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MICROBIOLOGÍA
PARTE I: INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA. 10/09/
TEMA 1: INTRODUCCIÓN E HISTORIA DE LA MICROBIOLOGÍA.
1. Definición.
La microbiología es la ciencia que estudia a los microorganismos, es decir, a aquellos organismos que no son perceptibles al ojo humano para lo que se requerirá la observación mediante un microscopio.
2. Los microorganismos y el hombre.
Los microorganismos son capaces de producir enfermedades en el hombre aunque nosotros sólo seremos capaces de manejar a aquellos microorganismos que podamos cultivar. Así tenemos desde el punto de vista sanitario a: Microorganismos que no se relacionan con el hombre. Microorganismos beneficiosos para el hombre. Microorganismos patógenos que producen en el hombre una enfermedad infecciosa ya que estos pueden vivir en él al estar constituido también por materia orgánica.
MO patógenos enfermedades infecciosas
Desde el punto de vista de la enfermedad lo básico para la microbiología es: 1º. Identificar o diagnosticar la enfermedad infecciosa y quién la ha producido. Es importante ya que tenemos que saber quién produce la enfermedad para tratarla. Tipos de infección: Infecciones nosocomiales. Microorganismos de ambiente hospitalario. Huésped comprometido. Cadena de transmisión. 2º. El tratamiento, la cura y la prevención.
- El mejor tratamiento es evitar que la enfermedad se produzca;
- Vacunaciones: Obligatorias ya que si la población está protegida la repercusión de la enfermedad será menor. Se realizan utilizando microorganismos no virulentos.
- Quimioterápicos: Una vez que se ha producido la enfermedad esta se tiene que curar para lo cual se utilizan compuestos químicos. Sobre todo se utilizan los antibióticos que son sustancias producidas por microorganismos capaces de matar a otros microorganismos.
- Otras medidas preventivas como la higiene, el clorado de las aguas, etc.
Hoy en día el mayor problema se plantea con las infecciones nosocomiales o infecciosas sanitarias que se dan cuando: 1.- Surgen microorganismos en los hospitales resistentes a los antibióticos. 2.- En el hospital se concentran personas con diferentes enfermedades. 3.- Los mecanismos de transmisión son altos.
Interacción de los microorganismos con los seres humanos.
- Alimentación y la industria alimentaria. Los alimentos son elementos que sirven para la transmisión de enfermedades. Por ello, desde el punto de vista sanitario, se trata de que estos no transmitan enfermedades infecciosas y, desde el punto de vista industrial, se trata de que los alimentos no se estropeen mediante el calor, el frío, la desecación, la fermentación, radiaciones y aditivos. La fermentación, a su vez, es exclusiva de microorganismos así como lo son numerosos aditivos empleados para la conservación de alimentos obtenidos mediante vía microbiana.
MO patógenos enfermedades infecciosas
Septicemia: Se produce cuando un microorganismo se propaga por el torrente sanguíneo.
- Los microorganismos y la agricultura. Los microorganismos son básicos en la fijación del Nitrógeno, tanto que, las leguminosas tienen nódulos de bacterias del género Rizobium para su fijación por lo que los microorganismos permiten el desarrollo de animales y plantas. Por otro lado, los microorganismos también producen enfermedades en los seres vivos relacionados con la agricultura llegando a pudiendo transmitirse al hombre (zoonosis).
- Los microorganismos, la energía y el medioambiente. En términos de energía las bacterias metanogénicas son capaces de producir gas natural o metano y algunas bacterias también son capaces de obtener bioetanol a partir de fermentaciones de productos como el maíz, por ejemplo. En cuanto al medioambiente actualmente hay muchos sistemas de biorremediación para transformas derivados del petróleo o plásticos mediante el uso de microorganismos. Incluso en la minería los microorganismos son capaces de obtener un metal para después ser quemados y dejar el material deseado.
- Los microorganismos y el futuro. En relación con el futuro se encuentra, en primer lugar, la biotecnología. Esta ciencia se basa en la aplicación de los seres vivos a la tecnología, es decir, a los procesos industriales. A su vez, la biotecnología deriva en la ingeniería genética la cual consiste en utilizar microorganismos modificados genéticamente. Toda esta tecnología puede ser utilizada en la producción de productos farmacéuticos para abaratar su coste como es el caso de la insulina en la que se implantaría un tratamiento sustitutorio al inyectar el gen de la insulina del hombre a una bacteria para que la produjese y para que además no se diesen casos de rechazo. También se emplearía la terapia génica o genética en la que se implantarían genes directamente en el hombre para que el páncreas produjese insulina directamente. 3. Breve historia de la microbiología.
