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BLOQUE I
GENERALIDADES DE MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA DE INTERÉS PARA EL
FARMACÉUTICO
Unidad 1 Introducción a la microbiología y parasitología
A. Ámbito de la microbiología y parasitología
La microbiología es el estudio de los microorganismos, individuos que no
pueden verse a simple vista y que no poseen tejidos
Vida de pequeño tamaño de organismos sin tejidos que no se ven a simple vista (animales y plantas NO)
La gran mayoría de los bacilos (célula alargada) procariotas que se cultivan tienen
entre 0,5 y 4 μm de ancho y menos de 15 μm de largo.
microorganismos unicelulares o pluricelulares (sin tejido)
Los microorganismos pueden ser eucariotas o procariotas
La microbiología también estudia agentes infecciosos no celulares como los virus
virus y otros (priones y viroides) agentes infecciosos = transmisibles o contagiosos
Los procariotas microbianos son las bacterias (eubacterias) y las arqueas
(arqueobacterias). La bacteriología es la rama de la microbiología que los
estudia
Los hongos microbianos son las levaduras unicelulares y los mohos
pluricelulares. Los estudia la micología
Los protistas incluyen a todos los eucariotas que no son ni hongos, ni
plantas, ni animales
Las algas son los protistas con pared celular que estudia la ficología o
algología
Procariotas
- arqueas
- bacterias Eucariotas
- hongos
- levaduras y mohos
- protistas
- algas microscópicas
- protozoos
- hongos mucosos
Los protozoos son los protistas heterótrofos y sin pared celular que estudia la
protozoología
Anteriormente considerados hongos, los hongos mucosos - celulares o
plasmodios - se clasifican dentro de los protistas
La parasitología es la parte de la biología que estudia los parásitos,
microscópicos o macroscópicos, y su relación con el huésped
parásito= seres vivos que producen perjuicio a otra especie (como mínimo se alimenta o tiene cobijo)
Los parásitos obtienen nutrientes y, a veces, otras ventajas del huésped, que
es otro ser vivo
común entre microbio y parasitología son los protozoos
Los parásitos son eucariotas: incluyen a protozoos (protistas), helmintos y
artrópodos (animales)
helmintos: gusanos planos y redondos → platelmintos y nematodos
B. Hitos de la microbiología y parasitología
En el siglo XVII, Robert Hooke descubre la célula y los cuerpos fructíferos de los
hongos (1665). Antonie van Leeuwenhoek es el primero en observar bacterias
En el siglo XVIII, el médico Eduard Jenner desarrolla la primera vacuna (1798).
Agostino Bassi de Lodi reconoce por primera vez que un microorganismo, un hongo,
puede producir enfermedad (1835).
Louis Pasteur (1822-1895) es uno de los protagonistas principales de la edad de oro
de la microbiología. (fermentaciones)
Robert Koch (1843-1910) es otro de los protagonistas principales de la edad de oro
de la microbiología. (poner a punto técnicas para microbio)
Los postulados de Koch sirven para demostrar que un microorganismo es el
agente etiológico de una enfermedad
demostrar quién es el agente causal (=agente etiológico) de una enfermedad POSTULADO DE KOCH
- El microorganismo patógeno sólo se encuentra en animales enfermos y nunca en los sanos
- Agente causal debe poder ser cultivado en cultivo puro (= cultivo axénico = cultivo sin contaminantes, solamente crece una especie)
- Utilizando el microorganismo que hemos cultivado puro debe causar enfermedad en un animal sano
- A partir de animal que hemos infectado, podemos volver a aislar el microorganismo en un cultivo puro
En el siglo XXI, tenemos grandes retos y oportunidades: ¿seremos capaces de
erradicar más enfermedades? ¿aprenderemos a interpretar el mensaje genético
para poder diseñar nuevos tratamientos y fármacos para poder mejorar la salud?
¿Conseguiremos entender y explotar la diversidad genética y metabólica del mundo
microbiano?
