MICROBIOLOGIA
Concepto de microbiología:
“La microbiología, como ciencia pura, es la parte de la biología que estudia el mundo de los microorganismos, por lo que son y lo que significan como tales seres vivos en su habitad y comportamiento.”
La biologia empezó ha crear distintos grupos para intentar englobar a todos los seres, una primera divison fue la zoología que agrupaba a los animales pluricelulares y la botánica en la cual se incluían a las plantas.
Posteriormente, Haeckel (1866) hizo una distinción y creo el llamado grupo de los Protistas que eran seres unicelulares, los cuales a su vez se podían dividir en superiores (eucariotas) donde encontramos los protozoos, algas y hongos; o también los inferiores (procariotas) en donde encontramos las bacterias y las cianobacterias. Las principales diferencias entre estos dos grandes grupos son que los eucariota no poseen pared celular y además contienen membranas nucleares, mientras que los procariotas es a la inversa.
La clasificación actual es la dada por Woese y colaboradores (1990) los cuales buscaban un marcador ancestral (una molécula que existiera desde la prehistoria) y la encontraron en una subunidad de los ribosomas. Su clasificación es la siguiente:
- Dominio Eucarya: Animales, plantas, hongos, algas y protozoos.
- Dominio Bacteria: Bacterias Gram. positiva y Gram. negativa, mycoplasma y cianobacterias.
- Dominio Archaea: Reino Euryachaeota y Reino Crenarchaeota (son bacterias resistentes y que no afectan al hombre).
Morfología y estructura bacteriana.
Pared bacteriana:- Es un elemento obligado, más o menos uniforme y cuyo grosor es muy diferente en las bacterias de tipo Gram. positiva de las Gram. negativas, en las Gram. positiva ronda entorno a los 800 amstrong y en las Gram. negativa entorno a los 100 amstrong.
La arquitectura molecular es también diferente en las dos tipos de Gram.:
- Gram. positiva: encontramos una gran cadena de peptidoglicano o mureina, la cual esta formada por largas cadenas de polisacárido y cadenas cortas de polipéptidos. Las cadenas de polisacárido a su vez están formadas por N-acetilmuramico y N- acetilglucosamina; mientras que las cadenas de polipéptidos están formadas por Ácido Diaminopimelico. Además encontramos también el Ácido teicoico formado por Ribitol o Glicerol.
- Gram. negativas: el peptidoglicano no tiene importancia y a veces ni aparece, lo importante es la membrana externa la cual posee dos láminas; la externa es de lipopolisacaridos y esta constituida por tres capas: interna (Lípido A) y externa (Antígeno O); la interna es fosfolípidica.
Las Gram. positivas aguanta grandes presiones (20 atmósferas) gracias al peptidoglicano mientras que las Gram. negativas soportan presiones inferiores.
Las funciones pueden resumirse en tres: - Mecánica: Da la forma a la bacteria y es como el esqueleto si lo comparamos con las personas.
- Filtro: porque encontramos pequeños poros.
- Resistencia: aguante de presiones.
A veces las bacterias pueden perder la pared por causas naturales o por acciones del hombre, en este caso estamos ante un protoplasto los cuales son incapaces de multiplicarse no pueden volver a elaborar la pared. Si de forma natural son protoplastos se les llama “forma L” y son los mycoplasmas. Los esferoplastos son aquellas bacterias que pierden parte de la pared y que son capaces de volver a construirla y siguen teniendo capacidad reproductora. - La morfología bacteriana es muy diversa y la podemos dividir en distintos grupos:
1.Redondas: son los conocidos cocos cuyo diámetro no es superior al de una micra; los podemos encontrar aislados, formando una cadena, ligeramente separados pero con la superficie de contacto aplanada y a veces rodeados por una capsula.
2.Bacilos: su tamaño en longitud oscila entre 1,5 a 6 micras; los podemos encontrar formando empaladizas, cadena o aislados.
3.Helicoidales: su tamaño oscila entre 8 a 15 micras y suelen formar bucles.
