has been widely used to measure bacterial surface charge (Ukuku and Fett, 2002).

Nearly all bacteria moving from liquid media toward surfaces make their first contact with conditioning films. The films are essential in the bacterial adhesion process and are formed as a result of adsorption of nutrient molecules onto the material surfaces which lead to changes in physicochemical characteristics of the surfaces and in turn affect the bacterial attachment (Lorite et al., 2011). These films are formed within minutes of exposure with concomitant growth for several hours (Donlan, 2002).

Irreversible Adhesion

The irreversible attachment is attained through the effects of short range interactions such as dipole-dipole interactions, hydrogen, ionic and covalent bonding, and hydrophobic interactions with involvement of bacterial structural adhesions (Bos et al., 1999). The surface of bacteria is gifted with different adhesins that are projected away from the cell surface into the extracellular environment (Berne et al., 2015). So far, adhesive structures of bacteria, including flagella, pili/fimbriae, and non-fimbrial adhesions, were identified to be involved in the development of biofilms (Berne et al., 2015). The presence of these surface organelles help bacterial cells to make first physical contact with substrates (Petrova et al., 2012 Berne et al., 2015 Carniello et al., 2018). Flagellum is a whip like filamentous appendage concerned with bacterial locomotion (Haiko and Westerlund-Wikstrom, 2013). Flagella driven motility can either be swimming (in liquids) or swarming (on solid moist surfaces). Various species of bacteria exhibit both type of movements to navigate bacterial cells toward a favorable environment and to attach onto a surface (Kearns, 2010 Hintsche et al., 2017). Numerous studies have reported the importance of flagella mediated motility in early attachment and subsequent biofilm formation. Flagella can initiate the adhesion of cells to surfaces by overcoming the repulsive forces that might hinder cell to surface interactions (Van Houdt and Michiels, 2005 Terashima et al., 2008 Lemon et al., 2007 Haiko and Westerlund-Wikstrom, 2013 Wood, 2013). Non-flagellated mutants of L. monocytogenes were impaired in surface adhesion compared to the wild type with short incubation periods. However, with longer times of incubation, surface coverage by non-flagellated mutant cells almost reach the same level as flagellated cells, suggesting that the presence of flagella is crucial for initial and early attachment (Vatanyoopaisarn et al., 2000).

Pili/fimbriae are also filamentous appendages used for bacterial attachment to each other and early cell-surface attachment (Konto-Ghiorghi et al., 2009 Maldarelli et al., 2016). Por exemplo, P. aeruginosa can employ a pilus mediated form of bacterial surface movement called twitching motility (Alarcon et al., 2009). No K. pneumoniae, Streptococcus agalactiae, Clostridium difficile, e Acinetobacter baumannii, pili play important roles in their early attachment to surfaces (Konto-Ghiorghi et al., 2009 Maldarelli et al., 2016 Pakharukova et al., 2018). Type 1 and type 3 fimbriae on the surface of K. pneumoniae facilitate attachment on abiotic surfaces and formation of mature biofilm, while only type 1 fimbriae initiate attachment of E. amylovora on abiotic surfaces and biofilm formation (Di Martino et al., 2003 Murphy et al., 2013). And the wild type of E. amylovora attached in greater numbers to surfaces than the mutant type with a deletion in type I fimbriae, which suggests the importance of adhesion structures in the formation of mature biofilms (Koczan et al., 2011). Additionally, thin aggregative fimbriae, also called curli fimbriae and antigen 43, are found to enhance initial surface attachment of bacteria (Heras et al., 2014 Carter et al., 2016). Moreover, distinct adhesins in some bacteria might be used to mediate transition from transient to permanent surface attachment. For example, formation of the monolayer in Caulobacter crescentus is mediated by a strong adhesive polysaccharide called the holdfast (Karatan and Watnick, 2009). Another example is polysaccharide intercellular adhesin (PIA) produced by S. epidermidis that is essential for cell to cell attachment and subsequent biofilm development (Rohde et al., 2010).

Bacterial pathogens also generate special adhesins that enable them not only adhere to receptors on eukaryotic cell surface but also facilitate their internalization. Por exemplo, Yersinia pseudotuberculosis e Yersinia enterocolitica produce a protein invasin which adheres to 㬡 integrins on the surface of M-cells and causes crossing of Yersinia into M-cells (Bonazzi et al., 2009 Karatan and Watnick, 2009).

