Biopelículas bacterianas, la clave de su supervivencia

Resumen.

Las bacterias y muchos otros microorganismos los podemos encontrar en prácticamente todos los rincones de nuestro planeta. Para esto, han desarrollado múltiples adaptaciones que le permiten sobrevivir en todos los ecosistemas. Una de ellas, muy importante, es la formación de biopelículas. Las biopelículas bacterianas, son esa masa mucosa que sueles encontrar en todos los lugares a los que vayas, y en otros que ni te imaginas también. En este artículo, te explicaremos ¿qué son esas biopelículas bacterianas, cómo se forman, cómo están compuestas, y de qué forma les ayudan a las bacterias a sobrevivir?, en casi todos los lugares que te puedas imaginar.

1. ¿Qué son las biopelículas bacterianas?

Los microorganismos se han adaptado a prácticamente todos los entornos del planeta Tierra mediante el desarrollo de estrategias específicas para sus nichos ecológicos. Una de estas estrategias es la capacidad, conservada universalmente, de vivir juntos en estructuras organizadas conocidas como biopelícula (Loera-Muro et al., 2021). Las biopelículas (llamadas biofilms en inglés) constituyen el estilo de vida microbiano predominante en todos los ecosistemas de la Tierra. Los registros más antiguos de comunidades microbianas organizadas se encuentran en estructuras fosilizadas, como los estromatolitos, algunas de las cuales se remontan a miles de millones de años (Baxter et al., 2026). Las biopelículas son comunidades bacterianas (también pueden estar formadas por otros microorganismos como hongos, arqueas y protozoarios, además de virus asociados a la comunidad), con una arquitectura tridimensional definida, adheridas a superficies sólidas vivas o inertes, o adheridas entre las células que las forman, y rodeadas por una matriz extracelular autoproducida compuesta generalmente de exopolisacáridos, proteínas, lípidos y ADN extracelular (Figura 1). La formación de las biopelículas ha evolucionado como una estrategia adaptativa de las bacterias para afrontar condiciones ambientales adversas, así como para establecer interacciones antagónicas o beneficiosas con su huésped (Castiblanco y Sundin, 2016). Las bacterias en biopelículas están protegidas de las duras condiciones ambientales, como altas temperaturas, falta de agua o de algún otro nutriente, etc., lo que les permite sobrevivir desde las profundidades oceánicas hasta la superficie terrestre, así como, se han encontrado en los viajes espaciales (Baxter et al., 2026), y lo más importante, muestran fenotipos distintos en comparación con sus contrapartes de vida libre o planctónicas, incluyendo resistencia a compuestos antimicrobianos y una mayor capacidad para captar y retener nutrientes (Bogino et al., 2013). También, las bacterias que están formando una biopelícula, muestran diferentes fenotipos al interior de la biopelícula, siendo unas metabólicamente más activas, otras en un estado de baja actividad metabólica, algunas habitan zonas con oxígeno y otras, regiones con poco o ningún oxígeno, en un tipo de diferenciación celular. Así mismo, la estructura de la biopelícula puede variar según la especie bacteriana que la forme o las condiciones ambientales, conteniendo fases sólidas, líquidas y gaseosas, con morfología y propiedades mecánicas flexibles. Finalmente, se conoce que, en la naturaleza, las biopelículas están compuestas principalmente de distintas especies bacterianas u otros microorganismos (Baxter et al., 2026).

Figura 1. Ejemplos de biopelículas formadas por patógenos bacterianos. a) Biopelículas formadas por Escherichia coli observadas mediante microscopía electrónica de barrido (MEB); y b) biopelículas formadas por Vibrio parahaemolyticus observadas mediante microscopía confocal láser (CLS).

2. ¿Dónde podemos encontrar biopelículas?

Aunque en muchas ocasiones no las podemos ver a simple vista, las bacterias formando biopelículas son la forma de vida más exitosa de la Tierra. No son solo bacterias; son complejas comunidades microscópicas organizadas que impactan nuestra vida diaria, salud, hogar y procesos industriales. Por ejemplo, las podemos encontrar en la placa dental, en el sarro del baño, en las tuberías corroídas, en nuestro cuerpo como parte de nuestra microbiota intestinal, pero también adheridas a dispositivos médicos como prótesis, aparatos ortopédicos y catéteres, originando infecciones persistentes (Baxter et al., 2026).

