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CAPITULO 1
HISTORIA DE LA BACTERIOLOGÍA
Introducción
La historia de la bacteriología forma parte de la historia del desarrollo de la microbiología, Por lo que inicialmente abordaremos los principales antecedentes del desarrollo de esta ciencia.
DESARROLLO DE LA MICROBIOLOGÍA
El desarrollo de la microbiología, comienza en los orígenes mismos de la historia del hombre, ya que, siendo los MICROBIOS , los acompañantes cotidianos del organismo humano en todo este largo proceso de existencia, fueron siempre la causa constante de enfermedades infecciosas y muerte de millones de habitantes en el mundo, obligandonos a su estudio , su conocimiento, su profundización y como consecuencia su desarrollo. A continuación, presentamos un resumen de todo este proceso: La palabra microbiología , proviene de los vocablos griegos: Micros que significa pequeño, Bios = vida y Logos = estudio o tratado. Es una ciencia biológica, que tiene por objeto el estudio de los seres microscópicos denominados microbios o microorganismos, su interacción de estos con otros organismos: animales, vegetales y con el medio ambiente. El desarrollo y especialización de esta ciencia, ha sido posible gracias a su clasificación en diferentes ramas del conocimiento microbiológico tales como: Microbiología industrial, agrícola, médica , sanitaria, veterinaria, etc., todos ellos actualmente estudiados por separado. La microbiología médica a su vez, ha sido subdividido en 4 disciplinas: Bacteriología (estudio de las bacterias), Micología (de los hongos), Virología , (los virus) y Parasitología (trata los protozoarios y metazoarios). Esquema Nº 1. Disciplinas de la microbiología médica
Microbios o microorganismos
Estos términos tienen una acepción muy amplia, porque con ellas se engloban a todos los seres minúsculos difundidos en la naturaleza, como son las bacterias, protozoos, hongos, algas y virus visibles únicamente con la ayuda del microscopio.
Clasificación biológica de los microbios
Cuando se inició el estudio de los microorganismos (inicios del siglo XIX), los microbios recién descubiertos, fueron clasificados dentro el modelo familiar de dos reinos: el animal y el vegetal ; basándose en algunas de las siguientes características: su parecido estructural, su capacidad fotosintética, su movimiento, etc.; Por ejemplo: los protozoarios, por tener un membrana flexible y movimiento activo, fueron clasificados en el reino animal; las algas, por ser fotosintéticas y poseer una pared celular rígida, fueron considerados dentro los vegetales; los hongos, por su estructura de crecimiento ramificado también fueron registrados dentro los vegetales, así como las bacterias por presentar especies fotosintéticas y de bipartición transversal igual que los hongos, fueron encajados dentro este mismo reino. Esta simple clasificación en plantas y animales, fue motivo de muchas controversias, pues, como es sabido, los hongos y la mayor parte de las bacterias no son fotosintéticos para ser considerados vegetales, así como también, muchas bacterias son móviles al igual que las esporas de los hongos y algas, por lo que también tendrían que ser considerados en el reino animal. Dentro este marco de disyuntivas, se observó que existía un carácter que los definía y a su vez los diferenciaba de los animales y vegetales, y era su organización biológica elemental, pues la de los animales y vegetales era mucho más compleja que la de los microbios. Los animales y vegetales son seres pluricelulares constituidos por células diferenciadas que se organizan formando tejidos con funciones especializadas que constituyen los órganos, y no pueden considerarse sus células como unidades independientes. Los microbios, en cambio, en su gran mayoría son seres unicelulares, aunque existen microbios con estructura multicelular compuestas por células indiferenciadas, estos al asociarse no forman tejidos con funciones especializadas, sino que cada una de ellas constituye un organismo completo e independiente dotado de capacidad de crecimiento y reproducción. Por ello el zoólogo alemán Haecke l en 1866 propuso como solución la creación de un tercer reino biológico denominado Protista , que incluiría a todos los seres vivos dotados de una organización biológica elemental. Más tarde, con la ayuda del microscopio electrónico se pudo estudiar la estructura celular de los protistas, llegándose a la conclusión de que estos organismos estaban constituidos por dos tipos de células: MICROBIOLOGÍA MÉDICA BACTERIOLOGÍA MICOLOGÍA VIROLOGÍA PARASITOLOGÍA
Procariótica y eucariota. Lo que permitió posteriormente subclasificarlos en: 1.- Protistas inferiores 2.- Protistas superiores 1.- Los protistas inferiores, llamados también procariotas (del latín pro = primero, y del griego karyon = núcleo), se caracterizan por presentar un solo cromosoma, carecer de membrana nuclear y organitos citoplasmáticos; están representadas por las bacterias. Fig. N° 1. Protista inferior o procariota (Fuente: www. Genomasur.com ) 2.- Los protistas superiores, llamados también eucariotas (del griego eu = verdadero; karyon = núcleo), están constituidas principalmente por un verdadero núcleo, múltiples cromosomas, organitos citoplasmáticos y un aparato mitótico que permite la equipartición cromosómica entre los núcleos hijos; están representadas por los protozoos, hongos y algas. Fig. N° 2. Protista superior o Eucariota (Fuente: www.naturalezayespiritualidad.blogspot.com) Evidenciándose con ello, que los eucariotas tienen una estructura celular más compleja que los procariotas; por esto se afirma, que en la relación evolutiva de los seres vivos, los procariotas son los antecesores a los eucariotas, cuya brecha evolutiva entre ambas, habría producido las bacterias verde azules conocidas como cianobacterias, quienes por su fotosíntesis y la liberación de oxígeno del agua proporcionaron las condiciones atmosféricas necesarias para la respiración y supervivencia de los eucariotas. Posteriormente, otros autores propusieron la creación de más reinos biológicos, como Copelad en 1956 , quien introdujo un cuarto reino denominada Monera , que separaba a las bacterias y cianobacterias de los demás microbios. Finalmente en 1969 Whittaker propuso un sistema de cinco reinos aceptada actualmente: Fig. N° 3. Clasificación biológica de los seres vivos (Fuente: www.personales.com )
