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Formación de biofilm ayuda a la prevalencia y virulencia de Flavobacterium psychrophilum

Tinción  Gram en bazo de salmón Atlántico (100X). Abundante cantidad de Flavobacterias (Imagen: Laboratorio Antares S.A. – Alab).
Tinción Gram en bazo de salmón Atlántico (100X). Abundante cantidad de Flavobacterias (Imagen: Laboratorio Antares S.A. – Alab).

Chile: Mediante análisis transcripcionales, un equipo de investigadores chilenos del Incar identificaron los genes involucrados en la mantención del biofilm y la virulencia de la bacteria.

La formación de biofilm es un proceso altamente complejo en el que los microorganismos transforman su forma de crecimiento, desde una forma planctónica a una forma sésil, anclándose finalmente de forma irreversible a una superficie.

Cuando Flavobacterium psychrophilum, agente etiológico del “Síndrome del Alevín de la Trucha Arcoiris” y de la “Enfermedad del Agua Fría”, pasa de un estado de vida libre a formar un biofilm maduro, la bacteria puede adquirir propiedades que favorezcan su persistencia generando recurrencia de la infección en salmónidos cultivados en pisciculturas.

De hecho, el Dr. Héctor Levipan durante el desarrollo del su Ppost-doctorado y patrocinado por el Dr. Rubén Avendaño-Herrera, describieron que ambos estados de la bacteria presentan diferencias en la expresión de genes, como por ejemplo, aquellos relacionados con la virulencia de F. psychrophilum, donde los biofilms actuarían como potenciadores de la expresión de estos genes (Levipan y Avendaño-Herrera, 2017).

Investigación actual

Dado que F. psychrophilum en condición de biofilms difiere sustancialmente en vida libre, en un reciente y nuevo estudio realizado por ambos investigadores junto a Johan Quezada pertenecientes a la Universidad Andrés Bello de Viña del Mar, al Centro Interdisciplinario para la Investigación Acuícola (Incar) y al Centro de Investigación Marina Quintay (Cimarq);buscó encontrar las principales diferencias en la expresión génica entre los estados sésiles y planctónicos de F. psychrophilum LM-02-Fp (aislado chileno) y la cepa tipo NCMB 1947T, con énfasis en los cambios relacionados con el estrés durante la formación del biofilms.

En el estudio, se evaluaron los principales patrones de cambio en la expresión de los genes en esta bacteria cuando se forma el biofilms, y su rol en la patogenia como respuesta al estrés. Las muestras se analizaron mediante secuenciación de ARN para detectar genes candidatos expresados diferencialmente (DECG) entre los dos estados, considerando como criterio solo genes con cambios log2-fold ? -2 y ? 2 en Padj-valores ? 0.001 como DECGs.

Preservar la estructura del biofilm y el funcionamiento metabólico

Los científicos identificaron que 349 genes, equivalentes aproximadamente al 15% del total de genes expresados en los transcriptomas de F. psychrophilum LM-02-Fp y la cepa tipo NCMB 1947T (n=2327) correspondían a genes candidatos expresados diferencialmente (DECG) entre los dos estados, caracterizados por una subexpresión de los genes involucrados en la síntesis protéica y conservación de energía.

Por otro lado, lo genes relacionados con la reparación del ADN (ruvC, recO, phrB1, smf y dnaQ) y respuesta al estrés oxidativo (peroxidasa del citocromo C, peroxirredoxina probable y probable tiorredoxina) se encontraban sobreexpresados. El estudio a diferencia de los clásicos estudios de RNA-seq incluyó ensayos de citotoxicidad evaluando la liberación de la enzima LDH usando la línea celular CHSE-214 y un desafío intraperitoneal en alevines de trucha arcoiris, los cuales mostraron coincidencia con la evidencia transcriptómica que la capacidad de F. psychrophilum para formar biofilms podría contribuir a la virulencia.

Finalmente, los autores explicaron que los patrones observados sugieren que F. psychrophilum en biofilms maduros “emplea una compensación estratégica entre los procesos relacionados con el crecimiento y la homeostasis celular para preservar la estructura del biofilm y el funcionamiento metabólico”.

Los expertos esperan que sus resultados ayuden a comprender la prevalencia de la bacteria en los sistemas acuáticos y/o pisciculturas así como en términos de:

  • Patogenicidad y virulencia del Biofilm.
  • Cambios entre estados planctónicos y biofilm que conducen a variaciones antigénicas dentro de la cepa con impacto potencial en el diseño de vacunas.
  • Rol de las proteínas relacionadas con el estrés oxidativo en la formación de biofilms
  • Conservación de energía y su implicancia para el deterioro del biofilm.

Al respecto, el Dr. Rubén Avendaño-Herrera comenta la importancia de los conocimientos sobre los biofilms y cómo se debe hacer una correcta desinfección.

-¿Sabe usted si efectivamente se han identificado brotes recurrentes en pisciculturas debido a biofilms?, ¿Es común?.

El biofilm es una condición muy importante para F. psychrophilum, por lo que mantener los estanques limpios y procedimientos de secado del sistema antes de ingresar una nueva cohorte de peces son procedimientos críticos y que pueden determinar el éxito o no de un batch de peces. Estudios publicados por el Dr. Wiklund (Finlandia) demuestran que cuando F. psychrophilum forma el biofilm las distintas capas bacterianas generan un escudo de protección cuando son sometidos a la acción de antibióticos como la oxitetraciclina. Por tanto, es evidente que la formación de este biofilm no es azaroso sino que un mecanismo que le permite al patógeno a persistir dentro del sistema y nuestro estudio demuestra que incluso la información esta codificado a nivel de genes.

-¿Los productores están conscientes de este mecanismo al momento de realizar las desinfecciones pertinentes?

Nuestro estudio y otros previos hacen muy relevante la acción de mantener limpios los estanques de las pisciculturas, así como cualquier material que este en contacto directo y continuo con el agua. Incluso, la limpieza y los periodos de secado, después de la desinfección deberían estar considerados de manera estándar dentro de los procedimientos de la industria, tal como ocurre hoy en día en la etapa de agua de mar con los descansos sanitarios. Sin embargo, los tiempos deben ser parte de nuevos estudios, por ahora, el proceso de lavado y desinfección es crítico para eliminar a F. psychrophilum y disminuir las mortalidades crónicas que esta bacteria provoca.

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