Se postula que, entre el 40 % y el 80 % de las células de la Tierra residen en biopelículas. Las biopelículas impulsan todos los procesos biogeoquímicos y representan la principal vía de vida activa de bacterias y arqueas. En la naturaleza, las bacterias y mayoría de los microorganismos viven formando estas estructuras, y las podemos localizar en todos los ecosistemas, desde la superficie de las plantas, en algunas superficies del cuerpo, como la cavidad oral y ciertas regiones del intestino, en fuentes hidrotermales de las profundidades oceánicas, la superficie de los cuerpos de agua, en el subsuelo, y en todos los lugares que te puedas imaginar (Flemming et al., 2016a; Flemming y Wuertz, 2019).

3. ¿Cómo están compuestas las biopelículas?

La mayor parte de la biomasa de una biopelícula está compuesta por la matriz extracelular que está formada por sustancias poliméricas extracelulares (SPE) hidratadas, en lugar de células microbianas. La autoorganización de las moléculas de las SPE en la matriz se basa en interacciones intermoleculares entre los componentes de la misma, las cuales también determinan las propiedades mecánicas de la matriz y la actividad fisiológica de los organismos presentes en la biopelícula. También, las SPE median la formación de la arquitectura de la biopelícula, un proceso continuo y dinámico que produce una organización espacial en la que las células se agrupan en microcolonias. Estás SPE generalmente están compuestas por exopolisacáridos, proteínas, lípidos y ADN extracelular. La formación de la matriz es un proceso dinámico y depende de la disponibilidad de nutrientes, la síntesis y secreción de material extracelular y el esfuerzo constante de las bacterias que la forman (Flemming, 2016b).

La mayoría de los polisacáridos que forman la matriz extracelular son heterogéneos, mientras que algunos pueden ser homogéneos, como la celulosa, los fructanos derivados de la sacarosa y los glucanos. Diversas interacciones, como las de van der Waals, las fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión, las fuerzas iónicas de atracción y los enlaces de hidrógeno, promueven la interacción de los polisacáridos entre sí o con proteínas e iones necesarios para mantener la estructura y la estabilidad de la matriz de la biopelícula (Rather et al., 2021).

Las proteínas extracelulares en la matriz de la biopelícula son una amalgama de proteínas extracelulares secretadas, subunidades proteicas de apéndices celulares como pili y flagelos, proteínas de adhesión de la superficie celular y proteínas de vesículas de la membrana externa. Interactúan con exopolisacáridos y componentes de ácidos nucleicos, contribuyendo así a la colonización de la superficie, la estabilización de la matriz, y el mantenimiento de la integridad y la arquitectura de la misma. Algunas proteínas participan en la degradación y dispersión de la matriz extracelular, como las proteasas que disuelven las proteínas de la matriz, la glicosil hidrolasa dispersina B que degrada los polisacáridos y las DNasas que rompen los ácidos nucleicos extracelulares (Rather et al., 2021).

El ADN extracelular (ADNe) es uno de los componentes clave de la matriz extracelular, importante para la agregación microbiana dentro de una biopelícula, da estructura, además de servir para transmitir información entre las bacterias que forman la biopelícula. El mecanismo de origen del ADNe es diverso, ya que se libera a través de sistemas de secreción bacteriana, muerte celular por fagos, autólisis (muerte programada de algunas células bacterianas), liberación de ADN regulada por detección de quórum o puede encontrarse asociado con vesículas de membrana externa (OMV) que contienen ADN (Rather et al., 2021).

Finalmente, algunos lípidos con propiedades tensoactivas presentes en la matriz extracelular de una biopelícula son la surfactina, el emulsano y la viscosina. También podemos encontrar ramnolípidos, una importante clase de surfactantes estudiados principalmente en Pseudomonas aeruginosa, los cuales inician la formación de microcolonias, ayudan a dar forma a la biopelícula y también facilitan su dispersión (Rather et al., 2021).

4. ¿Cómo se forman las biopelículas?