C. Interés de la microbiología y parasitología
Los microbios son ¿beneficiosos o perjudiciales?
microbio = germen Los microorganismos están en cualquier sitio donde encuentren nutrientes y condiciones que les permitan multiplicarse Si crecen en un sitio dnd nos interesa los consideraremos beneficiosos sino los consideraremos perjudiciales En el reciclado de materias primarias, biodegradables…son beneficiosos ciclos bioquímicos : hace que cambie el estado de reacción y reducción de elementos químicos (ej ciclo del carbono) Microorganismos para producir alimentos (ej encurtidos) Hay microorganismos que son esenciales (ej microorganismos para digerir la glucosa) y que hemos evolucionado conjuntamente con ellos MIcroorganismos alterantes o del deterioro son más bien perjudiciales que producen enfermedad (los patógenos primarios tienen patógenos de virulencia)
Las cianobacterias primitivas empezaron a producir oxígeno, hecho que hizo posible
la aparición de la vida aerobia.
Los microorganismos son un modelo de estudio en campos como la bioquímica o la
genética.
Muchos procesos industriales a gran escala se basan en microorganismos.
Los microorganismos pueden ser una fuente de productos beneficiosos para
campos muy diversos (vitaminas, enzimas, etanol ...)
aditivos, enzimas, aminoácidos
Los microorganismos pueden ser fuentes de productos activos farmacéuticos.
antibioticos, antifungicos
Los microorganismos son fundamentales en la biorremediación.
biorremediación: consiste en solucionar problemas ambientales con el uso de microorganismos
Los parásitos contribuyen a evitar las poblaciones excesivamente numerosas para
el ambiente que tiene que soportarlas.
enfermedades que ayudan a controlar el número de especies
Los agentes infecciosos pueden provocar nuevas enfermedades.
D. Métodos de observación microscópica
Los microscopios son instrumentos que permiten magnificar aquello que
queremos ver
ver las cosas + grandes, con más detalle min 2 lentes
La resolución de un microscopio es la distancia más corta entre dos
puntos a la que estos pueden distinguirse como objetos separados
que permite distinguir como 2 objetos juntos como 2 separados → ver la imagen más nítida
Cuando utilizamos un microscopio, la imagen debe tener contraste respecto al
medio que la rodea
se tiene que poder distinguir la muestra del fondo = contraste tinción → para aumentar el contraste
La microscopía óptica utiliza luz visible y es una herramienta habitual en
microbiología y parasitología
utiliza luz y lentes de cristal
- microscopía electrónica: utiliza haces de electrones por lo que se trabaje en vacío por eso las muestras siempre tendrán que estar deshidratadas (no estarán vivas)
En la microscopía de campo claro la luz forma una imagen sin modificaciones
2 objetivos :
- lentes del ocular (normalmente x10 aumentos)
- lentes del objetivo que está en el revólver con aumentos diferentes (el máximo x del objetivo por x10 del ocular → x1000 → OBJETIVO DE INMERSIÓN (utilizando el aceite para que la lente capte la luz))
En microscopía de campo claro empleamos las tinciones para aumentar el contraste
u obtener información adicional.
tinción simple : solo 1 colorante tinción diferenciales : sirven para distinguir tipos celulares diferentes
- tinción de gram
- tinción de ácido-alcohol resistencia (acid-fast stain): distingue entre las bacterias ácido-alcohol resistente y no resistentes y es importante porque las bacterias que producen tuberculosis son ácido-alcohol resistentes
- según ácido-alcohol resistente
- AA resistentes → contienen ácidos micólicos en su pared
- No AA resistentes
- a veces tienen cápsulas: pueden ser un factor de virulencia (conferir patogenicidad) porque permiten:
- adherencia en las células
- ayudan inhibición fagocitosis
- apéndices solamente de fimbrias, pili y flagelos que ayudan también a la adherencias
- algunas gram + producen esporas (endosporas)
Existen diferentes morfologías bacterianas
Coco: redondo Bacilo: alargados Vibrio: forma curvada Cocobacilo: bacilo corto Espirilo: curvados Espiroqueta: muy largas y finas en forma de sacacorchos
Algunos géneros bacterianos se agrupan de forma característica
Los hongos microbianos - levaduras y mohos - son eucariotas heterótrofos
con pared celular. El ergosterol está presente en su membrana plasmática
hongos
- unicelulares: levaduras - reproducción
- asexual → por germinación, por division binaria
- sexual → esporas → ascosporas, basidiosporas
- pluricelulares: mohos u hongos filamentosos o hongos miceliares
- parte vegetativa → filamentos o hifas, conjunto de hifas = micelio
- reproducción
- asexual → fragmwntacion de hifas, esporas asexuales (p ej: conidios)
