Substancia polimérica extracelular

As substancias poliméricas extracelulares (SPE ou, en inglés, EPS) son polímeros naturais de elevada masa molecular segregados por microorganismos ao seu ambiente. Estas substancias establecen a integridade funcional e estrutural das biopelículas e considéranse os compoñentes fundamentais que determinan as propiedades fisicoquímicas das biopelículas.
As substancias poliméricas extracelulares están compostas principalmente por polisacáridos (denominados exopolisacáridos) e proteínas, pero inclúen outras macromoléculas como o ADN, lípidos e substancias húmicas. Estas substancias son o material de construción dos asentamentos bacterianos e poden permanecer adheridos á superficie externa da célula ou son segregados no seu medio de crecemento. Estes compostos son importantes na formación de biopelículas e para a adhesión de células a superficies. Constitúen do 50% ao 90% da materia orgánica total das biopelículas.
Os exopolisacáridos (ás veces abreviados EPS ou azucres EPS) son as partes formadas basicamente por carbohidratos da substancia polimérica extracelular. Os microorganismos sintetizan un amplo espectro de polisacáridos multifuncionais que comprende polisacáridos intracelulares, polisacéridos estruturais e polisacáridos extracelulares ou exopolisacáridos. Os exopolisacáridos xeralmente constan de monosacáridos e algúns substituíntes non carbohidratos (como o acetato, piruvato, succinato e fosfato). Debido á súa gran diversidade en composición, os exopolisacáridos teñen diversas aplicacións nas industrias alimenticia e farmacéutica. Moitos azucres exopolisacáridos microbianos outorgan propiedades que son case idénticas ás das gomas que se usan actualmente. Estanse facendo traballos de investigación con estratexias innovadoras que tratan de substituír as gomas de plantas e algas usadas tradicionalmente polos seus equivalentes microbianos exopolisacarídicos. Ademais, fixéronse importantes avances no descubrimento e desenvolvemento de novos azucres exopolisacáridos microbianos que posúan novas aplicacións industriais. Función
Os exopolisacáridos capsulares poden protexer as bacterias patóxenas contra o desecamento e a predación e contribúen á súa patoxenicidade. As bacterias que viven en biopelículas son menos vulnerables comparadas coas bacterias planctónicas, xa que a súa matriz de EPS pode actuar como unha barreira protectora. As características físicas e químicas das células bacterianas poden verse afectadas pola composición do EPS, o que inflúe en factores como o recoñecemento, a agregación e a adhesión nos seus ambientes naturais. Ademais, a capa de EPS actúa como unha trampa de nutrientes, facilitando o crecemento bacteriano.
Os exopolisacáridos dalgunhas cepas de bacterias do ácido láctico, por exemplo, Lactococcus lactis subsp. cremoris, contribúe á textura xelatinosa dalgúns produtos lácteos fermentados (por exemplo, o viili finlandés), e estes polisacáridos son tamén dixestibles. Un exemplo de uso industrial dos exopolisacáridos é a aplicación de dextrano no panettone e outros pans e bolos na industria panadeira.
Ecoloxía
Os exopolisacáridos poden facilitar a adhesión de bacterias fixadoras do nitróxeno ás raíces das plantas e partículas do solo, o cal facilita a relación simbiótica. É importante para a colonización das raíces e da rizosfera, a cal é un compoñente clave das redes tróficas do solo e para a reciclaxe de nutrientes nos ecosistemas. Tamén facilita a invasión eficaz e a infección da planta hóspede.
As substancias poliméricas extracelulares poden axudar á biorremediación de contaminación por metais pesados, xa que teñen a capacidade de absorber catións metálicos, entre outras substancias disoltas. Isto pode ser útil no tratamento de sistemas de augas residuais, xa que as biopelículas poden unirse aos metais e eliminalos, como ao cobre, chumbo, níquel e cadmio. A afinidade de unión e a especificidade de metais das susbtancias poliméricas extracelulares varía dependendo da composición do polímero e doutros factores como a concentración e o pH.
Nun contexto xeomicrobiolóxico, observouse que as substancias poliméricas extracelulares afectan á precipitación de minerais, especialmente carbonatos. As substancias poliméricas extracelulares poden tamén unirse e atrapar partículas en suspensións de biopelículas, o cal pode restrinxir a dispersión e reciclaxe dos elementos. A estabilidade dos sedimentos pode incrementarse grazas a estas substancias, xa que inflúen na cohesión, permeabilidade e erosión dos sedimentos. Hai probas que indican que a adhesión e capacidade de unión a metais das substancias poliméricas extracelulares afectan ás taxas de lixiviación dos minerais tanto no medio ambiente coma na industria. Estas interaccións entre as substancia poliméricas extracelulares e o ambiente fan que teñan un grande impacto nos ciclos bioxeoquímicos.
