Biofilm – Fonte costante di microrganismi e potenzialmente patogeni

Che cos’è il biofilm?

I biofilm sono comunità complesse di microrganismi che aderiscono alle superfici e sono circondati da una matrice di sostanze polimeriche extracellulari (EPS).
L’EPS svolge un ruolo fondamentale nella formazione, nella stabilità e nella protezione dei biofilm.
A seconda delle condizioni ambientali, il biofilm può essere composto da Listeria monocytogenes, Bacillus cereus e mycoïdes, Salmonella spp, Campylobacter, Pseudomonas aeruginosa, Leuconostoc o Cronobacter (Enterobacter sakazakii) che costruiscono la matrice del biofilm (polimeri organici, polisaccaridi, proteine, DNA, lipidi ecc.) e altri microrganismi (patogeni), fagi, enzimi di deterioramento, spore, muffe e lieviti che vivono all’interno della matrice.
Grazie a questa struttura, i biofilm sono più resistenti ai biocidi rispetto agli stessi batteri in un ambiente liquido.
Questa struttura complessa garantisce la sopravvivenza anche in condizioni estreme.

Le 3 fasi del biofilm

1. Adesione/Attaccamento In questa fase, i singoli microrganismi entrano per la prima volta in contatto con una superficie e iniziano ad aderirvi.
Questo attaccamento iniziale è reversibile e debole.
I microrganismi possono utilizzare flagelli, pili o altre appendici per facilitare l’attaccamento.
Man mano che un numero maggiore di microrganismi si accumula e si attacca alla superficie, questi iniziano a produrre sostanze polimeriche extracellulari (EPS), che formano una matrice protettiva intorno al biofilm.

2. Accumulo/Maturazione Man mano che il biofilm continua a svilupparsi, i microrganismi della comunità del biofilm iniziano a crescere e a moltiplicarsi.
La matrice EPS diventa più estesa e complessa, fornendo stabilità strutturale al biofilm.
I microrganismi della comunità del biofilm iniziano a comunicare attraverso un processo chiamato quorum sensing, in cui rilasciano molecole di segnalazione per coordinare il loro comportamento.
Questa comunicazione aiuta a regolare l’espressione genica, portando alla formazione di microambienti specializzati all’interno del biofilm.
In questa fase, il biofilm diventa altamente resistente agli agenti antimicrobici e alla risposta immunitaria dell’ospite.

3. Dispersione La fase di dispersione, in cui i microrganismi all’interno del biofilm si staccano dal biofilm, può essere classificata approssimativamente in dispersione attiva e passiva.
La dispersione passiva si verifica quando parti del biofilm si staccano naturalmente a causa di forze fisiche o condizioni ambientali.
Nella fase di dispersione attiva, alcuni microrganismi all’interno del biofilm subiscono cambiamenti fisiologici e avviano il processo di distacco dal biofilm.
Ciò comporta la produzione di enzimi e tensioattivi che aiutano a liberare singoli microrganismi o gruppi di cellule dal biofilm.
Una volta dispersi, i microrganismi possono colonizzare nuove superfici e avviare la formazione di nuovi biofilm.

La capacità dei biofilm di disperdersi è un’importante strategia di sopravvivenza per i microrganismi all’interno del biofilm. Permette loro di colonizzare nuovi ambienti o di fuggire da condizioni sfavorevoli. Il biofilm è quindi una fonte costante di contaminazione a causa del rilascio imprevedibile di microrganismi.

Biofilm nell’industria alimentare

Le perdite economiche causate dal biofilm sono enormi.
Il 47% dei richiami alimentari è legato al biofilm, 1,3 miliardi di tonnellate di cibo finiscono nei rifiuti a causa della contaminazione e l’impatto finanziario diretto medio (rispedizione e vendite perse) ammonta a 30 milioni di euro.
Negli Stati Uniti ogni settimana si verificano 30 richiami, di cui il 27% a causa di allergeni non dichiarati, il 27% a causa della salmonella, il 10% a causa della Listeria, il 10% a causa di sostanze non dichiarate e il 26% per altri motivi. [1, 2, 3] Il biofilm rappresenta quindi un problema importante per le industrie alimentari, poiché ha un impatto diretto sulla sicurezza e sull’idoneità degli alimenti.
Il biofilm ha anche un impatto sulle installazioni degli impianti: può causare resistenza al flusso dei fluidi nelle tubature e nel CIP, aumentando la rugosità delle superfici.
La formazione di melma riduce le prestazioni termiche degli scambiatori di calore.
Possono comparire anche gas e odori.
Il biofilm corrode anche le superfici metalliche, con conseguente rilascio di microparticelle ed elementi di lega.