- sexual → esporas → ascosporas, basidiosporas y otros tipos → eucariotas con pared en la membrana plasmática poseen ergosterol
Los protozoos son protistas sin pared celular
protistas - protozoos
- movimiento pseudópodos → ameboideo
- ciliados (con cilios)
- flagelados (con flagelos)
- apicomplejos (fase móvil e inmovil) → intracelulares en parte de su ciclo de vida
No se conocen algas patógenas, pero algunas son capaces de provocar
intoxicaciones
protistas - algas
- uni o pluricelulares
- con pared celular
- unas pocas provocan intoxicaciones
Los helmintos y artrópodos son animales como los humanos
microbiología clínica estudia:
- bacterias patógenas
- hongo síntesis
- protozoos infecciosos
- virus, viroides, priones parasitologia clinica
- protozoos transmisibles
- helmintos y artrópodos animales eucariotas, células sin oas¡red
Los virus son parásitos acelulares que poseen un estado extracelular llamado
virión
parásito cualquier agente que produce enfermedad agentes transmisibles NO celulares → VIRUS (de ADN o ARN)
- parásitos intracelulares obligados
- poseen una forma extracelular (fuera de la célula) llamada partícula vírica o VIRIÓN
- el material genético vírico protegida por proteínas y/o otras estructuras
- existen virus capaces de infectar a cualquier tipo de cekuka
Los viroides son moléculas de ARN monocatenario infecciosas que sólo
causan enfermedades a las plantas
agentes transmisibles NO celulares → VIROIDES
- ARNmc
- sin forma extracelular
- patógenas de plantas
Los priones son proteínas que producen enfermedades que afectan al sistema
nervioso de los mamíferos
agentes transmisibles NO celulares → PRION
- sin forma extracelular
- afectan sistema nervioso central en animales
El organismo necesita disponer de todos los demás macronutrientes que poseen
propiedades fisiológicas
necesarios para las dif biomoléculas…
Asimismo, el organismo también necesita cantidades traza de los micronutrientes
con propiedades fisiológicas
Los organismos pueden requerir factores de crecimiento, compuestos orgánicos imprescindibles que no pueden ser sintetizados a partir de una sola fuente de C (aminoácidos, bases nitrogenadas o vitaminas) factor de crecimiento = requerimiento nutricional un nutriente/sustancia que tenemos que facilitar al organismo para que pueda desarrollarse bien siempre son aminoácidos (hacer proteínas) o bases nitrogenadas (ácidos nucleicos) o vitaminas (encimas) Clasificamos los organismos en categorías nutricionales en base a la fuente de energía, fuente de electrones y fuente de carbono que utilizan categorías nutricionales (grupos o tipos tróficos)
- fuente de energía
- luz: FOTOTROFOS (poseen pigmentos que permiten captar la luz)
- química: QUIMIOTROFOS
- fuente de electrones
- compuesto orgánico: ORGANOTROFO
- compuesto inorgánico: LITOTROFOS
- fuente de carbono (única fuente de carbono)
- utilizan CO 2 como alimento: AUTÓTROFOS
- compuestos orgánicos para crecer: HETERÓTROFO Según la fuente de energía, distinguimos los fotótrofos de los quimiotrofos En base a la fuente de electrones, existen los organotrofos y los litotrofos En base a la fuente de carbono, los autótrofos se diferencian de los heterótrofos
Combinando los tres factores mencionados, obtenemos el nombre de las categorías
nutricionales en las que podemos situar cualquier especie viva
ej fotolitoautótrofos, quimioorganoheterotrofos
C. Crecimiento microbiano
aumento del número de células (no de tamaño) La mayoría de las bacterias se dividen por fisión binaria dando lugar a dos células hijas idénticas célula duplica su material genético y a partir de aquí los cromosomas circulares se separan, la célula crece hacia el doble de su tamaño y se forma un septo y se dividen en 2 → bacterias que se dividen por fisión binaria tienen un crecimiento intercalar lo que significa que se añade membrana por muchos puntos El tiempo de generación, o de duplicación, es el tiempo necesario para que una célula se divida en dos 1 célula → 2 celulas: 1 generación el tiempo de generación depende de los nutrientes, las condiciones ambientales y su genética Las bacterias gemantes se dividen por gemación mediante una división asimétrica, dando lugar a una célula hija totalmente nueva mientras que la madre retiene su identidad original crecimiento polar y asimétrica de la célula hija
En algunos casos, las yemas se forman a partir de hifas
célula madre que produce un filamento, la hifa. crecimiento polar
Ejemplo del crecimiento exponencial de una célula con un tiempo de generación de
20 minutos
no puede ser un crecimiento exponencial porque sino habría demasiadas bacterias (x veces la tierra) La curva de crecimiento bacteriano se divide en 4 fases: fase de latencia, fase de crecimiento exponencial o logarítmico, fase estacionaria y fase de muerte