A cell-to-cell signaling mechanism called QS also coordinate individual cells to initiate formation of bacterial biofilms (Abraham, 2016). Using QS, bacteria synthesize and release first messengers like chemical signals (autoinducers, AIs) to enable cell-to-cell communication within bacterial population (Li and Tian, 2012 Papenfort and Bassler, 2016). Both Gram-negative and Gram-positive bacteria employ cell-to-cell signaling mechanisms to regulate biofilm formation. Gram-negative bacteria primarily used acyl homoserine lactones (AHLs), whereas Gram-positive bacteria used oligopeptides, universal AIs that can be utilized by both Gram-negative and Gram-positive bacteria (Miller and Bassler, 2001 Sperandio et al., 2001 Sun et al., 2004).

EPS Production

Irreversible adhesion is progressed through the production of EPS regulated by QS of the resident bacterial cells. Bacteria synthesize and secrete EPSs which are an essential component of biofilm extracellular matrix. EPS can mediate both cohesion of bacteria and adhesion of biofilms to surfaces via hydrophobic interactions and ion bridging interactions (Fahs et al., 2014 Costa et al., 2018). Overall, EPS plays critical roles in adherence to surfaces, cell�ll recognition, biofilm formation, biofilm structure, retention of water, signaling, protection of cells, symbiosis with plants, trap of nutrients, and genetic exchange (Dogsa et al., 2005 Limoli et al., 2015 Flemming, 2016 Costa et al., 2018). In addition, secondary messenger c-di-GMP is regarded as one of the stimuli for the transition from reversible to irreversible adhesion through the production of EPS and cell surface structures (Toyofuku et al., 2016).

The main constituents of EPS, including polysaccharides, proteins, DNAs, lipids and other polymeric compounds, depend on the bacterial species, and the environmental conditions (Myszka and Czaczyk, 2009 Kostakioti et al., 2013 Limoli et al., 2015 Jayathilake et al., 2017 Bacosa et al., 2018 Costa et al., 2018). Polysaccharides are a major constituent of the EPS matrix and necessary for biofilm development and growth in most bacteria (Flemming et al., 2016). In Gram-negative bacteria, the polysaccharides are usually neutral or polyanionic. The anionic property is considered to be as a result of the presence of uronic acids or ketal-linked pyruvates. This is thought to facilitates association of divalent cations such as magnesium and calcium, which are very important for cross-linking of polymer strands leading to greater binding force in a developed biofilm formation (Donlan, 2002). In Gram-positive bacteria such as Estafilococos, however, the EPS is mainly cationic (Donlan, 2002). EPS matrix also contains considerable amounts of proteins such as enzymes and proteinaceous structures like pili and fimbriae. Besides, DNA is an integral part of EPS matrix which acts as an intercellular connector (Flemming et al., 2016). Lipids found in the matrix also play important roles for the attachment of Thiobacillus ferrooxidans (Flemming et al., 2016).

Biofilm Maturation

At this phase, the genetic machineries of EPS such as a 15 gene-long epsA-O cluster concerning biofilm formation in Bacillus subtilis become activated when intensity of the AIs exceed certain threshold. Bacteria continue to multiply within embedded EPS matrix by using the AIs signals, and conduct to formation of microcolonies and maturation of biofilms (Lopez et al., 2010 Toyofuku et al., 2016). Following microcolony formation and EPS accumulation, changes in gene expressions are induced, and the products of these genes are utilized for the production of EPS that act as biological “glue” between embedded bacterial cells (Frederick et al., 2011 Karimi et al., 2015). The formation of matrix is followed by formation of water-filled channels which act like circulatory systems, conveying nutrients to the cells communities and removing unwanted products (Garnett and Matthews, 2012). Structural analysis of the microcolonies often shows a pyramid/mushroom-shaped multicellular structure (Garnett and Matthews, 2012). During the process of maturation, motility is restricted within the microcolonies as the production of bacterial surface structures is inhibited, and the gene expression pattern of the sessile cells differs significantly from the planktonic cells. For example, more than 57 biofilm associated proteins, that were not present in the planktonic cells, have been detected in P. aeruginosa microcolony (Hall-Stoodley and Stoodley, 2002). Moreover, QS enables communication among bacteria of the same or different species through secretion and detection of AIs. Bacteria use these signaling molecules to sense the presence of each other and to regulate gene expression in response to changes of their population density (Kaplan, 2010 Guttenplan and Kearns, 2013 Wei and Ma, 2013 Berlanga and Guerrero, 2016). Herein, AIs have an important role in maintaining existing biofilms.