Como se comentó anteriormente, las bacterias pueden formar biopelículas en todos los ambientes conocidos de la Tierra, desde las chimeneas volcánicas en las profundidades marinas, hasta durante el desarrollo de distintas enfermedades en plantas y animales. El desarrollo de una biopelícula generalmente requiere de varios pasos específicos (Figura 2):

i) Adhesión bacteriana a una superficie: la formación de biopelículas depende de que una célula o un agregado de células procedente de una biopelícula preexistente se adhieran a una superficie biótica o inerte. Este paso es crucial y requiere apéndices celulares (como flagelos, pili, curli y polisacáridos de superficie), sistemas de mecanosensación, así como reguladores de respuesta al estrés (como el llamado factor sigma o los sistemas de dos componentes).

ii) Formación de una microcolonia y producción de la matriz extracelular: durante esta etapa, las células se adhieren irreversiblemente y comienzan a producir componentes de la matriz extracelular de la biopelícula que las mantendrán firmemente unidas y facilitarán la interacción entre las células y la superficie.

iii) Crecimiento y maduración de la biopelícula: al madurar la biopelícula, las células forman grandes cúmulos multicapa. Esta etapa se caracteriza por cambios morfológicos y fisiológicos de las células bacterianas que forman la biopelícula. Se ha demostrado que pequeñas moléculas de señalización son esenciales para coordinar y sincronizar las células de la biopelícula y dar forma a su arquitectura. Así mismo, estas biopelículas maduras pueden estar ya formadas por bacterias de diferentes especies y hasta microorganismos de otro tipo, como hongos, arqueas, protozoarios y virus asociados.

iv) Dispersión celular de la biopelícula: la dispersión puede ser un proceso pasivo o activo. En el primer caso, las células individuales pueden liberarse por acción de algún factor físico, como la abrasión de la biopelícula, y recuperar su modo de crecimiento planctónico para repoblar nuevos sitios. También pueden desprenderse fragmentos preformados y estos agregados pueden colonizar nuevos sitios y dar origen a nuevas biopelículas. El proceso activo suele ocurrir en respuesta a factores intrínsecos o externos (por ejemplo, moléculas de señalización propias de las bacterias). También puede haber producción de enzimas degradadoras de la matriz extracelular que desempeñan un papel importante en la disrupción de la misma y la dispersión celular (Loera-Muro et al., 2021).

Figura 2. Formación de una biopelícula de Actinobacillus pleuropneumoniae. 1) Adhesión de las células a una superficie; 2) formación de microcolonias y comienza la producción de sustancias poliméricas extracelulares para formar la matriz extracelular; 3) biopelícula madura; y 4) dispersión de células bacterianas de la biopelícula para colonizar nuevos entornos (Tomada y modificada de Loera-Muro et al., 2021).

5. ¿Qué importancia tienen?

Como ya se mencionó, los microorganismos formando biopelícula se encuentran protegidos por una capa formada por proteínas, lípidos, carbohidratos (exopolisacáridos) y ácidos nucleicos, la llamada “matriz extracelular”, la cual proporciona una textura mucosa y una “armadura” que protege a sus habitantes de la acción de compuestos estresantes o dañinos para ella, evitando el paso libre o retardando el paso de los bactericidas (agentes que tienen la capacidad de matar o destruir a las bacterias como antibióticos, antisépticos y desinfectantes) y bacteriostáticos (agentes que inhiben o detienen el crecimiento y reproducción de las bacterias). De manera similar, nuestro sistema inmune que normalmente reconoce a las bacterias como un enemigo para marcarlo y dar la señal de ataque, no puede reconocer a las proteínas y azúcares de la superficie bacteriana (antígenos) en la biopelícula, ya que estas quedan enterradas bajo la matriz extracelular. De hecho, esta estructura hace que las bacterias en su interior puedan ser de 10 a 1000 veces más resistentes a estos compuestos comparadas con bacterias de vida libre (planctónicas), provocando infecciones crónicas y dificultando la limpieza en la industria alimentaria (Flemming y Wingender, 2010; Flemming, 2016b). Para visualizarlo, imagínate un “slime” que envuelve una pelota: para alcanzarla, no bastaría con enjuagarla con agua y jabón, sería necesario raspar o ejercer una fuerza mecánica para romper la protección. De la misma manera, las biopelículas se envuelven en su propio “slime”, por lo que los desinfectantes, detergentes y antibióticos convencionales por sí solos no pueden ejercer su acción y necesitan la acción de dos o más de estos agentes, o inclusive, pueden requerir una remoción mecánica para eliminarlas.

