Limpeza Instantânea de Biofilme (iCBiofilm): uma abordagem óptica para revisitar imagens de biofilme bacteriano e fúngico

May 19, 2024

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 38 (2023) Citar este artigo

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A imagem de biofilme completo com resolução unicelular é necessária para a análise da heterogeneidade celular em nível de sistema, identificação das principais funções dos componentes da matriz e resposta às células do sistema imunológico e aos antimicrobianos. Para tanto, desenvolvemos um método de limpeza e imagem de todo o biofilme, denominado limpeza instantânea de biofilme (iCBiofilm). O iCBiofilm é um método simples, rápido e eficiente que envolve a imersão de amostras de biofilme em um meio correspondente ao índice de refração, permitindo imagens instantâneas de todo o biofilme com microscopia confocal de varredura a laser. Também desenvolvemos o iCBiofilm não fixador, permitindo imagens ao vivo e dinâmicas do desenvolvimento do biofilme e das ações dos antimicrobianos. O iCBiofilm é aplicável para imagens multicoloridas de proteínas fluorescentes, componentes de matriz imunocorados e células marcadas com fluorescência em biofilmes com espessura de várias centenas de micrômetros. O iCBiofilm é escalonável de biofilmes bacterianos a fúngicos e pode ser usado para observar interações biofilme-neutrófilos. O iCBiofilm representa, portanto, um avanço importante para examinar a dinâmica e funções dos biofilmes e revisitar a formação de biofilmes bacterianos e fúngicos.

Biofilmes bacterianos são comunidades bacterianas altamente organizadas formadas em superfícies abióticas ou bióticas e interfaces ar-líquido. Biofilmes bacterianos nas superfícies de implantes médicos e tecidos corporais podem ser resistentes a agentes antimicrobianos e sistemas de defesa do hospedeiro, incluindo fagócitos, complementos e peptídeos antimicrobianos. Esse fenômeno causa diversas doenças infecciosas humanas crônicas, como infecções da corrente sanguínea relacionadas a cateteres, infecções do trato urinário e endocardite1,2,3. A formação de biofilme em ambientes clínicos resulta, portanto, no aumento da morbidade e mortalidade, impondo um encargo financeiro significativo ao sistema de saúde. Além disso, os biofilmes podem causar problemas logísticos em operações técnicas, como os encontrados na manutenção de sistemas de distribuição de água potável4. No entanto, os biofilmes também possuem características benéficas para a indústria humana, como aquelas exploradas pela produção de alimentos fermentados, processos de bioconversão de compostos orgânicos e tratamento de águas residuais5. O desenvolvimento de estratégias inovadoras para o controle e análise da formação de biofilme é, portanto, significativo para diversos campos.

Acredita-se que as células bacterianas em biofilmes sejam envoltas em uma matriz tipicamente autoproduzida compreendendo substâncias poliméricas extracelulares (EPS), como proteínas, polissacarídeos e/ou DNA extracelular6. O EPS desempenha diversos papéis na formação e manutenção de estruturas de biofilme através da estimulação da coesão micróbio-micróbio e da adesão micróbio-superfície6. No entanto, as distribuições tridimensionais dos componentes da matriz do biofilme e as propriedades heterogêneas das células bacterianas incorporadas não são totalmente compreendidas. Além disso, a heterogeneidade ou diferenciação celular em biofilmes é um conceito comumente aceito, mas tem sido difícil obter evidências diretas em escala microscópica no caso de biofilmes espessos.

O desenvolvimento de estratégias que permitam a visualização rápida e eficiente do biofilme é, portanto, necessário para melhor compreender as suas estruturas e funções, incluindo as interações com outros micróbios e o hospedeiro e as respostas aos antimicrobianos. Considerando que a microscopia óptica (OM), como a microscopia confocal de varredura a laser (CLSM) e a microscopia de folha de luz combinada com sondas de fluorescência, permitiram aos pesquisadores estudar a arquitetura tridimensional do biofilme e dar uma contribuição substancial para a compreensão atual dos biofilmes7,8,9 ,10, a geração de imagens de biofilmes espessos em nível unicelular permanece desafiadora, pois a penetração da luz em regiões mais profundas é limitada quando se utilizam técnicas convencionais de OM. Além disso, o CLSM padrão usando uma lente de imersão em água permitiu imagens vivas de resolução unicelular de um biofilme de cólera Vibrio . Este método pode ser aplicável à imagem de outros biofilmes bacterianos.