Dispersal/Detachment

The biofilm detachment process, also known as dispersal, represents the terminal process of biofilm development. It is regarded as a strategy of bacterial cells to leave biofilms and continue another biofilm life cycle (Singh et al., 2017). That is, dispersal of surface attached cells from biofilms is a naturally program phenomenon which allows bacterial cells to form new microcolonies on other fresh substrates in response to particular physiological or environmental conditions (Diaz-Salazar et al., 2017). Dispersal is a complex process regulated by environmental signals, signal transduction pathways, and effectors (Kaplan, 2010).

Although the dispersal mechanisms vary among bacteria, the whole process can still be divided into three common stages: detachment of cells from the microcolonies, movement of cell to a fresh substrate, and adhesion of the cells to the new substrate (Kaplan, 2010 Shen et al., 2018). Furthermore, the detachment can be an active action (i.e., seeding) that cells in biofilms initiate the detachment of themselves in response to changes in their environment such as antimicrobial stress, matrix-degrading enzymes and nutrient starvation, or passive behaviors (i.e., sloughing and erosion) mediated by external forces such as shear forces (Kaplan, 2010 Fleming and Rumbaugh, 2017 Lee and Yoon, 2017). In other words, seeding dispersal is the active detachment mechanism associated with rapid release of microcolonies or planktonic cells from the center of the biofilm, leaving an empty hollow cavity Sloughing is the sudden detachment of a large portion of a biofilm Erosion is a release of small portion bacteria from the biofilm. Aggregatibacter actinomycetemcomitans, P. aeruginosa, Serratia marcescens, e S. aureus can exhibit seeding dispersal of biofilms (Kaplan, 2010 Lee and Yoon, 2017).

During active dispersal, genes involved in cell motility, such as flagella synthesis and EPS degradation are usually up-regulated, while genes related to EPS production (i.e., polysaccharide synthesis), attachment, and fimbriae synthesis are often down-regulated (Kostakioti et al., 2013). Another effective way to disperse biofilm is to inhibit the c-di-GMP signaling pathways because reduction of intracellular c-di-GMP levels will either inhibit biofilm development or enhance biofilm dispersal (Kaplan, 2010). Furthermore, environmental factors like temperature change, pH, nutrients, and oxygen deficiency can contribute to biofilm dispersal (Kostakioti et al., 2013). For example, limited oxygen supply facilitates biofilm detachment by promoting c-di-GMP degradation. An increase in glucose supply can decrease intracellular c-di-GMP, resulting in the raise of flagella synthesis that eases detachment process (Lee and Yoon, 2017). Moreover, there are various physicochemical parameters and inherent cell properties such as autolysis that facilitate biofilm dispersal (Kaplan, 2010 Kostakioti et al., 2013 Lee and Yoon, 2017).


Biofilms in the Food Industry

Biofilms are complex microbial ecosystems formed by one or more species immersed in an extracellular matrix of different compositions depending on the type of food manufacturing environment and the colonizing species. Examples of microorganisms that can comprise these biofilms include bacteria and fungi. The presence of more than one bacterial species in a biofilm has important ecological advantages because it can facilitate the biofilm’s attachment to a surface. For some species, this can even occur in the absence of specialized fimbriae. Mixed biofilms show higher resistance to disinfectants such as quaternary ammonium compounds and other biocides (Meyer, 2015).

The extracellular matrix is mainly composed of polysaccharides, such as cellulose, proteins or exogenous DNA. This matrix can be fixed to hard surfaces (food industry equipment, transport, dispensing and storage surfaces, soil, etc.) or to biological structures (vegetables, meat, bones, fruits, etc.) (Flemming et al., 2016). The extracellular matrix has a structural role, which is responsible for the strong persistence of these biofilms in the food industry. It generates complex gradients with respect to nutrients and oxygen diffusion, contains extracellular enzymes used for nutritional purposes, allows for the transfer of cell communication molecules, and protects the embedded cells against toxic compounds. In summary, biofilm formation confers many advantages to the microbial cells in a food industry environment, such as physical resistance (against desiccation), mechanical resistance (against liquid streams in pipelines) and chemical protection (against chemicals, antimicrobials and disinfectants used in the industry) (Flemming et al., 2016).