1. Reino Monera.- Está formado por organismos procariotes, con división celular binaria, comprenden las bacterias. 2. Reino Protista. - Está constituido por organismos eucariotes con división celular por mitosis, lo conforman los protozoarios. 3. Reino Fungi. - Son seres eucariotes, se reproducen por división sexual y asexual y no forman tejidos, aquí se encuentran los líquenes, las algas aclorofíceas y los hongos, estos últimos por no poseer clorofila ni otro pigmento fotosintetizante, no formar verdaderos tejidos, no presentar celulosa en su pared celular y no almacenar almidón como las plantas, fueron definitivamente separadas del reino vegetal. 4. Reino Vegetal. - Lo forman organismos autotróficos, fotosintetizantes, multicelulares y con organización tisular, aquí se incluyen los vegetales superiores y las algas clorofíceas. 5. Reino Animal. - Está formado por seres heterotróficos, multicelulares y con organización tisular altamente diferenciada, comprende los seres vivos que pasan por el estadio de gástrula. Fig. N° 4. Haeckel (izq,) y Whittaker (Der.) Zoologos naturalistas (Fuente: www. Ecologismo.com )
primitivo de célula; este periodo se denominó Evolución biológica precelular. Posteriormente estas estructuras precelulares, evolucionaron a organismos mucho más complejas, formándose el grupo procariotico ancestral. De esta relación se desprende que el inicio de la vida, está muy ligado al origen de los microorganismos que evolucionaron a partir de estas formas precelulares, que supone la formulación de procesos relativamente sencillos o relativamente complejos que permitieron a través del proceso evolutivo estructurar toda una arquitectura compleja conocida como célula. Que en la actualidad se puede observar ese tronco común, por el legado que dejaron a todos los seres vivos: las moléculas de ADN y ARN además del comportamiento y estructura celular, por ejemplo las células ciliadas de nuestros epitelios, o los mecanismos bioquímicos anaeróbicos a los que recurren nuestras fibras musculares luego de un esfuerzo y falta de oxígeno. Fig. .Nº 7. Oparin (Izq.) y Haldane (Der.), defensores de la teoría de la evolución precelular y origen de la vida. (fuente: wwwinformatica4sisante.blogspot.com). Las hipótesis de Haldane y Oparin recibieron considerable apoyo cuando Miller y Urey demostraron que era posible la formación de varios aminoácidos en cantidad detectable mediante la acción de una descarga eléctrica sobre un gas que simulaba el gas existente en la atmósfera en las primeras épocas de la tierra (mezcla de vapor de agua, amonio, metano e hidrógeno). Posteriormente, otras investigaciones similares, han producido sustancias tan complejas como las bases de los ácidos nucleicos, polinucleótidos y polipéptidos (Componentes estructurales esenciales de una célula). Fig. Nº 8. Miller (Izq.) y Urey (Der.) Utilizando un instrumento fabricado por ellos, demostraron en laboratorio que era posible la formación de subunidades constituyentes de una célula, similar a lo que podría haber ocurrido hace varios billones de años en la tierra. (Fuente: www.experimentosdemiller-urey.blogspot.com). Esquema Nº 2. Periodos de la evolución precelular y origen de la vida EVOLUCIÓN PREBIÓTICO QUÍMICO (Interacción de gas, agua, rayos ultravioleta y calor volcánico para formar compuestos orgánicos) EVOLUCIÓN BIOLÓGICA PRECELULAR (Formación de elementos precursores. Virus? FORMACIÓN DEL GRUPO PROCARIOTICO ANCESTRAL
Sin embargo la explicación del origen de la vida, no solamente se encierra en los planteamientos anteriormente citados, sino que actualmente, también se busca los orígenes en el ámbito extraterrenal, debido a la posibilidad de la caída a la tierra de agua y substancias prebióticas o microorganismos extraterrestres a través de meteoritos y cometas.
Datos históricos sobre la evolución de la
microbiología
Como datos históricos sobre la evolución de la microbiología podemos mencionar los antecedentes más trascendentales que se relacionan con la acción patogénica de algunos microorganismos que marcaron la vida de nuestros antepasados, y la búsqueda incesante de cada uno de sus agentes causales. Referirnos por ejemplo al azote de una seria de enfermedades infecciosas como el cólera, la viruela, la peste y otras, que en forma epidémica afectó a continentes enteros, como el Asia, África, Europa y América, diezmando la vida de millones de seres humanos. Estas enfermedades microbianas se propagaron extensamente en los países de Europa y Asia durante las cruzadas; en el que por ejemplo, la peste negra diezmó ciudades enteras, provocando la muerte de una cuarta parte de la población Europea. No muy lejos de este grupo de epidemias, existieron también otras enfermedades infecciosas como la tuberculosis, gonorrea, sífilis, lepra, diarreas, poliomielitis, neumonía y otras, que en forma lenta, han acompañado al hombre como un problema cotidiano en el transcurso de su desarrollo. En esa época, la gente ignoraba la causa de estas enfermedades y la forma de cómo luchar contra ellas. Por lo que surgieron una serie de explicaciones sobre estas enfermedades.
