El punto de vista de un veterinario:
Los microbios están en todas partes: en el suelo, en las rocas, dentro y sobre nosotros, los animales, las plantas, etc. Todo esto es bien conocido. Pero lo que es menos conocido es que estos microbios suelen vivir de una manera particular, dentro de un gel y adheridos a cualquier superficie o interfaz. Esta forma particular de vivir se llama biofilm y puede considerarse como una fortaleza que hace que sus habitantes sean más resistentes, organizados y productivos que otros microbios que viven libremente en el aire o el agua. Las biopelículas pueden considerarse la piel viva de los ecosistemas y son, de hecho, verdaderas ciudades de microbios compuestas por cientos de especies que interactúan como en un mini-ecosistema.
Abundant biofilm growing on an immersed piece of wood –
Un biofilm conséquent évoluant sur un morceau de bois immergé dans un lac. (© Hugo Sentenac)
El objetivo principal de nuestro artículo, publicado en la revista Functional Ecology de la Sociedad Ecológica Británica, era revisar las funciones que desempeñan las biopelículas en nuestra salud y en la de animales, plantas y ecosistemas enteros. Descubrimos que las biopelículas, aunque se estudian intensamente, siguen viéndose desde la perspectiva de una sola disciplina científica a la vez, ya sea la medicina humana o veterinaria, la ecología, la biodiversidad o la evolución, o la bioingeniería. Queríamos romper estos silos disciplinarios, ya que dificultan nuestra comprensión de la importancia global de las biopelículas en la Tierra. Sin embargo, en una época de rápidos cambios globales, es esencial dar a la forma de vida de las biopelículas el lugar que le corresponde en la comprensión de las relaciones entre las estructuras y las funciones de las comunidades microbianas en todo tipo de entornos, si queremos garantizar un desarrollo sostenible.
En resumen, las biopelículas pueden tener funciones negativas y positivas, según el contexto. Pero en general, las biopelículas son importantes para nuestra salud: por ejemplo, los microbios que viven en nuestro intestino son esenciales para nuestro crecimiento y el funcionamiento normal de nuestro cuerpo y el de los animales y las plantas. Una biopelícula equilibrada y diversa nos protege de enfermedades como la obesidad, el autismo o el cáncer, e incluso de enfermedades infecciosas, directamente al proporcionar un efecto barrera, e indirectamente al instruir a nuestro sistema inmunitario. Las biopelículas alteradas (disbiosis) son más permeables a los patógenos. Lo mismo ocurre con casi todos los animales y plantas, y probablemente con todos los organismos multicelulares que son, de hecho, superorganismos compuestos por muchas células microbianas, principalmente en forma de biofilms.
Además, las biopelículas en el medio ambiente son esenciales no sólo para el funcionamiento normal de los ecosistemas (por ejemplo, proporcionan oxígeno y alimento a muchos organismos al utilizar la energía solar como hacen las plantas), sino también para proteger su salud (e indirectamente la nuestra) al biodegradar los contaminantes del agua y el suelo, limitar la erosión y garantizar la fertilidad del suelo, entre otras cosas.
Un objetivo secundario de nuestro trabajo era poner de manifiesto las lagunas en nuestro conocimiento de las biopelículas. Descubrimos que aún queda mucho por aprender sobre los impactos del cambio climático (calentamiento y sequía), la contaminación, la destrucción/degradación del hábitat, nuestro estilo de vida urbanizado, nuestro uso de antibióticos, etc. sobre las biopelículas que viven con nosotros o en el medio ambiente y, en última instancia, sobre nuestra salud. La mayoría de los estudios se han centrado en un tipo de biofilm y en un tipo de agente estresante. Sin embargo, en la naturaleza, las biopelículas están expuestas a muchos factores de estrés simultáneamente. Además, aunque sabemos que muchos patógenos humanos responsables de enfermedades transmitidas por el agua pueden ser albergados o eliminados por las biopelículas, dependiendo de su composición, no se sabe prácticamente nada sobre los patógenos responsables de enfermedades emergentes en la fauna y las plantas. Esto contrasta con el gran obstáculo que supone para el desarrollo sostenible el creciente número de enfermedades infecciosas emergentes.
La cuestión crucial es saber cuándo las biopelículas dejarán de cumplir las funciones que desempeñan actualmente porque los cambios globales (cambio climático, cambio en el uso del suelo, contaminación química y de nutrientes, etc.) influyen en su composición y funcionamiento. ¿Qué funciones se verán afectadas primero, y por qué exactamente? Obtener respuestas precisas es extremadamente complejo, y desde luego no las obtendremos si seguimos ignorando las biopelículas en la investigación, las prácticas de conservación y las políticas medioambientales.
En un intento de arrojar luz sobre algunas de estas cuestiones, nuestro equipo del proyecto GloMEc (Global Change in Mountain Ecosystems) está estudiando la composición de las biopelículas en lagos de gran altitud de los Pirineos y evaluando los impactos del cambio climático, la introducción de peces, la contaminación, el pastoreo y el turismo. En estos entornos, las biopelículas pueden ser uno de los compartimentos del ecosistema, si no el más dominante, y la única base de las redes alimentarias en ausencia de vegetación. Son el alimento de los renacuajos, por ejemplo. También queremos ver si existen vínculos entre la composición de las biopelículas y la dinámica de las enfermedades infecciosas de los anfibios, como la quitridiomicosis anfibia panzoótica, que está asolando a ranas y sapos en todo el mundo, incluso en nuestras montañas.
Los resultados iniciales muestran que, incluso en condiciones tan duras, las biopelículas son mucho más diversas que el microbioma del agua, con cientos de especies detectadas en menos de un ml de biopelícula. A partir de este trabajo y de nuestro artículo de revisión, queda claro que las biopelículas deben considerarse como ecosistemas, con su propia salud, es decir, su propia estructura, productividad y resiliencia. La salud de las biopelículas debe vigilarse de cerca para garantizar un futuro sostenible.
The abstract from the paper:
Biofilms are matrix-enclosed communities that represent the most dominant and active mode of microbial life on Earth. Because biofilms are inherently more productive than any equivalent planktonic community, they are of great relevance to all environments they inhabit. However, their existence and importance are still poorly known by the general public, conservation practitioners and environmental policymakers.
Most micro-organisms of multicellular organisms (including humans, animals and plants) occur in the form of true biofilms or biofilm-like structures that play vital roles in their development, physiology and immunity. Conversely, some biofilms can have a negative effect on host health.
Biofilms growing on non-biological surfaces are essential components of many terrestrial and marine ecosystems: they form the basis of food webs and ensure nutrient cycling and bioremediation in natural systems. However, environmental biofilms can promote the persistence of human pathogens, produce harmful toxins, foul and corrode surfaces in natural and man-made settings; all of which can have significant health and economic implications.
There is a knowledge gap about the roles of biofilms in the epidemiology of wildlife emerging infectious diseases, yet these pose a major threat to public health, biodiversity and sustainability. The drivers of global environmental change all affect biofilm structure and functions. The consequences for host and ecosystem health are, however, poorly understood. While the concept of a healthy microbiome (as opposed to dysbiosis) is emerging in medicine and conservation biology, the concept of a healthy biofilm remains to be defined in environmental sciences.
Here, we use an integrative approach to (a) review current knowledge on the roles of biofilms growing on biological and non-biological interfaces for the health of multicellular organisms and ecosystems, and (b) provide future research directions to address identified knowledge gaps. Giving the biofilm life-form its full importance will help understand the effects of global environmental change on these communities and, in turn, on human, animal, plant and ecosystem health.