Membrana bacteriana (citoplasmática): - Es un elemento obligado y no existen diferencias entre los Gram. Se encuentra dividida en tres zonas: dos zonas densas formadas por proteínas de transporte que son las permeasas y una zona clara formada por dos cadenas de lípidos los cuales poseen una zona polar hidrófila y otra zona hidrofobica.
Las funciones podemos resumirlas en tres:
1.Membrana semipermeable, la cual permite la selección de moléculas a través de las permeasas.
2.Reacciones de fosforilación-oxidativa, las cuales son las encargadas del paso de ADP a ATP.
3.Metabolizan polímeros de la pared de la capsula.
Los mesosomas que encontramos formando la membrana tienen funciones propias:
1.Secreción de exoenzimas, como por ejemplo de la Tacalasa.
2.Intervienen en la síntesis del tabique.
3.Intervienen en la división del cromosoma bacteriano.
Capsula: - Es un elemento facultativo. Las bacterias capaces de elaborar la capsula reciben el nombre de bacteria capsulada, se distinguen dos fases: si presentan la capsula se dice que están en la fase lisa o fase S; por el contrario si la pierde o no la presenta esta en fase rugosa o fase R.
- Al perder la capsula la bacteria sigue presentando sus características patógenas pero pierden virulencia.
Las bacterias al estar capsulada dificultan la fagocitosis además poseen un anfígeno llamado
anfígeno k, ya que la capsula les confiere antigeneidad o especificidad antigénica; por lo que a mayor tamaño de la capsula la bacteria posee mayor virulencia.
Flagelos: - es una elemento facultativo, confiere movilidad a la bacteria y pueden tener tamaño muy diferente. Su longitud esta comprendida entre 15 a 25 micras y su diámetro es de 100 a 200 amstrongs.
La únicas bacterias que no afectan al hombre son las de tipo anfitricas pero se a descubierto que la legionela era de este tipo de bacterias pero que a mutado a lofotrica o monotrica para así poder afectar al hombre.
Pili o Fimbrias: su tamaño es inferior al del flagelo y también es mas fino. Podemos encontrarnos dos tipos: - Comunes: son variables en numero y sirven para la adherencia.
- Pili sexual: sirve para un fenómeno de transferencia genética llamado conjugación bacteriana; a través de el pasa el material genético.
Cromosoma bacteriano: - No tiene membrana nuclear y consiste en acido nucleico circular con doble cadena (DNA), su tamaño es de 1mm de longitud.
Plásmidos: elemento facultativo el cual se puede definir como unidad genética extracromosomica (un trocito de DNA). Existen dos tipos: - Trasmisibles: inducen a su propia transferencia (fenómeno de conjugación bacteriano) y los hay también de dos tipos: factor R son los que transfieren resistencia a los antibióticos y también factor F el cual transfiere los distintos factores genéticos (características genéticas).
- No trasmisibles: la trasmisión se realiza por fenómenos de transformación y transducción.
Cuando un plásmido se integra en el cromosoma bacteriano recibe el nombre de episoma, hay bacterias que se quedan con el plásmido integrado para siempre y entonces recibe el nombre de plásmido conjugativo.
Inclusiones citoplasmáticas: sirven como almacén de sustancias y hay de distintos tipos: - Líquidos o gases y reciben el nombre de vacuolas, las cuales actúan como hosmomeros (contracción- relajación) para que aguanten más presión.
- Sólidos y reciben el nombre de granulaciones, estas sirven como almacén de sustancias que posteriormente son necesarias.
Ribosomas: son iguales que en las células animales con la misma actuación, forma … lo único que varía es la constante de sedimentación que en las bacterias es de 70s y cuando se descompone es de 50s y 30s.
Esporas: es un elemento facultativo, es una forma de resistencia bacteriana gracias a la cual soportan condiciones muy adversas y es capaz de resistir muchos años.
La bacteria capaz de esporular se llama bacteria esporulada, aunque no presente la espora, siempre y cuando tenga la capacidad de producirla frente a condiciones adversas.
La espora la podemos encontrar en el interior del soma bacteriano y por tanto recibe el nombre de endoespora, mientras que si la encontramos sin rastro del soma bacteriano recibe el nombre de espora libre la cual solamente encontraremos en condiciones terriblemente adversas.