Origen de las enfermedades
La gente de aquella época (edad media), tenía los conceptos y creencias más absurdas sobre las causas, vías de transmisión y los medios de lucha contra dichas enfermedades; Por ejemplo, los Hebreos y los Griegos, creían que dichas plagas, eran castigos de Dios, para los hombres por sus pecados, donde la curación y lo que es más importante, la prevención de estas enfermedades se buscaban por medio de sacrificios y purificaciones destinadas a aplacar la furia de los Dioses. Y aquellos que cuestionaban estas creencias basados en la ciencia de la experiencia, eran considerados brujos y por tanto sujetos a persecución y castigo por parte de la iglesia. Sin embargo, incluso en ese entonces, el concepto de contagio y la práctica de las normas de higiene no eran totalmente desconocidos. Por ejemplo, en las escrituras del viejo testamento de la biblia, ya se señalaba la creencia de que la lepra es contagiosa y puede transmitirse por contacto de una persona a otra. Posteriormente destacados sabios de aquella época como Hipócrates (460 – 377 a.d.J.), Varrón (116 – 27 a.d.J.), Lucrecio (95 – 55 a.d.J.), Galeno (131 – 201 d.d.J.) y otros; postularon que las enfermedades se contagiaba mediante criaturas invisibles , por tanto el concepto de contagio ya era familiar para los escritores griegos, romanos y árabes. Roger Bacón en el siglo XIII, postuló que criaturas vivientes e invisibles producían enfermedades. En 1546 un veneciano llamado Jerónimo Fracastorius en su libro: De Contagione , analiza las epidemias de distintas enfermedades, llegando a la conclusión de que estas se transmiten de persona a persona a través de gérmenes vivientes llamadas seminaria morbi o semillas de la enfermedad. Libro con el que nace la ciencia de la epidemiología. Fig. Nº 9. Hipócrates (Izq.) y Galeno (Der.), postularon que el contagio de las enfermedades se producía por criaturas invisibles. (Fuente: www.asocae.org y www.pt.ars-curandi.wikia.com ). A pesar de los argumentos fundamentados sobre la existencia de dichos seres microscópicos, éstos no fueron seriamente admitidos hasta que fueron vistos con el microscopio. Como quien dice “ver para creer” Al respecto recordar, que a principios del siglo XVII, durante el periodo de la revolución industrial y gracias a los logros de la óptica, recién se pudo visualizar la existencia de ese mundo microbiano tan reclamado. Así, en 1590, Hans y Saecharias Jansen, pulidores de cristal, diseñaron y construyeron un aparato con lentes de aumento, que permitió divisar objetos pequeños.
similar. Sin embargo, la cuestión no fue aceptada por todos. Cuando se descubrieron los microbios, su relación de estos con la putrefacción y la fermentación, hizo que se planteara nuevamente el problema de la generación espontánea. En ese entonces, John Needhan en 1749, observó la aparición de microorganismos en la carne en procesos de putrefacción e interpretó este hecho como una generación espontánea. Este problema empezó a resolverse en el siglo XVIII gracias a los cuidadosos experimentos de un monje italiano. Lázaro Spallanzani (1730- 1800), que introdujo el uso de medios de cultivo estériles. Este investigador demostró que un líquido putrescible, tal como una infusión de carne, podría conservarse indefinidamente si se hervía y se tapaba bien (ver fig. N° 14); estos datos fueron duramente combatidos por Needhan y posteriormente por Pouchet (1859), argumentando que era necesario el acceso de aire para la generación espontánea de los seres vivientes microscópicos. Posteriormente, Schulze, Schwann, Schroeder y Von Dusch pudieron comprobar que, si la infusión hervida se protege del aire directo, en un recipiente donde se haga pasar el aire a través de un tubo calentado o de un filtro de algodón, colocado en el cuello del matraz, no se desarrollan microorganismo alguno, demostrando así, que la fuente de contaminación era el aire por las partículas de polvo que contenían microbios. A pesar de ello, Pouchet, inconforme, reclamó el poco aire que se aportaba a la infusión; Entonces aparece Luis Pasteur (1822- 1895), preparó la infusión de carne hervida en un recipientes que terminaban en tubos en cuello de cisne, largos y delgado que dejaban pasar bastante aire, tal como reclamaba Pouchet, en estos tubos las partículas de polvo contaminados con microbios eran atrapadas por la humedad de la condensación del cuello del matraz; con la que consiguió mantener estériles las infusiones, pero si se rompía el cuello, facilitando el paso directo del aire y partículas de polvo, se contaminaba el medio de cultivo. No conformes sus opositores se ingeniaron utilizando esta vez como infusión, heno (en tanto que Pasteur empleaba extracto de levadura en sus demostraciones), el heno contenía microorganismos resistentes al calor, los mismos que no morían con la ebullición, en consecuencia la infusión estaba repleta de microbios. Como respuesta a este nuevo desafío aparece el físico británico John Tyndall, en 1877, el mismo que, recurrió a un calentamiento y enfriamiento discontinuo de la infusión para destruir dichas bacterias (tindalización), manteniéndose nuevamente estéril la infusión Fig. Nº 14. Needhan (Fuente: www.es.wikipedia.org ) y Lázaro Spallanzani (Fuente: www.spallanzani-digestion.skyrock.com) y sus experimentos sobre la generación espontánea