Biofilms can form quickly in food industry environments. The first two steps are the conditioning of the material’s surface and the reversible binding of the cells to that surface. Next, the binding becomes irreversible and the development of microcolonies begins. Finally, the biofilm’s tridimensional structure is formed, giving rise to a complex ecosystem ready for dispersion (Nikolaev and Plakunov, 2007 Srey et al., 2013 Coughlan et al., 2016).

Of particular importance to the food industry is that some biofilm-forming species in food factory environments are human pathogens. These pathogens are able to develop biofilm structures on different artificial substrates common in food industry, such as stainless steel, polyethylene, wood, glass, polypropylene, rubber, etc. (Abdallah et al., 2014 Colagiorgi et al., 2017).

Biofilm-associated effects (pathogenicity, corrosion of metal surfaces, alteration of organoleptic properties due to secretion of lipases or proteases) are of critical importance in some industries, such as dairy factories, where numerous processes and structures (raw milk tanks, pipelines, butter centrifuges, cheese tanks, pasteurizers, and packing tools) act as surface substrates for biofilm formation at different temperatures and with different colonizing species. For example, these biofilms may include the psychrotrophic Pseudomonas spp. and the thermophilic Geobacillus stearothermophilus. Fresh fish products may suffer from biofilm formation by pathogenic species (Aeromonas hydrophila, L. monocytogenes, S. enterica ou Vibrio spp.), causing significant health and economic issues (Mizan et al., 2015).

Furthermore, biofilm-forming bacterial species can have genomic variations with respect to key genes involved in biofilm characteristics, giving rise to completely different biofilms under different conditions. This complexity, along with the high diversity of the affected environments and the variety of colonizing bacterial species, complicates biofilm eradication in the food industry.


Biofilms and us

Given the vast range of environments in which we encounter biofilms, it is no surprise that they affect many aspects of human life. Below are a few examples.

Saúde e doença

As research has progressed over the years, biofilms &mdash bacterial and fungal &mdash have been implicated in a variety of health conditions. In a 2002 call for grant applications, the National Institutes of Health (NIH) noted that biofilms accounted "for over 80 percent of microbial infections in the body."

Biofilms can grow on implanted medical devices such as prosthetic heart valves, joint prosthetics, catheters and pacemakers. This in turn leads to infections. The phenomenon was first noted in the 1980s when bacterial biofilms were found on intravenous catheters and pacemakers. Bacterial biofilms have also been known to cause infective endocarditis and pneumonia in those with cystic fibrosis, according to the 2004 article in Nature Reviews Microbiology, among other infections.

"The reason that biofilm formation is a great cause of concern is that, within a biofilm, bacteria are more resistant to antibiotics and other major disinfectants that you could use to control them," said A.C. Matin, a professor of microbiology and immunology at Stanford University. In fact, when compared to free-floating bacteria, those growing as a biofilm can be up to 1,500 times more resistant to antibiotics and other biological and chemical agents, according to the article in Microbe. Matin described biofilm resistance combined with the general increase in antibiotic resistance among bacteria as a "double whammy" and a major challenge to treating infections.

Fungal biofilms can also cause infections by growing on implanted devices. Yeast species such as the members of the genus Candida grow on breast implants, pacemakers and prosthetic cardiac valves according to a 2014 article published in the journal Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. Candida species also grow on human body tissues, leading to diseases such as vaginitis (inflammation of the vagina) and oropharyngeal candidiasis (a yeast infection that develops in the mouth or throat). However, the authors note that drug resistance was not shown in these instances.

Bioremediation

Sometimes, biofilms are useful. "Bioremediation, in general, is the use of living organisms, or their products &mdash for example, enzymes &mdash to treat or degrade harmful compounds," Gerlach said. He noted that biofilms are used in treating wastewater, heavy metal contaminants such as chromate, explosives such as TNT and radioactive substances such as uranium. "Microbes can either degrade them, or change their mobility or their toxic state and therefore make them less harmful to the environment and to humans," he said.

Nitrification using biofilms is one form of wastewater treatment. During nitrification, ammonia is converted to nitrites and nitrates through oxidation. This can be done by autotrophic bacteria, which grow as biofilms on plastic surfaces, according to a 2013 article published in the journal Water Research. These plastic surfaces are just a few centimeters in size and distributed all through the water.