3.1. Precursores de la microbiología. La microbiología nace cuando se empiezan a observar a los microorganismos. Así, todo lo que el hombre había utilizado con anterioridad relacionado con la microbiología había sido de manera inconsciente ya que se dio cuenta empíricamente de sus aplicaciones al obtener, por ejemplo, vino y cerveza mediante las fermentaciones.
3.2. La observación de los microorganismos. Hasta 1900 no se observó que los microorganismos estaban relacionados con las enfermedades. Anteriormente, la microbiología ya había empezado en 1683 cuando Antonie Van Leewerhock observó y describió algunos microorganismos con una pequeña lupa sin mucha transcendencia.
3.3. La polémica sobre la generación espontánea. El hecho de que la generación espontánea sugiriese que la vida proviene de la nada propició el desarrollo de una serie de experimentos entre los que destacó el experimento de Pasteur con el cual se refutó totalmente esta teoría. Esta experiencia consistió en introducir un líquido en un matraz con cuello de cisne con el que se comprobó que si el líquido estaba en contacto con el exterior este se contaminaba y que en el caso contrario este no se contaminaba probándose que se necesitaba un germen iniciador para que surgiese la vida.
3.4. Los trabajos de Pasteur y Koch. Las bases de la microbiología actual se fundamentan en los descubrimientos de Pasteur y Koch:
- En primer lugar Pasteur refutó la teoría de la generación espontánea.
- Pasteur también descubrió la fermentación microbiana.
6. Clasificación/tipos de microorganismos.
Los microorganismos no celulares son aquellos cuya estructura no es celular pero que entran dentro de los seres pequeños que no se ven a simple vista y son funcionales.
VIRUS: Para multiplicarse tienen que utilizar el mecanismo de otro ser vivo. Por ello, estos se clasifican en: -Virus bacterianos: Tienen utilidad biotecnológica y atacan a las bacterias. -Virus vegetales: Atacan a los vegetales. -Virus animales: Atacan a los animales y h
7. Tipos de organización celular.
Dentro de las células tendremos diferentes tipos de organización celular.
- TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR :
1) UNICELULAR: La presentan la mayoría de los microorganismos que no tienen una organización celular propia (hongos, bacterias, algas…). Dentro de este tipo de organización están las colonias que se producen cuando muchos organismos unicelulares crecen juntos de manera independiente en un medio sólido llegando a apreciarse a simple vista. En las colonias entra el concepto de cultivo puro. 2) POLICELULAR: (En hombres, animales, plantas y como mucho en hongos). En este tipo de organización las células son dependientes unas de otras. 3) CENOCÍTICA Y/O FILAMENTOSA: Se da en los hongos filamentosos. Está constituida por una sola célula aunque esta sea alargada y polinucleada.
8. Relaciones evolutivas entre organismos vivos.
Teoría de la endosimbiosis: La célula eucariota proviene de un proceso de parasitismo entre dos células procariotas.
CELULARES
PROCARIOTAS
BACTERIAS
ARQUEAS
(Arqueobacterias antestrales extremófilas)
EUCARIOTAS
HONGOS (con pared, fotosintéticos). Producen micosis (enfer. fúngicas)
ALGAS (con pared, fotosintéticos)
PROTOZOOS (sin pared, fotosintético o no)
NO
CELULARES
VIRUS (1 molécula de Ácido nucleico y cápsida)
VIROIDES (1 molécula de ARN, sin cápsida y fitopatógenos. Se pueden transmitir.)
PRIONES (agente infecciosos de naturalez proteica)
Los microorganismos no celulares son aquellos cuya estructura no es celular pero que entran dentro de los seres pequeños que no se ven a simple vista y son funcionales. VIRUS : Para multiplicarse tienen que utilizar el mecanismo de otro ser vivo. Por ello, estos se clasifican en:
- Virus bacterianos: Tienen utilidad biotecnológica y atacan a las bacterias.
- Virus vegetales: Atacan a los vegetales.
- Virus animales: Atacan a los animales y hombres para reproducirse.
PARTE II: BIOLOGÍA CELULAR.
En esta parte vamos a estudiar la estructura de los organismos que son celulares (procariotas y eucariotas).
TEMA 2: OBSERVACIÓN DEL MICROORGANISMO.
1. Introducción.
Gracias a la invención del microscopio se descubrió la importancia de los microorganismos y se permitió el avance de la biología. Por ello, cualquier ser vivo que el ojo humano no pueda ver y sea igual o inferior a 0,01 mm se trata de un microorganismo. Para poder observar el microorganismo en cuestión necesitaremos una serie de técnicas microscópicas que aumente el tamaño se la imagen de estos seres. Hay dos tipos de microscopía:
- El microscopio óptico: Amplía la imagen a través de la luz.
- El microscopio electrónico: Consigue la imagen mediante haces de electrones. 2. El microscopio óptico.
2.1. Microscopio óptico de campo claro. CAMPO: Lo que se observa cuando se mira por el ocular, esto es, el fondo claro por la luz visible y el espécimen.
