Impacto del esfuerzo cortante en biopelículas de Bacillus subtilis en agua en movimiento

Las bacterias suelen formar grupos llamados Biofilms en superficies donde hay flujo de agua. Estos biofilms están formados por bacterias rodeadas de una capa protectora de sustancias que producen. En nuestra investigación, nos enfocamos en un tipo común de bacteria llamada Bacillus Subtilis y cómo crecen sus biofilms en canales suaves con agua fluyendo a través de ellos. Queremos entender el impacto de las fuerzas del agua en movimiento sobre la forma y el tamaño de estos biofilms.

#Crecimiento de Biofilms en Agua en Movimiento

Cuando las bacterias Bacillus subtilis están suspendidas en agua, pueden adherirse a superficies y formar biofilms. Estos biofilms crecen en presencia de agua en movimiento, que aporta nutrientes importantes y oxígeno. Sin embargo, el flujo también crea fuerzas que pueden dar forma al biofilm. Un flujo alto puede empujar a las bacterias, mientras que un flujo bajo puede permitirles crecer más libremente.

#La Importancia del Flujo

El flujo de agua es crucial en el desarrollo de biofilms. En nuestro estudio, examinamos cómo la velocidad del agua-conocida como tensión de corte en la pared-afecta el crecimiento de los biofilms. Observamos los biofilms durante un periodo de siete días, utilizando un método llamado tomografía de coherencia óptica (OCT) para monitorearlos sin alterar su estado natural.

#Estructura del Biofilm

Los biofilms formados por Bacillus subtilis consisten en pequeños grupos llamados Microcolonias. Cada microcolonia puede imaginarse como un pequeño pilar con un filamento fino que se extiende desde su punta, al que llamamos "streamer." Estos Streamers a menudo se alinean con la dirección del flujo de agua. La estructura del biofilm se ve afectada por el estrés de corte del agua en movimiento.

#Metodología

Para estudiar el crecimiento del biofilm, configuramos experimentos en canales con diferentes alturas y tasas de flujo. Medimos el estrés de corte en el biofilm durante los experimentos. Al variar las condiciones de flujo, buscamos ver cómo esto cambiaría las características del biofilm.

#Tomografía de Coherencia Óptica

Nuestra herramienta principal para monitorear el desarrollo del biofilm fue la tomografía de coherencia óptica (OCT). Esta técnica nos permitió tomar imágenes 3D detalladas del biofilm sin necesidad de tintes u otros tratamientos que pudieran interferir con el crecimiento. Al escanear los biofilms cada doce horas, pudimos observar cómo evolucionaban a lo largo del experimento.

#Resultados

#Evolución del Biofilm

Durante los siete días, observamos que los biofilms de Bacillus subtilis crecen de manera constante. En las etapas iniciales, el biofilm aparece como estructuras simples, pero a medida que avanza el tiempo, se vuelven más complejas. Las microcolonias se expanden y comienzan a desarrollarse streamers a partir de ellas.

#El Efecto del Estrés de Corte

A medida que aumenta el estrés de corte, notamos que la tasa de crecimiento del biofilm disminuye. Los biofilms formados bajo condiciones de estrés de corte más bajo eran generalmente más grandes y más dispersos en comparación con los formados bajo estrés de corte más alto. Esto sugiere que el agua en movimiento fuerte puede inhibir el crecimiento de los biofilms.

#Patrones Consistentes

A pesar de las variaciones en el estrés de corte, las características estructurales de los biofilms se mantuvieron notablemente similares. Cada microcolonia adoptó consistentemente la forma de un pilar inclinado con un streamer correspondiente.

#Perspectivas sobre la Morfología del Biofilm

En nuestras observaciones, aclaramos cómo cambia la morfología de los biofilms con el tiempo respecto al estrés de corte. Los biofilms pueden perder partes de sí mismos debido a las fuerzas ejercidas por el agua en movimiento, un proceso a menudo denominado deslamado.

#Desarrollo de Streamers

Curiosamente, los streamers del biofilm aparecen después de que la microcolonia se ha establecido. La formación de estas estructuras está relacionada con los patrones de flujo alrededor del biofilm, que pueden crear condiciones favorables para el crecimiento de streamers.

#Grosor y Cobertura del Biofilm

Medimos el grosor del biofilm y su cobertura sobre la superficie. Los resultados mostraron que los biofilms bajo estrés de corte bajo tendían a cubrir más área y eran más gruesos en comparación con los que estaban bajo estrés de corte más alto.

#Discusión

#Mecanismos del Crecimiento del Biofilm

Nuestros hallazgos sugieren que el crecimiento de los biofilms de Bacillus subtilis está influenciado por el estrés de corte. A medida que aumenta el estrés de corte, los biofilms forman estructuras más compactas. Esta tendencia se alinea con estudios anteriores, que han mostrado que el estrés de corte afecta a muchos tipos de biofilms.

#El Desafío del Estudio del Biofilm

Entender la interacción entre el estrés de corte, el crecimiento y la respuesta biológica de las bacterias es complejo. Muchos factores, incluida la disponibilidad de nutrientes y las fuerzas mecánicas del flujo del fluido, interactúan para influir en cómo se desarrollan los biofilms.

#Conclusión

En conclusión, este estudio resalta la intrincada relación entre el estrés de corte en la pared y el crecimiento del biofilm. Al identificar cómo se forman y crecen los biofilms de Bacillus subtilis en respuesta al agua en movimiento, obtenemos conocimientos que pueden mejorar nuestra comprensión del bioincrustamiento-un problema que afecta a muchas industrias, incluyendo el transporte marítimo y el tratamiento de agua. El conocimiento que recopilamos puede llevar al desarrollo de mejores estrategias para gestionar biofilms en aplicaciones prácticas.

#Direcciones para la Investigación Futura

Los estudios futuros implicarán examinar diferentes tipos de bacterias y entornos para ver si los patrones de crecimiento observados se mantienen. Comprender cómo se comportan las microcolonias bajo diversas condiciones será esencial para avanzar en nuestro conocimiento de la dinámica de los biofilms.

#Resumen de Hallazgos Clave

• Bacillus subtilis forma biofilms en agua en movimiento, moldeados significativamente por el estrés de corte.
• El desarrollo del biofilm incluye la formación de microcolonias que exhiben una estructura consistente.
• Un mayor estrés de corte generalmente conduce a biofilms más pequeños y compactos.
• El estudio contribuye a una mejor comprensión del bioincrustamiento y su gestión en diversas aplicaciones.