Fig. Nº 15. Demostración de Louis Pasteur: los balones con cuello de cisne evitan la Jhon Tyndall (Fuente: www.twitter.com ). Contaminación de las infusiones (Fuente: www.juanmacabrera.wordpress.com ). Ese mismo año (1877), Ferdinand Cohn demostró la existencia de bacilos esporulados en el heno ( Bacillus subtilis ), resistentes a la ebullición, para lo cual se construyó un equipo que además de elevar la temperatura a 120 grados centígrados, proporcione presión atmosférica y humedad al mismo tiempo (autoclave), que destruiría estas formas microbianas resistentes. Con lo que se concluye definitivamente esta larga historia. Fig. Nº 16. Ferdinand Cohn constructor del autoclave (Fuente: www.timerime.com). b) Fermentación de las sustancias Al haberse demostrado que la vida proviene de la vida (Biogénesis) y no es generada espontáneamente a partir de materiales no vivos (abiogénesis), no fue difícil probar que los procesos fermentativos no eran más que la consecuencia del desarrollo de microorganismos y que las diversas fermentaciones se debían a la acción de las diferentes clases de microbios Más tarde al estudiar las enfermedades del vino y la cerveza, se observó que éstas se debían a fermentaciones secundarias, debido a la contaminación con otros microorganismos. Estas contaminaciones se evitaban, sometiendo los caldos del vino y la cerveza a la acción del calor, procedimiento denominado posteriormente como pasteurización. La semejanza de los procesos fermentativos con las enfermedades infecciosas hizo que pronto se considerara el papel causal de los microorganismos y se admitió la teoría microbiana de las enfermedades infecciosas, que rápidamente fue admitida por gran número de médicos y biólogos.
Teoría microbiana de la enfermedad
Como se sabe a través de la historia, las enfermedades infecciosas han constituido la carga más pesada para la humanidad, porque, no solo era la causa principal de muerte, sino, porque éstas principalmente afectaban a los niños y jóvenes. Además por su naturaleza epidémica, las infecciones han desmantelado y aterrorizado a los pueblos y han determinado el destino de los ejércitos y de las naciones; así, por ejemplo, la viruela permitió a unas pocas docenas de españoles destruir la floreciente civilización mexicana. Para demostrar la teoría microbiana de la enfermedad hubo que recurrir a una serie de pruebas experimentales, que se fueron acumulando lentamente a través de la historia de la humanidad, ésta teoría es sostenida por tres componentes: Transmisión de la infección, su prevención y finalmente, la identificación de los agentes causales. 1.- Transmisión de la infección .- El famoso cirujano John Hunter, al inocularse material purulento procedente de un enfermo con gonorrea, demostró heroicamente en el siglo XVIII la transmisión de la infección. Por desgracia para él, también paralelamente se transmitió la sífilis que sufría el paciente. En 1840, el médico Oliver Wendell Holmes denunciaba que una forma de transmitir indirectamente una infección era cuando los médicos obstetras visitaban a varias enfermas seguidas sin lavarse las manos, por lo que serían los responsables del incremento de las sepsis puerperal, que era una causa frecuente de muerte materna. El empleo de animales de experimentación en estos estudios se introdujo algo más tarde; por ejemplo, en 1857 Brauell encontró el bacilo del ántrax en la sangre de un ser humano y transmitió la enfermedad a una oveja. Obermeir, en 1873 observó formas espiraladas en la sangre de un paciente con fiebre recurrente y reprodujo la enfermedad en un ser humano al que inyecto con sangre infectada. En 1854, John Snow, en Londres, investigó y localizó un foco epidémico de cólera en la actualmente
con el científico Cagñard La Tour, con él conoce las fermentaciones. Al presentarse algunos problemas que lesionaban la economía de su país, se dedicó a la investigación y la búsqueda de soluciones. Fig. Nº 1 9. Luis Pasteur, autor de varios descubrimientos entre ellos la vacuna antirrábica (Fuente: www.biography.com). 1.- Para el denominado torcido de los vinos (transformación del vino en vinagre), descubrió, que existían distintos microbios asociados a diferentes tipos de fermentación, por ejemplo, unas de forma oval o esférica de tamaño variable (llamadas levaduras), realizaban fermentación alcohólica y otros en forma de pequeños bastoncitos (lactobacilos), ejecutaban una fermentación láctica (descubrimiento de la respiración anaerobia). Llegando a la conclusión de que los microbios contaminantes del vino (lactobacilos), al multiplicarse rápidamente y realizar fermentación láctica, transformaban el vino en vinagre, Por lo que Pasteur recomendó calentar el vino, para matar los microbios contaminantes y de esta manera conservar sano el vino. Todo el mundo conoce hoy día este pequeño truco con el nombre de pasteurización. De estas observaciones, Pasteur dedujo, que determinados microbios desempeñarían cierto papel en las enfermedades que afectaban al hombre. 2.- Descubrió la vacuna anti carbuncosa, que consistió en utilizar bacilos atenuados del propio carbunco (Bacillus anthracis), provenientes de cultivos viejos, que eran administrados a los animales enfermos en dos dosis, la primera dosis de bacilos atenuados tenia escasa virulencia, solo podía matar ratones, luego de 12 días se administraba la segunda dosis cuya virulencia podía matar conejillos de indias, ésta dosis lograban inmunizar los animales contra la enfermedad. Y para comprobar su eficacia Pasteur, el 31 de mayo de 1881 en Pouilly-le- Fort, inoculó a los animales vacunados una dosis mortal del carbunco, los mismos que resistieron la enfermedad. 3.- Otro problema al que se dedicó, fue la enfermedad del gusano de seda llamada Pebrine, causadas por un hongo denominado Botrytis bassiana (en honor de su descubridor: Agostino Bassi), que estaba arruinando la industria de seda francesa. Al respecto Pasteur recomendó aislar los gusanos sanos e incinerar los demás y si era preciso, importar otros gusanos de china o Japón. 