Pregunta examen: Dibuje el esquema de un microscopio.
- Fuente de luz (bombilla).
- Brazo.
- Lente condensadora.
- Lentes del revolver: Lentes objetivo, lentes oculares y oculares
- Platina.
ASPECTOS IMPORTANTES DE UN MIRCROSCOPIO:
A) PODER DE AMPLIFICACIÓN. Es el número de aumentos. Tipos de lente:
- Primero, la lente condensadora manda la luz verticalmente a la platina donde se encuentra el espécimen.
- Después, la luz pasa por tres objetivos: 100x (oil) con aceite de inmersión, 40x y 10x.
Por lo tanto, el poder de amplificación dependerá de los aumentos del objetivo y de la lente ocular (10x). Así, los microscopios normales o de campo claro con sistemas de lentes llegan a un máximo de poder de amplificación de 1000x, porque, por encima de este valor, se producen aberraciones cromáticas ya que la muestra se visualizará mediante las diferencias de contraste producidas por la luz. En muestras con poco contraste se utilizarán tinciones capaces de aumentar estas diferencias.
Lentes: Condensadora (no modifica)
Objetivo (10x, 40x, 100x)
Ocular (10x)
B) PODER DE RESOLUCIÓN. El poder de resolución es la capacidad para distinguir dos puntos muy cercanos entre sí (adyacentes), es decir, que lo que veamos esté bien amplificado. Este aspecto viene dado por la siguiente fórmula:
Esta microscopia es importante ya que es una muy buena técnica para el diagnóstico de enfermedades. De hecho, hay muchas técnicas que se basan en la utilización de Anticuerpos fluorescentes ya que el sistema inmunitario reacciona específicamente ante una sustancia extraña (antígeno) produciendo anticuerpos. Por ello, a los AC, se les unen sustancias fluorescentes ya que estos reaccionarán con el antígeno específico como, por ejemplo, una bacteria, ya que si, reacciona específicamente, el AC se pega al antígeno. Como conclusión tenemos que esta microscopía es muy importante en el diagnóstico mediante anticuerpos fluorescentes.
2.5. Microscopio de contraste de fases. Se trata de una microscopía especial que se utiliza para preparaciones en fresco, es decir, con el microorganismo sobre el agua en un cubre. El contraste de fases entre dos sustancias con muy poca diferencia de densidad consiste en un sistema de anillos que transforman la diferencia de densidad en luminosidad. Desde el punto de vista académico sirven para observar preparaciones en fresco teñidas.
2.6. Otros (imagen tridimensional). Muy específica y sin transcendencia en el diagnóstico de enfermedades: 2.6.1. M. de contraste de interferencia diferencial. 2.6.2. M. de fuerza atómica. 2.6.3. M. de láser confocal.
3. Técnicas empleadas en la microscopía óptica (prácticas).
3.1. Observación de preparaciones en fresco. “EN FRESCO” “IN VIVO” “SIN TEÑIR” Las preparaciones en fresco quieren decir que los mo estarán vivos. En estas preparaciones necesitaremos vez al organismo mediante dos técnicas: 1) Cámara húmeda: Se llevan a cabo con objeticos de 40x y depende de que el organismo provenga de un medio sólido o líquido. Sirve para ver la movilidad del microorganismo, lo cual, es muy importante para diferenciar a los microorganismos unos de otros ya que esto se sumará a otras diferencias identificaticas. PROBLEMA: SE SECAN.
Cubre Porta Agua con mo 2) Método del porta de excavado de Koch o método de la gota pendiente. Ventajas: Tarda más tiempo en evaporarse.
3.2. Observación de preparaciones teñidas. En estas preparaciones se procede aplicando un colorante al microorganismo teniendo como ventaja que aumentará la diferencia de color de los especímenes viéndose mejor. Las ventajas que tienen las tinciones diferenciales es que sirven para distinguir un microorganismo de otro.
3.2.1. Tinción simple. Se utiliza un colorante para aumentar el contraste de los mo frente a el agua. En las tinciones el microorganismo se encuentra muerto. Pasos:
- Extensión sobre el porta del mo con el agua.
- Secado.
- Fijación. A continuación se aplica el colorante y se deja actuando.
- Tinción.
- Lavado. Se quita el colorante.
- Observación mediante el microscopio siempre con el objetivo de inmersión.
Las tinciones simples sirven para ver la morfología de microorganismo, es decir, para ver su tamaño, para ver si forman agrupaciones, etc.
3.2.2. Tinción diferencial. Sirve para distinguir tipos o partes de los microorganismos:
- Así, los microorganismos se dividen en dos grandes grupos, en GRAM (+) y en GRAM (-), los cuales se decoloran en alcohol y se vuelven a teñir con otro colorante. Siempre que se empiece una identificación de un microorganismo se empezará por determinar de qué tipo de GRAM se trata.