As interaccións predador-presa entre biopelículas e organismos bacterívoros, como o nematodo do solo Caenorhabditis elegans, foron amplamente estudadas. Por medio da produción dunha matriz pegañosa e a formación de agregados, as biopelículas de Yersinia pestis poden impedir a alimentación ao entupiren a boca de C. elegans. Ademais, as biopelículas de Pseudomonas aeruginosa poden impedir a mobilidade por reptación ondulante de C. elegans, denominada 'fenotipo de lameiro' (quagmire phenotype), que ten como resultado que o nematodo quede atrapado dentro das biopelículas e quede impedida a exploración dos nematodos para alimentarse en biopelículas susceptibles. Isto reduce significatrivamente a capacidade dos predadores de alimentarse e reproducirse, o que promove a supervivencia das biopelículas.
Novos usos industriais
Como cómpre atopar unha alternativa máis eficiente e amable co medio ambiente aos métodos convencionais de eliminación de residuos, as industrias están prestando máis atención ao funcionamento das bacterias e aos seus azucres EPS na biorremediación.
Descubriuse que engadindo azucres EPS procedentes de cianobacterias a augas residuais elimínanse metais como o cobre, cadmio e chumbo. Os azucres EPS por si sós poden interaccionar fisicamente con estes metais pesados e captalos por biosorción. A eficiencia da eliminación pode optimizarse tratando os azucres EPS con diferfentes ácidos ou bases antes de engadilos ás augas resuduais. Algúns solos contaminados conteñen altos niveis de hidrocarburos aromáticos policíclicos; os EPS das bacterias Zoogloea sp. e o fungo Aspergillus niger, son eficaces na eliminación destes compostos tóxicos. Os EPSs conteñen encimas como as oxidorredutases e hidrolases, que poden degradar ditos hidrocaburos. A cantidade de degradación de hidrocarburos policíclicos aromáticos depende da concentración de EPS engadida ao solo. Este método é de baixo custo e alta eficacia.
Nos últimos anos, atopouse que os azucres EPS de bacterias mariñas aceleran a limpeza das verteduras de petróleo. Durante a vertedura de petróleo da plataforma Deepwater Horizon de 2010, estas bacterias produtoras de EPS foron quen de crecer e multiplicarse rapidamente naquela situación. Máis tarde descubriuse que os seus azucres EPS disolvían o petróleo derramado e formaban agregados de petróleo na superficie do océano, o cal aceleraba o proceso de limpado. Estes agregados de petróleo tamén proporcionan unha valiosa fonte de nutrientes para outras comunidades microbianas mariñas. Isto permite que os científicos poidan modificar e optimizar o uso de azucres EPS para a descontaminación de verteduras de petróleo. Lista de substancias poliméricas extracelulares
acetano (de Acetobacter xylinum)
alxinato (Azotobacter vinelandii)
celulosa (Acetobacter xylinum)
quitosano (Mucorales spp. )
curdlano (Alcaligenes faecalis var. myxogenes)
ciclosoforanos (Agrobacterium spp. , Rhizobium spp. e Xanthomonas spp. )
dextrano (Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc dextranicum e Lactobacillus hilgardii)
emulsano (Acinetobacter calcoaceticus)
galactoglicopolisacáridos (Achromobacter spp. , Agrobacterium radiobacter, Pseudomonas marginalis, Rhizobium spp. e Zooglea' spp. )
galactosaminogalactano (Aspergillus spp. )
xelano (Aureomonas elodea e Sphingomonas paucimobilis)
glicuronano (Sinorhizobium meliloti)
N-acetilglicosamina (Staphylococcus epidermidis)
N-acetil-heparosano (Escherichia coli)
ácido hialurónico (Streptococcus equi)
indicano (Beijerinckia indica)
kefirano (Lactobacillus hilgardii)
lentinano (Lentinus elodes)
levano (Alcaligenes viscosus, Zymomonas mobilis, Bacillus subtilis)
pululano (Aureobasidium pullulans)
escleroglicano (Sclerotium rolfsii, Sclerotium delfinii e Sclerotium glucanicum)
esquizofilano (Schizophylum commune)
stewartano (Pantoea stewartii subsp. stewartii)
succinoglicano (Alcaligenes faecalis var. myxogenes, Sinorhizobium meliloti)
xantano (Xanthomonas campestris)
welano (Alcaligenes spp. )