4.- Descubre la vacuna antirrábica, que consistió en utilizar virus atenuados provenientes de cerebros desecados de conejos muertos por rabia, desde 14 días, 13, 12, 11, etc., hasta un día de desecado, los mismos eran inoculados en las personas, primeramente los desecados por 14 días, luego el de 13 días, hasta llegar al de un día, de esta manera se lograba inmunizar contra esta terrible enfermedad. La primera vacuna antirrábica que realizó Pasteur fue al niño José Meister de 9 años de edad, el 6 de Julio de 1885. 5.- Descubre 4 métodos para atenuar microorganismos y convertirlos en vacunas útiles: envejecimiento de los cultivos (cólera de los polluelos), cultivo a altas temperaturas ( Bacillus anthracis ), pases a través de otras especies huéspedes (erisipela de los cerdos) y secado de médula espinal de conejo muerto (rabia), con lo que se logró seleccionar los mutantes menos virulentos y destrucción de los microorganismos virulentos con retención de su capacidad inmunizante. Roberto Koch, nació en Wolstein, Alemania en 1843 , y fallece en 1910. Fig. Nº 20. Roberto Koch, descubrió al agente causal de la tuberculosis (Fuente: www.pt.wikipedia.org). Sus principales descubrimientos son: 1.- En 1876, aisló en cultivo puro al bacilos del carbunco ( Bacillus anthracis ), utilizando como medio de cultivo el humor acuoso del ojo de buey e inoculó en ratones, reproduciendo de esta manera la enfermedad del carbunco, descubrió que dichos bacilos tenían esporas que contaminaban los pastos de las praderas donde se alimentaban los animales, transmitiéndose de esta manera la enfermedad de un animal a otro. 2.- El 24 de marzo de 1882, presento su descubrimiento del bacilo de la tuberculosis, donde expuso metodológicamente este hecho, lo que actualmente se conoce como: Los postulados de Koch.: a) El microorganismo se encuentra siempre en las lesiones de la enfermedad. b) Puede ser aislado en cultivos puros en medios artificiales.
c) La inoculación del microorganismo aislado por cultivo, en animales de experimentación, debe reproducir la misma enfermedad. d) El agente patógeno puede recuperarse a partir de las lesiones producidas en estos animales. Estos criterios han sido muy valiosos para la identificación de los agentes patógenos, aunque no todos ellos se cumplen siempre: Ciertos organismos (entre ellos los virus) no crecen en medios artificiales, y otros son patógenos tan solo para el hombre. Fue el primero en utilizar medios sólidos a base de gelatina, caldo de carne como base nutritiva, preparado por Loeffler. En 1882 la esposa de uno de sus colaboradores sugiere el uso de agar-agar como solidificante, y en 1887 R.J. Petri (ayudante de Koch) inventa las cajas petri. Con la poderosa metodología desarrollada por Koch, él y los miembros de la escuela alemana, aíslan el bacilo tífico, diftérico, neumococo, estafilococo, estreptococo, meningococo, gonococo y bacilo tetánico. 3.- En 1884, descubre el Vibrión Colérico, causante del cólera en ocasión de una epidemia que se desarrollaba en Calcuta – Alejandría. En 1882, Ziehl y Neelsen desarrollan un método especial (ácido alcohólico) de tinción para Mycobacterias. En 1884 Hans Christian Gram, descubre la tinción diferencial que lleva su nombre: “Tinción de Gram”. Fig. N° 21. Hans Christian Joachim Gram, 1852 - 1938. (Fuente: www. medbiography.blogspot.com ). Ilia Méchnikov, en 1882 estudia los mecanismos de defensa del organismo, contra los agentes infecciosos. Contribuyendo de esta manera a la teoría de la fagocitosis, mediante un experimento realizado en las larvas transparentes de las estrellas de mar, en el que sus células mesodérmicas defendían el organismo de la estrella de mar, contra las sustancias extrañas que se introducían en ellas. Dichas observaciones sirvieron de fundamento para suponer que los leucocitos (fagocitos), y otras células del organismo humano también cumplen con esta misma función defensiva. En 1883, Méchnikov, expone su teoría de la fagocitosis, demostrando que la inflamación es una reacción activa del organismo contra los microbios patógenos. Fig. Nº 22. Ilia Méchnikov, expositor de la teoría de la fagocitosis (Fuente: www.probiosalud.com ). En 1892, Dimitri Ivanovski, descubre que la enfermedad, mosaico del tabaco, que provocaba grandes pérdidas económicas a Rusia, estaba causada por un virus, a partir de este acontecimiento, se estableció la explicación de que muchas de las enfermedades estaban causadas por este tipo de microorganismos. Fig. .Nº 23. Dimitri Ivanovski (Fuente: Piatkin, 1989 ). En 1891, Paul Ehrlich, demostró que un gran número de sustancias tóxicas o no, eran capaces de inducir la formación de anticuerpos. Desarrollando su célebre teoría de la inmunidad basada en las “cadena laterales”, según la cual la reacción antígeno-anticuerpo, base de la inmunidad humoral, se debía a una unión entre grupos químicos específicos, localizados en la superficie del antígeno y del anticuerpo, que presentarían estructuras complementarias. Fig. Nº 2 4 .Paul Ehrlich y la teoría de la inmunidad basada en la reacción antígeno-anticuerpo ( Fuente : www. wandylee.wordpress.com ). En 1910, Paul Ehrlich, y su colaborador Berthein, en la búsqueda de la bala mágica que curaría a los hombres de las diferentes enfermedades, después de combinar arsénico con benzol y otros compuestos, llegó a
CAPITULO 2
BACTERIOLOGÍA CLÍNICA
Definición de bacteriología
La bacteriología es una disciplina de la microbiología que tiene por objeto el estudio de los microorganismos llamados bacterias.