- Tinción de esporas: Sirve para determinar la presencia o no de mo esporulados y dónde se encuentran sus esporas.
- Tinción negativa: Se tiñe el campo y no al microorganismo para que pase la luz por el hueco que deje el microorganismo pudiéndose determinar su morfología, tamaño y la formación o no de agrupaciones.
4. Microscopio electrónico.
Otro tipo de microscopía fundamental es la electrónica. Es aumento de imagen se produce al pasar una serie de electrones a través de unos campos electromagnéticos. Existen dos variantes, el microscopio electrónico de barrido, con el que se consiguen más aumentos, y, el microscopio electrónico de transmisión, con el que se consiguen menos aumentos pero con el que se ven imágenes tridimensionales. Desde el punto de vista de la microbiología, sirven para la investigación pero no para el diagnóstico de enfermedades.
TEMA 3: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR.
1. La célula procariota.
La célula procariota es la estructura típica de las bacterias que son capaces de producir enfermedades en el hombre siendo la base de la microbiología. Estas células no tienen ni núcleo, ni histonas, ni orgánulos, entre otras cosas, pero sí que presentan otras estructuras. -Así, la célula procariota más completa presenta una serie de estructuras indispensables y fundamentales a excepción de la pared celular ya que los micoplasmas no la presentan:
RIBOSOMAS MATERIAL GENÉTICO MEMBRANA PLASMÁTICA (REGIÓN NUCLEAR) PARED CELULAR: estructura gruesa
-Por otro lado, existen otras estructuras que presentan algunos tipos de estas células que, desde el punto de vista sanitario y de la patogenia, no son esenciales para la vida pero sí que les dan ventajas con intereses sanitarios. PELOS O FIMBRIAS
FLAGELOS CÁPSULA Si no es completa se denomina: CAPA DE MUCOSA
ESPORAS: Forma de resistencia microbiana
ACÚMULOS: sustancias de reserva y aspecto de la nutrición que sirve para caracterizar e identificar a los MO.
Es imposible trabajar con un único microorganismo por lo que tendremos que trabajar con millones de ellos. Para poder ver a los microorganismos tendremos que dejarlos crecer mediante cultivos. A esto se debe la variación de la composición de ARN en las células procariotas ya que dependiendo de donde hayan crecido la disposición de la composición será diferente por los mensajeros. Si el medio de cultivo es rico habrá más ARN que si es pobre.
4. Pared celular.
Estructura rígida que rodea a la célula externamente a la célula por la membrana plasmática y que es básica para los microorganismos. Por otro lado, la envuelta celular es la pared celular más la membrana plasmática.
ENVUELTA CELULAR = PARED + MEMBRANA PLAMÁTICA
Funciones de la pared celular:
- Función estructural: Cualquier membrana plasmática en medio líquido tiende a ser esférica por lo que la pared celular dará forma a la célula.
- La pared celular protege a la célula contra agresiones físicas y químicas y frente a la presión osmótica ya que se impide que la célula estalle al impedir que el agua entre a la célula al tener mayor concentración de solutos en su interior.
Gram hizo un tipo de tinción que divide a la paredes celulares en dos tipos que, además, a cada una de ellas, se le corresponden una serie de características físicas y químicas, por lo que, tenemos paredes GRAM (+) y GRAM (-) que, desde el punto de vista del diagnóstico, son diferentes.
GRAM (+):
Esta pared celular es más grande que la membrana plasmática y contiene peptidoglucanos y ácidos teicoicos. PEPTIDOGLUCANOS = PEPTIDOGLICANOS =MUREINA El peptidoglucano está formado por una parte peptídica y por otra parte azucarada con dos aminoácidos (N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico). A este último azúcar se le une un tretapéptido con 4 aminoácidos que es importante ya que en la naturaleza es raro encontrar aminoácidos D. La DAP y la lisina del tretapéptido son aminoácidos dibásicos, es decir, que tienen dos grupos aminos dibásicos, es decir, que uno de ellos formará el enlace peptídico y el otro quedará libre juntándose con el grupo carboxílico de otro tretapéptido para formar un enlace transversal directo en las GRAM (-) o mediante un enlace interpeptídico entre varios aminoáciodos en las GRAM (+). La importancia de este hecho radica en que la penicilina actúa evitando que se produza el puente transversal entre tretapéptidos siendo este su mecanismo de reacción. H
… O …
H L-Alanina
D-Glutamnino
X: DAP o Lisina
COOH ENLACE TRANSVERSAL
Pregunta examen: Explique el mecanismo de reacción de la penicilina.
Ala
Glu
NH 2 – X
Ala
El ácido teicoico, a su vez, rellena los huecos que quedan dentro de los glucanos. Hay dos tipos: el RIBITOL y el GLICEROL. Funciones del ácido teicoico:
- Función estructural: Estos ácidos sirven para rellenar los huecos de la pared celular.
