Avaliação do efeito antimicrobiano do surfactante cloreto de benzalcónio no controlo da formação de biofilmes indesejáveis

Abstract

A deposição de microrganismos numa determinada superfície e a consequente formação de biofilme são fenómenos que ocorre naturalmente, mas, também, são estratégias desenvolvidas pelos microrganismos para se protegerem de factores agressivos externos. Os microrganismos, quando em biofilme, podem causar sérios problemas nos vários sectores industriais, bem como, na área médica, pois estes são mais resistentes à acção dos agentes antimicrobianos do que quando estão dispersos numa fase líquida. Recentemente, vários estudos têm vindo a ser realizados de forma a desenvolverem-se protocolos eficazes para prevenção da acumulação de biofilmes nas mais diversas superfícies. Na prevenção e combate à formação de biofilmes indesejáveis recorre-se, frequentemente, à aplicação de agentes químicos com propriedades antimicrobianas, tais como, biocidas e surfactantes. A presente dissertação teve como principal objectivo avaliar a capacidade do surfactante cloreto de benzalcónio (BAC) e contribuir, assim, para o desenho e/ou melhoramento de protocolos eficientes de controlo de biofilmes nas superfícies da área alimentar e médica. O BAC foi testado com culturas em suspensão de Pseudomonas fluorescens em suspensão e em sistemas de biofilmes. Os biofilmes foram desenvolvidos em aço inox e silicone (sujeitos ou não a pré-tratamento com o surfactante). A eficácia antimicrobiana do BAC foi, essencialmente, avaliada através da determinação da actividade respiratória das bactérias, do conteúdo em ATP e da capacidade de remoção de biofilme, tendo-se testado várias concentrações, tempos de contacto e presença de uma substância potencialmente interferente (BSA). Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que o BAC apresenta propriedades antimicrobianas acentuadas, que se manifestam quer com as bactérias em suspensão, quer em biofilme. No entanto, os biofilmes desenvolvidos sobre o aço foram bastante mais difíceis de inactivar (BIC=0,25 mM) do que os desenvolvidos sobre o silicone (BIC=0,0625 mM). Surpreendentemente, estes últimos foram mais facilmente inactivados do que as culturas em suspensão (MBC=0,125 mM). A eficiência do BAC foi, consideravelmente, reduzida quando a BSA estava presente nas culturas bacterianas (MBC=1 mM). Ainda em relação aos ensaios com biofilmes, o pré-tratamento das superfícies favoreceu a formação de biofilmes, pois, de uma maneira geral, a acumulação de biomassa sobre as placas de aço e silicone condicionadas foi maior, assim como, a actividade respiratória que apresentavam. O condicionamento das superfícies pareceu, também, fomentar nos biofilmes um aumento da resistência destes ao tratamento com o surfactante, uma vez que estes se tornaram mais difíceis de inactivar. Essa resistência foi mais evidente quando foram testadas concentrações de BAC mais elevadas. Também se constatou que a eficácia do BAC foi mais significativa na inactivação dos biofilmes do que na remoção destes das placas de aço inox e silicone, independentemente, das superfícies estarem ou não condicionadas. A resistência mecânica dos biofilmes, também, foi superior quando os biofilmes foram, previamente, tratados com o BAC. A realização deste trabalho permitiu concluir que o tipo de material das superfícies de adesão tem um papel preponderante nas características dos biofilmes sobre elas formados, bem como, na susceptibilidade destes com BAC. Apesar do BAC ter mostrado actividade antimicrobiana significativa, esta fica comprometida na presença de matéria orgânica e quando as superfícies de adesão são pré-tratadas com surfactante.

Microorganism’s deposition in solid surfaces, and consequent biofilm formation, are phenomena that happen naturally but are also microorganism’s strategies to protect themselves from external toxic factors. Biofilm microorganisms can cause serious problems in industry and medical area, since they are more resistant to the action of antimicrobial agents than their liquid suspended counterparts. In recent years, several studies have been carried out in order to develop suitable and efficient protocols to avoid biofilm accumulation on the most diverse surfaces. The control and prevention of undesirable biofilms often includes the application of chemical products with antimicrobial properties, such as biocides and surfactants. The main goal of the present study was to evaluate the antimicrobial ability of the surfactant benzalkonium chloride (BAC) against Pseudomonas fluorescens planktonic cells and biofilm cells and, thus, to contribute to the design and/or the improvement of efficient procedures of biofilm control in food and medical surfaces. BAC efficiency was tested against P. fluorescens planktonic cultures and biofilms formed on stainless steel and silicone rubber (pre-treated or not with the surfactant). BAC antimicrobial efficacy was basically evaluated through the determination of the respiratory activity of the bacteria, ATP content and through the quantification of biofilm removal, being tested several BAC concentrations, contact times and the presence of an interfering substance (BSA). Based on the results, it can be concluded that BAC presents noticeable antimicrobial properties against suspended bacteria and biofilms. However, the biofilms developed on the stainless steel plates were more difficult to inactivate (BIC=0,25 mM) than the ones formed on the silicone rubber (BIC=0,0625 mM). Surprisingly, the latter were more easily inactivated than the bacterial suspended cultures (MBC=0,125 mM). Moreover, BAC efficiency was considerably reduced when BSA was introduced in the cultures (MBC=1 mM). Concerning the biofilms assays, the pre-treatment of the surfaces favored biofilm formation, since, in a general way, the accumulation of biomass on the conditioning metal and silicone plates increased, as well as the respiratory activity. The conditioning of the surfaces seemed also to promote the increase of biofilm resistance to BAC, since biofilms became more difficult to inactivate. That biofilm resistance was more evident when higher BAC concentrations were applied. From the overall results, it was also possible to detect that BAC was more efficient in the inactivation of biofilms than in its removal, regardless surfaces were conditioning or not. The mechanical resistance of the biofilms was also increased when biofilms were previously treated with the surfactant. The experimental work gathered in this thesis permitted to conclude that the type of material of the adhesion surfaces play an important role in the characteristics of the biofilm formed on those surfaces, as well as, in the susceptibility of biofilms to the surfactant. Despite that BAC showed to have considerable antimicrobial capacity, that ability was disturbed in the presence of organic matter and when the surfaces are pre-treated with the surfactant.