Bacterias
Microorganismos unicelulares denominados procariotas que se caracterizan por poseer un solo cromosoma, carecer de membrana nuclear, organitos citoplasmáticos y vacuolas digestivas y poseer reproducción asexual por división binaria transversal. La bacteriología es una disciplina amplia de la microbiología, que aborda el estudio de diversas especialidades relacionadas; como la bacteriología clínica, la industrial, la agraria, ambiental y otros. El contenido programático que nos ocupa, es la bacteriología clínica , encargada del estudio de las bacterias, que conviven con el hombre en forma saprófita o causando enfermedades infecciosas.
Relaciones de la bacteriología con otras
disciplinas
Ninguna disciplina científica puede desenvolverse aisladamente, se requiere el concurso de otras disciplinas con las que se relaciona en forma directa o indirecta; citaremos algunos ejemplos más cercanos: La bacteriología se relaciona con las demás disciplinas de la microbiología para estudiar la morfología y comportamiento, con la historia para rememorar acontecimientos más importantes que ocurrieron durante el desarrollo de la bacteriología y que actualmente permiten luchar de manera más efectiva contra diversos agente causales de las enfermedades infecciosas. Con la química , porque permite conocer la composición química, cambio químicos que sufren y producen al contactar con el organismo humano, materia orgánica e inorgánica, con la histopatología y la fisiología , porque nos permite observar las alteraciones celulares, de los tejidos, órganos y sistemas del organismo infectado. Con la farmacología para proporcionar el tratamiento farmacológico más adecuado, con las ciencias de la salud pública (epidemiología, administración sanitaria, Bioestadística y saneamiento ambiental), para luchar contra los focos de infección de carácter endémico y epidémico, recomendando las medidas profilácticas más adecuadas.
Importancia de su estudio
Es innegable el aporte de esta disciplina en el diagnóstico etiológico de numerosas enfermedades bacterianas, a través de exámenes directos, cultivos, antibiograma, pruebas serológicas y otros, que permitan identificar al agente causal y proporcionar el tratamiento correcto, recomendando las medidas profilácticas, para controlar las enfermedades y precautelar la salud de la comunidad.
Clasificación de las bacterias de importancia
clínica
En la Microbiología médica se ha adoptado la clasificación internacional de las bacterias, expuesta en el libro titulado: “Bergey Manual of determinative bacteriology” por Carlos Bergey, la misma incluye la clasificación de todas las bacterias del reino Procaryotae, subdividas en dos divisiones: I. división. Cianobacterias II. división. Bacterias Fig. Nº 2 8 .Carlos Bergey (Fuente: Piatkin, 1989 ). Para la Microbiología médica, el mayor interés lo representa la II división, compuesta de 19 grupos, que contiene la descripción de todas las familias, los géneros y las especies de bacterias patógenas y no patógenas. Sin embargo gran parte de esta división lo constituyen bacterias no patógenas para el hombre, que se encuentran distribuidas en la naturaleza habitando el suelo, las aguas dulces, saladas, servidas y los vegetales, que en general no son de gran significación en nuestro estudio; por lo que en la oportunidad clasificaremos a las bacterias desde el punto de vista clínico, acudiendo a un carácter exclusivamente didáctico y buscando la mejor comprensión del tema.