- También tienen funciones metabólicas ya que está formado por polialcoholes que forman polímeros más o menos largos con grupos fosfatos que dan carga negativa a la pared. Desde el punto de vista metabólico estos fosfatos atrerán a los cationes de alrededor que además atraerán a diversas enzimas, por ejemplo.
- El ácido teioico unido a lípidos forma lipoteicoicos. Estos son virulentos ya que las bacterias que tienen los lipoteicoicos son muy virulentas ya que conforman un factor de virulencia.
GRAM (-):
Las paredes GRAM (-) presentan una membrana externa que contribuye a proteger a la célula contra los cambios de presión osmóticos con mayor resistencia al estar unida por los péptidoglucanos. El péptidoglucano tendrá las mismas funciones que las paredes GRAM (+) ya descritas. La membrana externa, además de estar formada por fosfolípidos y proteínas está formada por otro componente exclusivo de la membrana externa, es decir, el LPS o lipopolisacárido bacteriano que se divide en tres partes bien definidas:
- Una parte externa receptor de fagos constituida por el Polisacárido-O u Antígeno-O. Un fago es un virus que ataca a bacterias mediante su unión a los receptores de fagos de las bacterias por lo que esta parte tiene una función estructural. Estos bacteriófagos reciben el nombre de virus bacterianos.
- Una zona intermedia llamada núcleo del polisacárido.
- Una parte que se une a la membrana constituida por el lípido A. El ípido A es una toxina o parte tóxica de la bacteria que produce fiebre e inflamación. Así, este glucopolisacárido constituirá la endotoxina de las bacterias GRAM (-). Una toxina es todo aquello que altere al mecanismo normal del organismo de un ser vivo.
CARACTERÍSTICAS: GRAM (+) GRAM (-)
COLOR Violeta Rosa CAPA DE PEPTIDOGLUCANOS Ancha Estrecha ÁCIDO TICOICO Presente No presente ESPACIO PERIPLASMÁTICO No Sí MEMBRANA EXTERNA No Sí LIPOPOLISACÁRIDOS No Altos
Pregunta examen: ¿Por qué tiene toxicidad selectiva una sustancia?
Desde el punto de vista sanitario vamos a utilizar una serie de compuestos farmacológicos que presentarán una determinada toxicidad hacia los microorganismos pero que no la presentarán hacia los mamíferos, como, por ejemplo, la penicilina que afecta a la pared celular de las bacterias. Esto hace que estos compuestos se basen en características de las bacterias que no se repitan en nosotros, es decir, que estos compuestos se basen en una toxicidad selectiva.
9. Apéndices.
Sustancias hereditarias no indispensables para la vida.
TAMAÑO NÚMERO FLAGELO PELO FIMBRIA
9.1 Flagelos. Estructura filamentosa larga que sale de las células y que tiene un elevado tamaño. Como función fundamental tiene la movilidad, lo que será determinante, por lo que para identificarlos se procederá mediante una tinción diferencial de los flagelos. Los números y posiciones de los flagelos condicionarán la movilidad de la célula, por lo que, según esto, tendremos tres tipos diferentes de células:
Atrica: Sin flagelos. Monotrica: Con un único flagelo. Politrica: -Anfitrica: Con flagelos a un único lado del microorganismo. -Lofotrica: Con flagelos a ambos lados del MO. -Politrica: Con flagelos por toda la célula.
Para la movilidad del flagelo tiene que haber agua ya que estos golpean al agua para moverse. Para ello, la célula tiene que tener un motor con una estructura que requerirá de energía. Estructura del flagelo:
Filamento constituido por una proteína llamada flagelina. Codo (unión entre el filamento y el cuerpo basal). Cuerpo basal (se encuentra dentro de la célula).
Pregunta examen: Diferencia entre las bacteria GRAM (+) y las GRAM (-). [No entre las paredes celulares GRAM (+) y GRAM (-)].
En las GRAM (-) el flagelo consta de un eje y de cuatro anillos. Un anillo estará en la membrana externa, otro estará en la pared celular y, los otros dos, en la membrana plasmática que es donde se produce la energía. En las GRAM (+) los flagelos sólo están constituidos por dos anillos que se localizan en la membrana plasmática produciendo también energía.
La pared celular es la que hace que el flagelo se mueva ya que este necesita estar unido a alguna superficie para poder desplazarse. Esto, contribuye a la supervivencia del microorganismo pudiendo, incluso, desplazarse por el interior de otro organismo.