- al principio el número de células no aumenta: fase de adaptación (lag) , bacteria tienen que adaptarse a las condiciones ambientales, empezará a transcribir los genes
- fase de crecimiento exponencial (log phase) : la bacteria crece a la max velocidad que puede a nivel genético en ese ambiente
- el crecimiento deja de aumentar y poco a poco se entra en la fase estacionaria , crecimiento de cel que se multiplican se mantiene estable , motivo: empieza a faltar nutriente y/o se puede empezar a acumular productos tóxicos de la propia bacteria o por una acidificación del medio, las células cambian, se vuelven + pequeñas, si pueden esporular producirán esporas
- finalmente fase de muerte: num de cel disminuye en periodos constantes
El metabolismo primario se da en la trofofase, mientras que el secundario en la idiofase trofofase : se solapa bastante con la fase de crecimiento exponencial, fase de alimentación, bacteria tiene suficientes nutrientes durante lo que predomina es el metabolismo primario idiofase : fase de crecimiento estacionario, tenemos el metabolismo secundario (no son exactas las fases) metabolismo primaria: (trofofase) las reacciones químicas cel que sirven para producir compuestos celulares y crecen. y productos derivados para producir energía metabolismo secundario : (idiofase) metabolitos secundaria: antibióticos, toxinas, pigmentos. Valor ecológico
D. Medios de cultivo para microorganismos
Un medio de cultivo es la solución acuosa con los nutrientes necesarios para promover el crecimiento de los microorganismos Según su consistencia, distinguimos entre medios líquidos o caldos, medios semisólidos y medios sólidos fotolitoautótrofos - CO 2 Según su composición tenemos medios definidos (o sintéticos), medios semisintéticos y medios naturales medios definidos o sintéticos: los que conocemos la estructura química de todos los componentes medio semisintético: a parte de estructura química conocida se añade algún tiempo de sustancia orgánica compleja como factor de crecimiento, para que aporte aminoácidos, vitaminas o bases nitrogenadas medio natural: solo con productos naturales ya sea animal o vegetal Según su uso, tenemos medios generales, enriquecidos, de enriquecimiento, selectivos, diferenciales, cromogénicos, fluorogénicos y, de transporte y mantenimiento medios generales: permiten el desarrollo de una gran variedad de microorganismos y no contienen ningún agente selectivo 8 TSA: tripticasa soja agar - TSB: tripticasa soja broth (caldo) - PDA: agar patata dextrosa
- Agar/Caldo de Sabouraud medios enriquecidos: se usan para cultivar microorganismos fastidiosos (de difícil cultivo) ya que contienen factores de crecimiento especiales Agar sangre= TSA + 5% sangre
medios líquidos o medios semi sólidos que mantienen la humedad Existen algunas bacterias parásitas intracelulares, que no crecen en medios de cultivo y precisan de células vivas para su desarrollo dos grupo de bacterias: clamidias, rickettsias hay bacterias que no se pueden cultivar
E. Incubación de microorganismos
La presencia y el éxito de un organismo o grupo de organismos en un ecosistema depende tanto de sus necesidades nutritivas como de la tolerancia ambiental Según la ley de tolerancia de Shelford, hay límites superiores e inferiores para los factores ambientales dentro de los cuales un organismo puede prosperar para cada factores ambientales los organismos tienen unos límites de tolerancia para cada factor hay un nivel max y min de crecimiento óptimo: donde organismo se encuentra mejor Con esto, según las condiciones se puede saber seguro que microorganismos no estarán ya que no pueden crecer. Ejemplos de límites de tolerancia de la vida microbiana en general (no estudiar) Los organismos que viven en los extremos para algún parámetro son llamados extremófilos. Por ejemplo: los barófilos viven en presiones muy elevadas, los oligotrofos viven en ambientes con pocos nutrientes, ambientes muy diluidos; también encontramos organismos que viven en extremos de T, pH, etc. 4 parámetros:
- La temperatura (T):(de + a - t óptima de crecimiento)
- hipertermófilos/ mesófilo/ psicrófilo/ (psicrotrofo o psicrotolerante)
- pH
- alcalófilas/ neutrófilo/ acidófilo
- potencial redox [O 2 ] ambiental
- aerobios/ microaerófilo/ anaerobio/ (anaerobio facultativo) - disponibilidad de agua
- [NaCl] → halófilo (halotolerantes)
- [azúcar] → osmófilos
- ambientes secos → xerófilo La temperatura es uno de los factores ambientales más importantes que afectan el crecimiento y la supervivencia microbiana
La incapacidad de crecer a una determinada temperatura no implica
necesariamente la muerte del microorganismo.