Las esporas pueden presentar distintas formas: ovalada, redonda …
La posición de la espora puede ser de dos tipos: - No deformante.
- Deformante.
La formación de la espora sigue un pequeño ciclo el cual se puede resumir en los siguientes pasos: - Teniendo la estructura normal del bacilo el cual se encuentra en forma vegetativa, este llega a un medio inhóspito y allí inicia la multiplicación bacteriana.
- En su interior se forma un endoespora.
- Las condiciones siguen poniéndose cada vez más adversas por lo que el bacilo pierde el soma bacteriano.
- La endoespora pasa a ser espora libre puesto que el soma bacteriano a desaparecido por completo sin dejar el menor rastro.
- Si las condiciones vuelven a ser favorables la espora libre desaparece y vuelve el bacilo a estado vegetativo.
Morfología de la espora.
Nota: En forma de espora la bacteria no absorbe agua, se impermeabiliza, porque se empieza a fabricar el dipicolinato calcico que es la principal sustancia a nivel de la intina. El paso de espora a forma vegetativa se consigue por la absorción de agua.
Multiplicación bacteriana.
Se lleva a cabo en el cromosoma bacteriano (núcleo) y es un proceso muy rápido (15-20 min.).
Se inicia en uno o varios puntos del DNA los cuales son llamados orígenes y en los cuales se produce una copia del DNA, esto se realiza gracias al enzima DNA polimerasa.
Cuando se ha realizado una copia exacta del DNA, los mesosomas se van introduciendo hacia el interior y son los encargados de separar cada una de las cadenas de DNA y mandarlas a un polo bacteriano.
A continuación los mesosomas se unen y fusionan, mientras tanto simultáneamente se están sintetizando los componentes de la pared bacteriana los cuales se empiezan a introducir en el interior de los mesosomas adquiriendo estos un grosor doble del normal y es entonces cuando la amidasa actúa dividiendo la célula en dos células iguales.
Curva de crecimiento.
Indica el tiempo de generación bacteriana, el tiempo que tarda en crecer y multiplicarse.
1.Fase de latencia: se adapta al medio y fabrican muchos ribosomas.
2.Fase exponencial o logarítmica: se multiplican por unidad de tiempo.
3.Fase estacionaria: se multiplican los mismo que mueren.
4.Fase de declinación o muerte: mueren todas las bacterias.
Fenómenos de transferencia.
Se dice del intercambio del material genético (DNA) de una bacteria a otra bacteria. Hay distintos tipos: - Transformación: transferencia de un fragmento de DNA de una bacteria que se ha lisado (roto) a otra bacteria.
- Transducción: transferencia del DNA de una bacteria a otra mediante un bacteriófago que lo vehiculiza.
- Transfección: transferencia del DNA de un virus a una bacteria.
- Conversión: transferencia del DNA de un virus el cual se integra en el DNA de una bacteria.
- Conjugación: transferencia del DNA de una bacteria a otra bacteria por contacto.
Transformación de Griffith.
Inoculación introperitoneal de neumococos.
Ratones blancos.
Neumococos S. III vivos.
Septicemia mortal
Neumococos S. III muertos.
Animal vivo.
Neumococos R vivos.
Animal vivo.
Neumococos R vivos + S. III muertos
Septicemia mortal.
Transducción.
Conjugación. - Bacilos Gram. negativos a través de Pili sexual.
- Cocos Gram. positivo por contacto ( no hay Pili sexual).
Generalidades sobre metabolismo y nutrición bacteriana.
Nutrición, en la cual podemos encontrar dos tipos de nutrientes los cuales pueden ser específicos o inespecíficos de la bacteria. - Macronutrientes (inespecíficos):
-Nitrógeno: forma parte de amino ácidos (AA) y de vitaminas.
-Fósforo: forma parte de ácidos nucleicos y de los fosfolípidos..
-Azufre: forma parte de amino ácidos (AA) y vitaminas.
-Potasio: es un activador de enzimas.
-Hierro: enzimas de oxidorreducción.