- Táxias o tactismos. Los microorganismos carecen de sistemas para poder realizar acciones premeditadas. Aun así, las taxias son movimientos dirigidos por quimiotaxis (una sustancia química), fototaxis (la luz), aerotaxis (gases), termotaxis, osmotaxis, etc. por lo que, de alguna manera, los microorganismos pueden dirigir los movimientos de los flagelos. Esto se ha constatado por diversos experimentos. Uno de ellos consiste en introducir una pipeta Pasteur con diversas sustancias en un cultivo. En un periodo de tiempo, según la sustancia, los microorganismos acababan por acercarse o no. Otro experimento consiste en exponer a la luz un cultivo ya que crecerá, según la luz, de una forma o de otra.
9.2. Fimbrias y pelos. Más cortos que las estructuras filamentosas de los flagelos. El 90% de ellos son similares funcionalmente aunque las fimbrias son más cortas y numerosas que los pelos (más largos y más numerosos).
Número intermedio
Las fimbrias tienen como función principal la capacidad de engancharse y adherirse a diversas superficies. Está demostrado que los microorganismos con fimbrias causantes de enfermedades no las producen si se les quita, siendo, además de factores de adherencia, factores de virulencia. Por otro lado, los pelos pueden tener función de reproducción (pelos sexuales) o pueden ser receptores de fagos además de tener otras funciones que todavía se desconocen.
10. Sustancias de reserva.
No forman estructuras, pero, cuando las identificamos por el microscopio, las utilizamos para diferenciar a los microorganismos por lo que las sustancias de reserva entrarán dentro del grupo de las estructuras. Hay tres tipos importantes de estructuras con funciones estructurales y de reserva:
Glucosa (glucógeno) (2)
Pirúvico
Acetil – Co Poli – hidroxiburitrato (1)
KREB
(1) Poli – hidroxiburitrato. Cuando hay muchos nutrientes se producen a partir del acetil- Co y viceversa, es decir, cuando hay poco nutrientes se convierte en una reserva de energía. (2) Glucógeno. Glucosas unidas por enlaces ( ) y ramificaciones ( ). Se observa mediante una sustancia llamada lugol y es una reserva de carbonos. (3) Polifosfatos. Forman los gránulos de polifosfatos. Las células nunca guardan sustancias individuales sino que se polimerizan para que no se produzcan procesos de osmosis al aumentar la concentración de solutos en el interior celular. Así los polifosfatos son una gran reserva energética y estructural ya que forman una cadena mediante un proceso reversible:
ATP ADP ATP ADP ADP
Pi Pi Pi… ATP
La “ Spirilum volutransa”, por su parte, tiene orgánulos metacromáticos que se tiñen de un color y se ve de otro.
11. Otras estructuras intracitoplasmáticas.
Estas estructuras se encuentran en las bacterias pero no tienen importancia: -Vacuolas de gas: Vesícula que permite la entrada y salida de aire en microorganismos que viven en el agua para ascender o descender en ese medio acuoso. -Magnetosomas: bacterias que llevan dentro una especie de imán en forma de cristales con diversas aplicaciones.
12. Esporas.
No es una estructura que se encuentra dentro de la célula sino que es una forma de resistencia que algunos microorganismos son capaces de adquirir.
Cadena de transporte de e-^ ATP
PARTE III: NUTRICIÓN Y METABOLISMO MICROBIANO.
En microbiología, como trabajamos con seres que no vemos, no podremos trabajar con ellos individualmente. Como consecuencia, tendremos que hacerlos crecer para así trabajar con miles y cientos de bacterias que tendrán que crecer en un medio sólido para formar colonias por lo que la nutrición en ellos será muy importante. El metabolismo, por su lado, también interviene en el crecimiento de los microorganismos e interviene en la industria de la ingeniería genética para poder introducir genes en los microorganismos para que produzcan un producto farmacéutico determinado. También se utiliza en el diagnóstico de enfermedades por el metabolismo del microorganismo mediante rutas y una serie de técnicas identificativas ya que en todos los procesos del metabolismo se necesita energía en forma de ATP.
De este modo, el metabolismo es el conjunto de todas las reacciones que ocurren en un ser vivo. De todas esas reacciones, hay una serie de tipos que sirven para el crecimiento:
- ANABOLISMO O METABOLISMO BIOSINTÉTICO. A partir de unas moléculas sencillas se producen una serie de polímeros que se estructuran dando lugar al crecimiento para lo cual hay que gastar energía proveniente del catabolismo.
- CATABOLISMO O METABOLISMO DEGENERATIVO. Mediante la descomposición de moléculas se obtiene la energía necesaria para el organismo. Para que un sistema funcione se tienen que transformar los monómeros en macromoléculas por lo que se necesitará de la biosíntesis que, en general , consume energía y, además, para que funcione, tiene que haber unas reacciones catabólicas que produzcan energía. El proceso en general produce energía, es decir, el total, el balance de energía, es positivo.
TEMA 4: NUTRICIÓN MICROBIANA.