The explosive TNT (2,4,6-Trinitrotoluene) is considered a soil, surface water and groundwater pollutant. The chemical structure of TNT consists of benzene (a hexagonal aromatic ring made of six carbon atoms) attached to three nitro groups (NO2) and one methyl group (CH3) Microorganisms degrade TNT by reduction, according to a 2007 article published in the journal Applied and Environmental Microbiology. Most microorganisms reduce the three nitro groups, while some attack the aromatic ring. The researchers &mdash Ayrat Ziganshin, Robin Gerlach and colleagues &mdash found that the yeast strain Yarrowia lipolytica was able to degrade TNT by both methods, though primarily by attacking the aromatic ring.

Microbial fuel cells

Microbial fuel cells use bacteria to convert organic waste into electricity. The microbes live on the surface of an electrode and transfer electrons onto it, ultimately creating a current, Gerlach said. A 2011 article published in Illumin, an online magazine of the University of Southern California, notes that bacteria powering microbial fuel cells break down food and bodily wastes. This provides a low-cost source of power and clean sustainable energy.


Proteolytic Enzymes

Enzymes are considered catalysts of biochemical processes. This simply means they assist chemical processes in the body by allowing them to occur much faster.

Proteolytic enzymes assist the body in breaking down proteins and can be very effective at dissolving biofilms. Particularly serratiopeptidase and trypsin have been studied for the ability to mitigate the formation of biofilms after orthopedic surgery, a potentially dangerous complication (11).

The Power Of Synergy & My Biofilm Protocol

In order to effectively remove a biofilm from the body, a multi-directional approach is needed. First, you need to physically breakdown or dissolve the biofilm. Next, steps need to be taken to disrupt and kill the underlying pathogen that formed the biofilm. Finally, compounds need to be used to absorb the debris from the pathogenic dieoff so that the body is not overburdened by the toxic load.

Each of the compounds listed above addresses biofilm formation in its own unique way. By combining them into a comprehensive protocol, every aspect of biofilm eradication can be addressed.

My protocol combines proteolytic enzymes with antimicrobial herbs and activated charcoal to bust that biofilm once and for all. Below is the exact protocol I recommend and I get great results with it.

Upon Rising: 3 Proteo Enzyme Capsules

+90 Mins, With Breakfast: 2 Capsules Each of GI Clear & Organic Turmeric

+90 Mins: 2 Activated Charcoal Capsules

+90 Mins: 3 Proteo Enzyme Capsules

+90 Mins, With Lunch: 2 Capsules Each of GI Clear & Organic Turmeric

+90 Mins: 2 Activated Charcoal Capsules

+90 Mins: 3 Proteo Enzyme Capsules

+90 Mins, With Dinner: 2 Capsules Each of GI Clear & Organic Turmeric

+90 Mins: 2 Activated Charcoal Capsules

+90 Mins: 3 Proteo Enzyme Capsules

Isto é ONE DAY of the biofilm protocol. For effective eradication, I recommend following this protocol Diário para 14 Days in a row.

Additional Considerations

In addition to following the protocol outlined above, you will want to take steps to optimize the immune system and create an internal environment that is not conducive to the regrowth of harmful pathogens. Por exemplo:

  • Avoid sugary and high-carb foods that feed unwanted bacteria and fungus
  • Hydrate Very Well: During this protocol, your body will be releasing a high load of toxins, drink plenty of water to support your body&rsquos ability to get toxins out the body
  • Control Your Stress: Being under a high amount of physical or emotional stress hampers the immune system and lowers your ability to fight infection

GI Pathogen Screening For BioFilms

Because it is so important for overall health, optimizing gut function is a foundational aspect of my healing approach. Among my top strategies is having my patients complete functional lab work that includes a comprehensive stool test. This test is effective at uncovering pathogens in the digestive tract.

The lab I like to use the most is called the GI MAP Stool Analysis which is very good for picking up pathogens such as H Pylori and parasites as well as problematic bacteria. Additionally, the Organic Acid Test is good at looking at potential pathogenic yeast and bacteria in the small intestine.

Before completing such a test, it may be necessary to follow a modified version of the biofilm removal protocol outlined above. This is important because pathogens hidden by biofilms will not be picked up by the lab report.

Final Thoughts on BioFilms

Thanks to our developing understanding of pathogens and biofilms, eradicating stubborn and once hidden infections from the body is now possible. As a common underlying factor to many chronic health conditions, this newfound understanding has the potential to change many people&rsquos lives.