-Agua. - Micronutrientes (específicos):
Cobalto, cobre, manganeso, níquel …
Metabolismo en el cual encontramos dos tipos de reacciones químicas que se complementan y se dan al mismo tiempo: - Anabólicas o biosíntesis: constituyen los procesos de construcción celular.
- Catabólicas: son reacciones energéticas cuya finalidad es la obtención de energía química y son procesos de degradación celular.
Reacciones energéticas (catabólicas).
Grupo nutricional
Fuente de carbono
Fuente de energía.
Fotoautrotofa
Dióxido de carbono
Energía lumínica.
Fotoheterotrofa
Compuestos orgánicos.
Energía lumínica
Quimioautotrofa
Dióxido de carbono
Sales inorgánicas
Quimioheterotrofa
Compuestos orgánicos
Compuestos orgánicos
Productos resultantes del anabolismo: - Componentes del soma bacteriano.
- Toxinas
- Enzimas y exoenzimas.
- Fermentos.
- Antibióticos.
- Piocinas y bacteriocinas (componentes esenciales).
- Pigmentos.
- Vitaminas.
Condiciones ambientales. - Agua.
- Oxígeno, el cual nos da lugar a una clasificación de las bacterias por el tipo de respiración:
- Aerobia: necesita el oxígeno para la vida.
- Aerobia estricta: obligatoriamente necesita el oxígeno para la vida.
- Aerobia y anaerobias facultativas: necesitan el oxígeno para la vida pero sino tienen se adaptan a vivir sin el.
- Anaerobias: mueren en presencia de oxígeno.
- Anaerobias estrictas: mueren en presencia de oxígeno.
- Anaerobias aerotolerantes: en un momento dado es capaz de aguantar un tiempo en presencia de oxigeno (muy poco tiempo). - Anhídrido carbónico: hay bacterias que necesitan una mayor concentración debido a que su tipo de respiración es microerofila (10%).
- Temperatura: nos basamos en ella para establecer una clasificación según la temperatura optima.
-Psicrofilas: cuya temperatura optima ronda entre 20-25º C.
-Psicrofilas extremas: aguantan temperatura de -70ºC.
-Mesofilas: son las que afectan al hombre ya que su temperatura esta en torno a los 37ºC.
-Termofilas: aguantan temperaturas entre 47-49ºC.
-Termofilas extremas: aguantan temperaturas muy muy elevadas como 1000ºC. - pH: las bacterias no aguantan grandes variaciones del pH, el cual debe girar siempre entorno a 7 aunque algunas bacterias son de pH ácidos.
CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS
Según su forma y agrupación: Es la clasificación más antigua en la que se consideran: cocos, bacilos, espirilos y espiroquetas.
- Cocos o micrococos: Incluyen las bacterias de tamaño variable, cuya forma es esférica u ovoide y generalmente son aerobios estrictos. Algunas veces estas bacterias tienden a agruparse. Cuando se presentan asociadas dos bacterias reciben el nombre de diplococos como por ejemplo el diplococo Neisseria gonorrhoeae que es el agente causal de la gonorrea, el Pneumococo que es responsable de la neumonía infecciosa, etc.
En otras ocasiones los micrococos se reúnen formando grupos de cuatro elementos puestos en cuadro, y se denominan entonces tetracocos, tetrágenos o tétradas.Las sarcinas, son especies de bacterias cocales que se dividen en tres planos perpendiculares para formar paquetes de ocho, dieciséis, treinta y dos, o más micrococos.
Son anaerobios obligados y ácido-tolerantes por lo que pueden crecer en un pH inferior a 2 después de fermentar azúcar.
Algunas especies como Sarcina ventriculi producen una capa fibrosa y gruesa de celulosa que se dispone alrededor de la pared celular y funciona como cemento para mantenerse adheridas entre sí. Esta especie habita en sitios muy ácidos como suelos, barro, heces y en el contenido estomacal.Cuando los cocos se agrupan en tres, cuatro o más células dispuestas en forma lineal reciben el nombre de estreptococos que desempeñan funciones importantes en la producción de leche ácida y otros fermentos.