Todo ser vivo necesita un aporte exógeno en forma de nutrientes que sirven para poder realizar las reacciones anabólicas para el crecimiento y las catabólicas para la obtención de energía de manera conjunta y simultánea.
1. Requerimientos nutricionales.
Los requerimientos nutricionales se refieren a que los seres vivos, para poder crecer, necesitan de un aporte exógeno que requiere cada clase de microorganismo e, incluso, cada individuo. Desde el punto de vista de la naturaleza, estos nutrientes, se van a obtener del medio. No obstante, los componentes nutritivos, sirven para que los microorganismos puedan desarrollarse, es decir, para que puedan desarrollarse en el laboratorio de tal modo que los cultivos sólo se prepararán en los laboratorios por lo que los microorganismos que crezcan no tendrán nada que ver con lo que ocurre en la naturaleza o dentro del ser humano. De esta forma, podemos establecer qué es un nutriente para un ser vivo. Una bacteria de composición variable va a crecer y, a partir de una célula madre, va a dar lugar a dos células hijas por lo que para poder duplicarse va a tener que duplicar sus componentes mediante los nutrientes.
Los requerimientos nutricionales van a depender de:
- La composición química del MO. El microorganismo va a necesitar todos componentes necesarios para poder duplicarse.
- La capacidad metabólica del microorganismo ya que un microorganismo con una elevada cantidad de componentes mayoritarios va a ser capaz de obtener unas sustancias a partir de otras.
Para que un microorganismo crezca, necesita del aporte de estos nutrientes que, en la naturaleza, están presentes en formas químicas. En el laboratorio, como trabajaremos con un medio de cultivo, tendremos que diferenciar entre macro y micronutrientes pudiéndose añadir o no al medio de cultivo siendo todos necesarios para la vida. Los micronutrientes se requieren en tan poca concentración que la contaminación de los macronutrientes ya es suficiente para el cultivo.
Los componentes nutritivos básicos son los componentes mayoritarios del organismo o macronutrientes:
- El agua (75%).
- El peso seco: C, H, O, N, P, S; (H, O, C, N, P, S). Elementos metálicos: K, Mg, Ca, etc. Los micronutrientes, en cambio, son los elementos traza: B, Cr, Mn, Fe, etc.
Pregunta examen: Describa un medio de cultivo termófilo y halófilo.
Antes de todo, hay que describir qué es un medio de cultivo, es decir, unas soluciones nutritivas que tiene que llevar todos los nutrientes anteriores.
El Hidrógeno y el Oxígeno provienen básicamente del agua líquida mientras que el Carbono es obtenido es obtenido por los microorganismos de dos formas:
- Mediante el CO 2 atmosférico. Los microorganismo que consiguen de esta forma el C son los microorganismos litotropos/ autrotofos.
- Mediante el C orgánico. A estos microorganismos se les llama heterótrofos/ organotrofos. Estos son los que van a resultar peligrosos para el ser humano ya que nosotros estamos compuestos de Carbono orgánico. El C orgánico también se utiliza para obtener energía por lo que esta fuente para obtener Carbono y, además energía, tiene que ser un alimento muy concentrado.
-Factores de crecimiento:
Son los compuestos orgánicos que un microorganismo requiere en muy pequeñas concentraciones. Sin ellas no habría crecimiento por lo que es una característica propia de cada género y de cada especie. Los factores de crecimientos son:
- Los aminoácidos: Básicos para la síntesis proteica.
- Purinas y piridinas: Para los ácidos nucleicos.
- Vitaminas. Todas estas son sustancias básicas para el desarrollo del microorganismo y se sintetizan mediante rutas complejas.
Así, proporcionaremos al cultivo el producto (A) o, en el caso de que falle la ruta, le damos el precursor. Estas rutas se utilizan para valorizaciones microbiológicas, es decir, para valorar una sustancia mediante el crecimiento microbiano ya que, según crecen los microorganismos, se sabe que concentración han utilizado de cada sustancia.
Estas variaciones microbiológicas se basan en el hecho de que existan los factores de crecimiento, es decir, las sustancias orgánicas que son indispensables para el crecimiento de un microorganismo ya que estos detectan bajas concentraciones de estas sustancias ya que las requieren en concentraciones que los aparatos no pueden detectar. Sirven para la cuantificación de sustancias de interés farmacéutico cuando los demás métodos son incapaces de medir estas concentraciones. Para las valoraciones microbiológicas tendremos que realizar una gráfica control en la que cuantificaremos el crecimiento y el número de organismos en un eje y las concentraciones conocidas de los factores de crecimiento suministrado a los microorganismos en el otro de modo que compararemos en esta gráfica a los microorganismos que han crecido con unha concentración desconocida.