Al formar biopelículas, los microorganismos actúan de manera grupal, desarrollando estrategias defensivas que les permiten sobrevivir en lugares donde las bacterias aisladas morirían. La matriz extracelular tiene la capacidad de adherirse y fijarse tanto a superficies duras e inertes (por ejemplo: equipos industriales) como a estructuras biológicas (por ejemplo: vegetales, frutas y piel). Además de brindar protección a las bacterias en ella, también es responsable de dar estructura, mantener la hidratación (debido a su alto contenido de agua), contener nutrientes, oxígeno y enzimas extracelulares utilizadas con fines nutricionales y facilitar la comunicación bacteriana mediante la transferencia de moléculas de señalización celular. Es por ello, que la capacidad de las bacterias para formar biopelículas es un rasgo crucial para su supervivencia y persistencia, ya que proporciona ventajas significativas, como una mayor tolerancia a la desecación, a los antibióticos y a condiciones adversas de temperatura y pH (Galié et al., 2018).

La presencia de biopelículas puede impactar de manera beneficiosa, por ejemplo, en las plantas de tratamiento de aguas residuales donde se utilizan reactores de estas para el filtrado y limpieza de contaminantes del agua removiendo materia orgánica disuelta; en la biorremediación de suelos y agua contaminados con metales pesados, contaminantes orgánicos persistentes, derrames de petróleo, pesticidas, productos farmacéuticos y microplásticos; en la producción industrial de productos de valor comercial como enzimas, antibióticos y metabolitos secundarios; en la recuperación de energía y recursos a partir de aguas residuales (Mukhi y Vishwanathan, 2022); en la agricultura donde algunas bacterias a manera de biopelículas promueven el crecimiento vegetal, estimulando el crecimiento y participando en el control que protege a las plantas contra patógenos; así como biofertilizantes que le permiten a la planta adquirir nutrientes como el nitrógeno y el fósforo  (Ghiasian, 2020).

Sin embargo, también tienen un lado negativo que conllevan la salud pública y la industria alimentaria, debido a su rol principal en la patogénesis y las enfermedades infecciosas persistentes, y en la contaminación de equipos y alimentos. En estos ámbitos, son responsables de la mayoría de las infecciones bacterianas crónicas, tanto en los humanos como en los animales; por ejemplo, las infecciones del tracto urinario recurrentes, del oído (otitis media), a nivel óseo (osteomielitis), en heridas de forma crónica, o infecciones respiratorias asociadas con estancias hospitalarias prolongadas, donde las biopelículas de patógenos colonizan tejidos, heridas o dispositivos médicos. Las biopelículas promueven la supervivencia de patógenos altamente resistentes, lo que deriva en la necesidad de terapias combinadas y un alto riesgo de falla en el tratamiento. Esto no solo complica la recuperación del paciente, sino que se traduce en estancias hospitalarias prolongadas y un mayor riesgo de mortalidad en poblaciones vulnerables (Sahoo y Meshram, 2024).

En la industria alimentaria se forman en equipos de procesamiento y tuberías, protegiendo a patógenos causantes de infecciones intestinales de los detergentes y desinfectantes, incrementando el riesgo de contaminación de los alimentos. Estas comunidades microbianas colonizan superficies de acero inoxidable, caucho y polímeros en bandas transportadoras y tanques de almacenamiento, o incluso el suelo, donde actúan como reservorios persistentes de patógenos humanos. Al estar protegidas por su matriz, las bacterias pueden resistir los ciclos convencionales de limpieza y desinfección, lo que incrementa las probabilidades de contaminación cruzada hacia los alimentos procesados. Esto deriva en el deterioro acelerado de los productos, la corrosión de superficies metálicas, la alteración de las propiedades organolépticas (color, olor y sabor) de los alimentos, la reducción de la vida de anaquel y pérdidas económicas importantes por el retiro de lotes contaminados y el desgaste del equipo industrial. Pero más importante aún, es el riesgo sanitario que representa por la posibilidad de transferir enfermedades a través de los alimentos a la población en general, por lo que combinaciones de desinfectantes y limpieza mecánica son usados cada día para disminuir este riesgo (Galié et al., 2018).