Para distinguir los estreptococos no patógenos de las especies patógenas, el género Streptococcus presenta tres divisiones:
Lactococcus, importante en la industria láctea y Enterococcus que son principalmente de origen fecal. Algunos estreptococos se envuelven en una cubierta gelatinosa y constituyen una forma de agrupación que recibe el nombre de leuconostoc, que pueden ser heterofermentativos, y descomponen el citrato para obtener diacetilo y acetoína. Otras cepas producen grandes cantidades de dextrano (material viscoso) el cual es útil en medicina como expansor del plasma en las transfusiones sanguíneas.Cuando los cocos se reúnen de manera irregular formando racimos se conocen como estafilococos, éstos se encuentran comúnmente en las fosas nasales y piel de humanos y animales. Pueden causar graves infecciones como forúnculos, granos, neumonía, osteomielitis, meningitis y artritis. Además producen exotoxinas como la cuagulasa, que actúa sobre la fibrina presente en el plasma, para formar un coágulo. El Staphylococcus aureus produce varias enterotoxinas que secreta al medio circundante o alimento, si se come este alimento que contiene la toxina, en el plazo de una a seis horas se observarán reacciones que incluyen náuseas, vómitos y diarreas. En especial se pueden encontrar en: productos cocidos al horno y rellenos de crema o de nata, las aves, la carne, las salsas, las ensaladas con huevo y carne, los flanes y los aliños con nata para ensalada. Puede evitarse el crecimiento microbiano manteniéndolos alimentos a 4ºC. Otro tipo de asociación que utilizan las bacterias cocales es la formación de agregados compactos denominados zoogleas, en las cuales se encuentran los microorganismos incluídos dentro de una envoltura gelatinosa. La importancia de estas bacterias radica en su utilización en el tratamiento de aguas residuales donde son capaces de adherir protozoos y pequeños animales a la cubierta mucosa.
- Bacilos: Son bacterias que tienen forma de bastoncillo, se pueden encontrar en grupos de dos denominados diplobacilos, o en cadenas similares a las que presentan los cocos por los que se les llama estreptobacilos. El género más representativo de esta morfología lleva el nombre Bacillus, el cual se caracteriza por la formación de endosporas. Son útiles en la producción de antibióticos tales como bacitracina, gramicidina y polimixina, entre otros. También se han utilizado como biocontroladores en la erradicación de ciertas plagas en cultivos de importancia económica, de las cuales son parásitos.
Espirilos: Son bacterias bacilares, helicoidales con movilidad flagelar, que se clasifican dentro de las Gram negativas. Para su clasificación taxonómica se utilizan criterios como la forma de la célula, el tamaño, la flagelación y las relaciones simbióticas entre otras.Los espirilos con muchas vueltas a pesar de su semejanza morfológica con las espiroquetas, se diferencian de ellas porque poseen flagelos bacterianos típicos externos mientras las espiroquetas poseen flagelos periplásmicos o filamentos axiales internos. Dentro de este grupo se pueden encontrar especies benéficas y patógenas. La especie Azospirillum lipoferum es un organismo fijador de nitrógeno, de importancia agronómica debido a que establece una relación simbiótica laxa con plantas herbáceas tropicales y con cereales cultivados.Un ejemplo de espirilo patógeno es el género Helicobacter asociado con las úlceras pilóricas en los humanos. - Espiroquetas: Son bacterias filiformes, flexibles, muy largas, que presentan forma de espiral con diez o más vueltas. En algunas ocasiones con un flagelo en cada extremo (como por ejemplo el espirilo responsable de la sífilis: Treponema). Habitualmente se hallan en ambientes acuáticos o en el cuerpo de animales. El cilindro protoplásmico de estas células se encuentra rodeado por una membrana de tres capas conocida como cubierta celular externa, además poseen una estructura única que le permite la movilidad llamada filamento axial, compuesta de un flagelo que atraviesa el cuerpo celular y se sitúa entre la pared delgada flexible y la envoltura externa.
Las espiroquetas pueden encontrarse como parásitos en humanos mientras otras viven libres en agua o madera.