Cuadro N° 1. Clasificación de las bacterias de importancia clínica
B A C T E R I O L O G I A C L I N I C A
GRUPOS
BACTERIANOS
COCOS GRAM
POSITIVOS
GENEROS PRINCIPALES ESPECIES
Estafilococos Staphylococcus aureus, S. saprophyticus, S. epidérmidis. Estreptococos Streptococcus pyogenes, S. agalactiae, S. pneumoniae, Streptococcus grupo viridans, Enterococcus. COCOS GRAM NEGATIVOS Neisserias Neisseria gonorrhoeae, N. meningitidis, Moraxella catarrhalis. BACILOS GRAMNEGATIVOS (Enterobacterias y otros relacionados) Escherichia Escherichia coli Enterobacter Enterobacter aerógenes Klebsiella Klebsiella pneumoniae, oxitoca, ozaenae, rhinoscleromatis Shigellas Serogrupos: A, B, C, D. Salmonella Serotipos: Typhi, paratyphi, choleraesuis, enteritidis, Proteus Proteus vulgaris, P.mirabilis, P.penneri, P. myxofaciens Morganella Morganella morganii. Providencia Providencia stuartii, P. rettgeri, P. alcalifaciens, P. rustigiani. Citrobacter Citrobacter freundii Serratia Serratia marcescens Pseudomona Pseudomona aeruginosa Yersinia Yersinia pestis. enterocolítica. Pseudotuberculosis BACILOS GRAMNEGATIVOS CURVADOS Vibrio Vibrio cholerae Helicobacter Helicobacter pylori Campylobacter Campylobacter jejuni BACILOS GRAMNEGATIVOS NUTRICIONALMENTE EXIGENTES Haemophilus Haemophilus influenzae Haemophilus ducreyi Bordetella Bordetella pertusis Pasterurella Pasteurella multocida BACILOS GRAM POSITIVOS Corynebacterium (^) Corynebacterium diphtheriae Bacillus Bacillus anthracis BACILOS ANAEROBIOS ESPORULADOS Clostridium Clostridium perfringens, C. tétani, C. botulinum C. difficile BACILOS Y COCOS ANAEROBIOS NO ESPORULADOS Bacilos Gram negativas Bacteroides fragilis, Fusobacterium spp,Porphyromonas Prevotella, Mobiluncus. Bacilos grampositivas Propionibacteriun, Bifidobacterium, Actinomyces Lactobacillus Cocos Gram positivos y negativos Veillonella, Peptococcus, peptoestreptococcus BACILOS ACIDO ALCOHOL RESISTENTES Mycobacterias Mycobacterium tuberculosis, M. bovis ,M. atípicas M. leprae ESPIROQUETAS Treponema Treponema pallidum BACTERIAS Chlamydia Chlamydia trachomatis
CAPITULO 3
ESTRUCTURA CELULAR BACTERIANA La visualización de las estructuras y ultraestructuras de la célula bacteriana, solo es posible gracias a la ayuda del microscopio óptico y electrónico. Estos instrumentos utilizan una equivalencia de las dimensiones lineales que debemos conocer: a) Equivalencia de las dimensiones más utilizadas en el estudio de las estructuras bacterianas: Cuadro N° 2. Dimensión lineal y equivalencia DIMENSIÓN LINEAL EQUIVALENCIA 1 mm. 1.000 um. 1 um. 1.000 nm. 1 nm. 10 A b) Relación comparativa del poder de resolución entre el ojo humano, el microscopio óptico y el electrónico: Cuadro N° 3. Poder de resolución del ojo humano y el microscopio INSTRUMENTO PODER DE RESOLUCIÓN
CAPACIDAD
Ojo humano Desde 0.1 mm. Estudios macroscópicos de los organismos Microscopio óptico Desde 0.2 um. Observación de la estructura general de las células. Microscopio electrónico Desde 0.4 nm. Observación de la ultra estructura de las células (organelos, virus, etc.) Las bacterias a pesar de su aparente simplicidad estructural, son seres vivos extraordinariamente complejos, ya que cumplen con importantes funciones como el metabolismo y la reproducción al igual que organismos estructuralmente más complejos como los animales y vegetales. Investigaciones microquímicas y observaciones microscópicas, principalmente con la ayuda del microscópico electrónico, nos permiten conocer con bastante precisión la forma, tamaño, estructura, así como los componentes químicos de la célula bacteriana.
Morfología de las bacterias
La forma y el tamaño de las bacterias no son constantes, estas varían de acuerdo a su estado de desarrollo y la acción del medio ambiente: cambio de temperatura, presencia o ausencia de nutrimentos, cambios de pH (ácido-alcalino), presencia de agentes desinfectantes, antibióticos, etc. Según su aspecto exterior las bacterias se dividen en cuatros formas fundamentales:
- Esféricas (cocos)
- Bastonadas (bacilos)
- Encorvadas (vibriones)
- Espiraladas (espirilos) 1.- Cocos (del latín coccus = grano, microorganismo esférico), son bacterias de forma esférica, oval o lanceolada. Según su agrupación, los cocos se dividen en: a) Diplococos (del griego diplo = doble), se encuentra formando parejas, entre los más conocidos están los gonococos y meningococos, que se agrupan por sus caras planas o arriñonadas. b) Estreptococos (del griego strepto = cadena), cocos que se agrupan en forma de cadenas de distinta longitud (cortas y largas). c) Tetracocos (del griego tetra = cuatro), cocos que se agrupan en grupos de cuatro. d) Sarcinas (del griego sarcio = reuno), cocos que se agrupan en forma de paquetes compuestos por 8, 16 o más células. e) Estafilococos (del griego staphyle = racimo), los cocos se agrupan en grupos irregulares, en forma de racimos de uva. 2.- Bastonados (del griego bacterion = bastoncito), son formas bastonadas o cilíndricas. Estas formas bacterianas, suelen ser cortas y largas, generalmente tienen lados paralelos y sus extremos pueden ser redondeados, cortados o puntiagudos. De acuerdo a su morfología de agrupación, los bacilos o bastonados pueden ser: a) Diplobacilos.- Aquellos que se disponen en parejas a lo largo de la célula. b) Estreptobacilos.- Agrupación bacilar en forma de trenes. c) En paquetes.- Agrupación de bacilos en forma de paquetes de cigarrillo.
d) Letras.- Agrupación en forma de letras chinas. e) Globias.- Agrupación de bacilos en forma de remolino. 3.- Encorvadas Vibriones (del latín vibrión = flexiono), son células que tienen forma de coma. 4.- Espiraladas
- Espirilos (del latín spira = espiral), son formas curvas que tienen una o varias vueltas en espiral o en forma de ondulaciones. Fig. Nº 2 9 .Morfología de las bacterias (Fuente: www.juntadeandalucia.es ).