6. Conclusiones y perspectivas futuras.

Así que ya lo sabes: las biopelículas pueden actuar tanto en nuestro favor como en nuestra contra, pero siempre estaremos ligados a ellas. Actualmente, muchos investigadores en todo el mundo están estudiando las biopelículas de diferentes bacterias para: por un lado, conocer al "enemigo” y saber cómo combatirlo en los entornos clínicos e industriales; y por el otro, aprovechar su potencial para mejorar nuestro día a día mediante la biotecnología, la biología molecular, entre otras.

Referencias.

Baxter, K.J., Sas, E., Clark, K.B., Walsh, M., Pradeep, N., Batool, A., Naney, C., Vargas Cruz, M.A., Kennerdale, N., Das, K., Shi, Z., Kelam, A., Verma, V., Simões, M.F., Neefs, D., Ravichandran, V., Tirumalai, M.R., Barcenilla, B.B., Macori, G., Gonzalez, E., Sikes, B., Karouia, F., Brereton, N.J.B. (2026). Biofilms: from the cradle of life to life support. NPJ Biofilms Microbiomes, 12(1):11. doi: 10.1038/s41522-025-00875-8.

Bogino, P., Abod, A., Nievas, F., Giordano, W. (2013). Water-limiting conditions alter the structure and biofilm-forming ability of bacterial multispecies communities in the alfalfa rhizosphere. PLoS One, 8(11):e79614. doi: 10.1371/journal.pone.0079614.

Castiblanco, L.F., Sundin, G.W. (2016). New insights on molecular regulation of biofilm formation in plant-associated bacteria. J Integr Plant Biol, 58(4):362-72. doi: 10.1111/jipb.12428.

Flemming, H.C., Wingender, J. (2010). The biofilm matrix. Nature Rev Microbiol, 8(9):623-633. doi: 10.1038/nrmicro2415.

Flemming, H.C., Wingender, J., Szewzyk, U., Steinberg, P., Rice, S.A., Kjelleberg, S. (2016a). Biofilms: an emergent form of bacterial life. Nat Rev Microbiol, 14(9):563-75. doi: 10.1038/nrmicro.2016.94.

Flemming, H.C. (2016b). EPS-Then and Now. Microorganisms, 4(4):41. doi: 10.3390/microorganisms4040041

Flemming, H.C., Wuertz, S. (2019). Bacteria and archaea on Earth and their abundance in biofilms. Nat Rev Microbiol, 17(4):247-260. doi: 10.1038/s41579-019-0158-9.

Galié, S., García-Gutiérrez, C., Miguélez, E.M., Villar, C.J., Lombó, F. (2018). Biofilms in the Food Industry: Health Aspects and Control Methods. Front. Microbiol, 9:898. doi: 10.3389/fmicb.2018.00898

Ghiasian, M. (2020). Chapter 9 - Microbial biofilms: Beneficial applications for sustainable agriculture, Editor(s): Ali Asghar Rastegari, Ajar Nath Yadav, Neelam Yadav, New and Future Developments in Microbial Biotechnology and Bioengineering, Elsevier, 145-155, ISBN 9780128205266. doi: 10.1016/B978-0-12-820526-6.00009-9.

Loera-Muro, A., Guerrero-Barrera, A., Tremblay, D.N.Y., Hathroubi, S., Angulo, C. (2021). Bacterial biofilm-derived antigens: a new strategy for vaccine development against infectious diseases. Expert Rev Vaccines, 20(4):385-396. doi: 10.1080/14760584.2021.1892492.

Mukhi, M., Vishwanathan, A.S. (2022). Beneficial Biofilms: a Minireview of Strategies To Enhance Biofilm Formation for Biotechnological Applications. Appl Environ Microbiol, 88:e01994-21. doi: 10.1128/AEM.01994-21.

Rather, M.A., Gupta, K., Mandal, M. (2021). Microbial biofilm: formation, architecture, antibiotic resistance, and control strategies. Braz J Microbiol, 52(4):1701-1718. doi: 10.1007/s42770-021-00624-x.

Sahoo, K., Meshram, S. (2024). Biofilm Formation in Chronic Infections: A Comprehensive Review of Pathogenesis, Clinical Implications, and Novel Therapeutic Approaches. Cureus, 16(10):e70629. doi: 10.7759/cureus.70629