Según la temperatura óptima de crecimiento, clasificamos los organismos en
diferentes categorías.
● psicrófilos viven en ambientes permanentemente fríos (sin superar los 20ºC) ● psicrótrofos (se alimenta del frío) = psicrotolerante (tolera el frío) son organismos mesófilos que pueden crecer a temperaturas bajas
El suelo puede permitir el crecimiento
de psicrófilos temporalmente.
● mesófilos están muy extendidos en la naturaleza ● termófilos suelen tener una temperatura óptima de crecimiento superior a los 45ºC ● hipertermófilos suelen poseer una temperatura óptima de crecimiento alrededor de los 80ºC Generalmente los microorganismos no pueden crecer a valores extremos de pH porque deben mantener un pH intracelular cercano a la neutralidad ● acidófilos extremos pueden vivir en valores de pH muy bajos ● neutrófilos están muy extendidos ● alcalófilos más extremos viven a pH 11
La formación de las biopelículas (o biofilm) incluye varias etapas 5 fases, se forman en ambiente húmedo
- células en estado planctónico que entran en contacto con una superficie y se adhieren. etapa reversible
- si la células se agrupan entre ellas, pierden los flagelos y la unión es irreversible → cambia de fenotipo
- células se multiplican y empieza a producir la matriz
- fase de maduración de la biopelícula, crece en grosor y las células que lo habitan se “adaptan” a su entorno → expresan unos genes u otros
- si la biopelícula adquiere a un determinado grosor podrá desprenderse parte de el biofilm y por tanto tendremos células libres planctónicas que podrá ir a colonizar otros lugares
Para la formación de la biopelícula, una vez se
han establecido sobre una superficie, las células
bacterianas se multiplican dando lugar a
microcolonias y posteriormente al biofilm
Una biopelícula puede admitir que otras especies entren a
formar parte del mismo
Vivir en una biopelícula ofrece protección y facilita el acceso a nutrientes, así como la comunicación intercelular
- comunicación química entre genes
- intercambio de genes
- protección a desinfectantes o antimicrobianos , evitar ser arrastrado
Mecanismos de tolerancia de las biopelículas
- fenotípicamente diferente, + o - sensibles a un antibiótico
- cel paradas por lo tanto antibióticos no afectan (afectan cuando están activas)
- Ambientes alterados: zonas donde los nutrientes están a diferentes concentraciones, lo que provoca que tengan funciones diferentes, diversidad en la actividad Baia penetración: efecto barrera,
Respuesta al estrés: si penetra antibiótico, se puede llegar a formar genes de resistencia Persistentes: células inactivas, que se vuelven tolerantes al antibiótico, pero solo en ese ambiente, en otro sitio si serían sensibles.
- El mismo fluido vaya diluyendo al agente desinfectante
- Ambientes alterados : zonas donde los nutrientes están a diferentes concentraciones, lo que provoca que tengan funciones diferentes, diversidad en la actividad
- Baja penetración : efecto barrera,
- Respuesta al estrés : si penetra antibiótico, se puede llegar a formar genes de resistencia
- Persistentes : células inactivas, que se vuelven tolerantes al antibiótico, pero solo en ese ambiente, en otro sitio si serían sensibles.
- El mismo fluido vaya diluyendo al agente desinfectante Muchas veces la formación de biopelículas nos provoca un impacto negativo El desarrollo de las biopelículas es un comportamiento social de las bacterias que implica la comunicación entre ellas, la percepción de quorum quorum sensing = mecanismo que depende de la densidad celular consiste en que cuando se llega a una determinada densidad cel todas las cel de una forma sincrónica, al mismo tiempo, empiezan a expresar unos mismos genes para una función en concreto que solo sirve si están en grupo es importante para producir enfermedad