Biofilm nel sistema idrico

I biofilm si sviluppano facilmente nei sistemi idrici degli impianti, poiché contengono molte ramificazioni e sono difficili da pulire, rendendo più facile per il biofilm attaccarsi alle superfici umide del sistema di distribuzione dell’acqua.
In queste circostanze, i batteri influiscono sulla qualità dell’acqua e possono anche causare corrosione.
Per prevenire il loro sviluppo, l’acqua potabile viene trattata e la sua qualità deve essere monitorata.
Kersia offre soluzioni per rimuovere i biofilm esistenti applicando prodotti enzimatici specifici che idrolizzano la matrice che protegge il biofilm, rompendo i materiali organici e dissolvendo il terreno minerale e i polisaccaridi.

Biofilm nelle aziende agricole

I biofilm possono essere presenti in vari luoghi delle aziende agricole, poiché possono svilupparsi su un’ampia gamma di superfici in cui sono presenti acqua, nutrienti e microrganismi.
Alcuni luoghi comuni in cui si trovano i biofilm nelle aziende agricole sono:

  • Sistemi idrici: I biofilm si formano spesso nei sistemi di distribuzione dell’acqua, come le tubature per l’irrigazione, i tubi e i serbatoi, dove il flusso dell’acqua è lento o stagnante.
  • Strutture per il bestiame: I biofilm possono svilupparsi sulle superfici delle strutture di stabulazione, come le mangiatoie, gli abbeveratoi e le pareti, dove i materiali organici forniscono una fonte di nutrimento per la crescita microbica.
  • Sistemi di gestione del letame: Le biofilm possono formarsi nelle aree di stoccaggio del letame, tra cui fosse, lagune e grondaie, dove è presente la materia organica dei rifiuti animali.
  • Silos e bidoni di stoccaggio: Anche le strutture di stoccaggio agricolo possono ospitare biofilm sulle superfici a contatto con cereali, mangimi o altri materiali organici immagazzinati.

Prevenire la formazione di biofilm è fondamentale per mantenere la salute degli animali e la produttività dell’ambiente di allevamento e per evitare l’introduzione di agenti patogeni (di origine alimentare) nella catena alimentare.

Controllo del biofilm: un approccio metodologico

Il controllo dei biofilm: un approccio critico e metodologico essenziale per mantenere la pulizia e l’igiene in tutti i settori, dalla fattoria alla tavola.
I biofilm, comunità di microrganismi racchiuse in una matrice protettiva, rappresentano una sfida significativa in numerosi contesti, dagli stabilimenti agricoli e di lavorazione degli alimenti alle strutture di ristorazione.
Kersia offre consigli e soluzioni per affrontare queste sfide in modo efficace grazie a un approccio tridimensionale mirato a

  • Misure preventive contro la formazione del biofilm
  • Rilevamento e caratterizzazione del biofilm
  • Rimozione del biofilm

Misure preventive contro la formazione del biofilm

  • Prevenire l’attaccamento, la prima fase del ciclo di vita del biofilm, con una buona progettazione igienica delle superfici e delle attrezzature, una corretta manutenzione e, se necessario, la sostituzione.
  • Evitare il più possibile lo sporco residuo organico e minerale della superficie, che faciliterebbe l’attaccamento e lo sviluppo del biofilm.
    A tal fine è necessario che le procedure di pulizia adeguate, definite e convalidate in via preliminare, vengano eseguite quotidianamente, ma anche un monitoraggio e una verifica adeguati per individuare eventuali deviazioni.

Rilevamento e caratterizzazione del biofilm

I biofilm possono comunque formarsi, ma la loro presenza è spesso difficile da confermare e localizzare.
Il piano di controllo deve tenere conto di questo possibile risultato, che ridurrà la sensibilità del piano di campionamento.
La presenza di biofilm deve essere sospettata quando si riscontra un modello insolito di contaminazione, generalmente con un’esplosione pseudo-casuale di risultati non conformi, e quando altre cause ragionevolmente possibili sono state escluse dall’analisi delle cause principali.
Mentre è possibile rivelare visivamente la presenza di biofilm sulle superfici utilizzando il kit di rilevamento Kersia, nei circuiti la presenza di biofilm è difficile da confermare poiché non è possibile accedervi direttamente, ma può essere rilevata tramite il campionamento durante il trattamento enzimatico.

Rimozione del biofilm

  Rimuovere il biofilm utilizzando i protocolli chimici standard è più difficile che con i terreni convenzionali e, poiché in genere ci troviamo di fronte a un biofilm maturo, diventa necessario un trattamento curativo enzimatico.
A seconda della situazione, si possono prendere in considerazione anche trattamenti preventivi periodici, che mirano ad affrontare un biofilm in formazione prima del distacco o della dispersione dei batteri.
La detergenza enzimatica è progettata specificamente per affrontare il biofilm, utilizzando enzimi scelti per disgregare la matrice che intrappola i batteri.
Poiché durante la detersione enzimatica è probabile che un numero maggiore di batteri venga rilasciato dal biofilm, la disinfezione deve essere eseguita con attenzione per assicurarsi che il loro numero venga ridotto in modo adeguato al livello di contaminazione prima di procedere con la lavorazione degli alimenti.

Biofilm prima del trattamento

1 – Degradazione enzimatica

2 – Applicazione di un disinfettante Kersia con agente ossidante

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