Tamaño de las bacterias
Las bacterias son los seres con vida libre de menor tamaño que existe en la naturaleza. Algunas son tan pequeñas que tienen el mínimo tamaño posible para constituir una forma de vida independiente. La gran mayoría de las bacterias esféricas tienen un diámetro entre 0,2 y 2 um y la mayoría de las bacterias alargadas tienen un ancho de 0,2 y 2 um por 1 a 10 um de largo. Las bacterias más pequeñas son las rickettsias, las clamidias y los micoplasmas con un promedio de 0,4 um, coincide con el tamaño de los virus más grandes, como los poxvirus; por el contrario existen bacterias alargadas cuya longitud es semejante al diámetro de una célula eucariota. Así el largo de un lactobacilo puede sobrepasar el diámetro de un eritrocito.
Estructura bacteriana
La estructura celular bacteriana observada de afuera hacia adentro está constituida de: Cápsula, pared celular, membrana citoplasmática, citoplasma, núcleo bacteriano, espora, flagelo, pili y fimbrias. Fig. N°30. Estrutrura general de las bacterias grampositivas y gramnegativas (Fuente: Koneman, 200 6 ).
1. Cápsula
La capsula es una capa que rodea estrechamente la célula bacteriana, tiene un espesor de 0,2 a 1 um, la misma varía según su fase de crecimiento, presencia o no de nutrimentos en su medio y la especie a la que pertenece. Las cápsulas son de mayor espesor durante la fase de crecimiento exponencial disminuyendo en las fases posteriores. Sembrados en medios nutritivos a base preferentemente de hidratos de carbono también aumentan de espesor. Así mismo, algunas especies como los Streptococcus pneumoniae presentan cápsulas de
La estructura química del Peptidoglucano está constituida por cadenas de aminoazúcares alternantes de N – acetil- glucosamina (N-A-G) y el ácido N- acetil- murámico (N-A-M ), ambos aminoazúcares se encuentran unidos por enlaces B- 1 - 4. El N – acetil murámico a su vez se encuentra unido a 4 aminoácidos generalmente en el siguiente orden: L – alanina le sigue D – glutamina, luego L – lisina y finalmente D – alanina; estas cadenas se unen a cadenas laterales paralelas, a través de puentes peptídicas de pentaglicina, que conectan el aminoácido D- alanina de una cadena con L.- lisina de la otra cadena. Fig. Nº 32. Representación esquemática de la unión entre las cadenas peptídicas del peptidoglucano en las bacterias grampositivas. La unión se produce mediante puentes interpeptídicos de pentaglicina, que conectan los aminoácidos D-alanina de una cadena con la L-lisina de la otra en Staphylococcus aureus ( Fuente : Jawetz, 1985). El ácido teicoico se encuentra en 2 formas: 1. Ácido ribitol teicoico y 2. Acido glicerol teicoico. El ácido ribitol teicoico se encuentra en la pared unida en forma covalente al peptidoglucano. El ácido glicerol teicoico (ácido lipoteicoico) se encuentra unida a los glucolípidos de la membrana celular bacteriana desde donde se extiende hasta la superficie de la pared, pasando a través de los poros de la capa de peptidoglucano. Los ácidos teicoicos al estar unidos a la membrana celular y pared, proporcionan estabilidad e integridad a la pared. Algunas especies de bacterias Gram positivas presentan otras capas (proteínas y polisacárido) por
encima del peptidoglucano; Por ejemplo los estreptococos B-hemolíticos del grupo A presenta una envoltura llamada proteína M que es un determinante importante de virulencia de estas bacterias, así mismo este grupo de bacterias también presentan el polisacárido C que les permite clasificarlos en diferentes grupos serológicos (A,B,C,F y G). Las paredes celulares de otras bacterias Gram positivas (y de algunas Gram negativas), tienen también un componente llamado capa-S como la del Bacillus anthracis que es su principal antígeno de su pared. Fig. Nº 33. Representación esquemática de la estructura de un segmento de la pared de las bacterias grampositivas_. (_ Fuente : www.ugr.es ).
Pared celular de las bacterias gramnegativas
El aspecto externo de la pared de las bacterias Gram negativas es rugosa y cerebriforme, tiene un espesor de 6 a 10 nm, está constituido por 4 componentes: a) Una capa de peptidoglucano b) Lipoproteína c) Membrana exterior d) Lipopolisacáridos. a) La capa de peptidoglucano de las bacterias gramnegativas es parecida al de los Gram positivos con la diferencia de que el aminoácido L – lisina es remplazado por otro denominado ácido meso- diaminopimélico (meso-DAP), además no presentan puentes de pentaglicina por consiguiente la unión de las cadenas paralelas es directa entre los aminoácidos D – alanina de una cadena y el ácido meso-diaminopimélico de la otra cadena. La capa de peptidoglucano de las bacterias gramnegativas es bastante “laxa”, es decir menos compactas que en los grampositivos, debido principalmente a que solo la mitad de las cadenas peptídicas del ácido N-acetil murámico están unidas a las cadenas de peptidoglucano paralelas y como ya mencionamos, esta unión es directa por falta del puente de pentaglicina.