CRECIMIENTO Biotina (B), F. crecimiento MO A [MO]
ppm
2.- Medios selectivos: Permiten el crecimiento de unos microorganismos pero no de otros. Por ejemplo, la penicilina G inhibe el crecimiento de bacterias GRAM (+) por lo que selecciona a las GRAM (-) ya que estas sí que pueden crecer. En un medio con NaCl, por otro lado, sólo crecen los halófilos seleccionándose. 3.-Medios de enriquecimiento: Son medios muy complejos, generalmente líquidos, que se utilizan mucho desde el punto de vista clínico. Son medios que permite el crecimiento de varios microorganismos y favorecen un tipo ya que cuando se sabe que el microorganismo está en pequeñas concentraciones se enriquece por fases, para comprobar que efectivamente el microorganismo está presente, el cultivo para que crezca.
Preguntas de examen:
- ¿Cómo aislaría un microorganismo de una muestra en la que se encuentra en muy poca concentración? - ¿Cómo detectaría un agente etiológico presente a bajas concentraciones?
Enriqueciendo un medio de cultivo por diferentes fases.
Por último nos falta una serie de condiciones fisicoquímicas para el crecimiento que, dependiendo de cada condición, sirven para hacer crecer a los microorganismos o para poder inhibir su crecimiento.
3. Cultivos puros.
- Introducción. Un cultivo puro es un cultivo artificial que no tiene nada que ver con la naturaleza y es el que se utiliza en el laboratorio ya que trata de establecer cómo evolucionan los microorganismos. Desde el punto de vista práctico, los microorganismos no se ven por lo que no se podrá trabajar con individuos aislados ya que sus reacciones fisiológicas no son detectadas por los instrumentos de medida por lo que se trabaja con millones de MO.
- Concepto. CULTIVO PURO: Cultivo donde todos los microorganismos son idénticos ya que proceden de una única célula y se comportan de la misma manera.
- Cultivo mixto. Un cultivo mixto surge cuando varios microorganismos dan distintas respuestas al crecer dando lugar a un resultado no válido desde el punto de vista científico.
Esto significa que tenemos que utilizar una serie de tecnología asepsia y esterilizada para que los cultivos puros se desarrollen correctamente.
Todo material a utilizar tiene que ser estéril, es decir, en los que no haya ninguna forma de vida. Para ello, utilizaremos una cámara de siembra que es recorrida de adelante hacia atrás por un aire esterilizado mediante la luz ultravioleta. Esto implica dos cosas: Necesitamos trabajar con un cultivo puro, es decir,necesitamos no contaminar el medio de cultivo. Necesitamos esterilizar el medio de cultivo parano contraer la enfermedad.
- Obtención del cultivo puro.
- Aislar el microorganismo. Una vez todas las células provengan de una única célula estas se pasarán a un medio de cultivo.
- Cultivo del microorganismo con material estéril. El único requisito para cultivar un microorganismo es que el medio y el instrumental utilizado estén estériles y en condiciones asépticas, es decir, que cuando un MO se pase de un medio a otro no pase más de un tipo.
- Métodos de aislamiento de un cultivo puro: 1) Técnica de siembre en superficie. Fundamentalmente se produce en un medio sólido (en una placa de Petri). En esta técnica el producto patológico se reparte por encima de la placa con un asa de siembra para que aparezcan una serie de colonias. Cada microorganismo creará una colonia por lo que de aquí se intentará traspasar a un cultivo puro. El problema de esta técnica radica en que estas colonias no son colonias aisladas.
Asas
CULTIVO PURO
Método de los tres giros. Este método nos permite obtener siempre cultivos puros ya que en él se utiliza una sola placa por lo que se asegura que solo aparezca un microorganismo. En primer lugar, cuando se carga el asa, se flamea y se siembra media placa en el primer giro. Después, el asa se vuelve estéril porque se vuelve a flamear y se produce el giro 2, es decir, con el asa se arrastra la siembra volviéndose a flamear el asa. Por último, en el tercer giro, se estira la siembra anterior apareciendo colonias aisladas.
1 2 A 3 4 C B
2) Técnica de vertido en placa. El producto patólógico se deja caer en una petri vacía. Para ello, antes, se prepara un medio de cultivo sólido (50%) a 45 ºC para que el agar esté líquido y, cuando se vierta en la placa, no mate a los microorganismos. Así, los microorganismos se quedan por debajo, donde les costará más crecer pero donde son un cultivo puro igualmente, y por encima. Si se pasa a otro medio tendremos un cultivo puro.
Recuento de viables. Método de recuento de organismo vivos que son capaces de crecer por lo que es un método de recuento (plate count) que utiliza la técnica del vertido en placa. El fundamento de esta técnica se basa en que el microorganismo que vive crea una colonia en el medio sólido.
UFC (unidad de formadores de colonias)
50ml 108 /ml 1ml 1ml (10^8 mo) 1 ml 1mo 5 colonias 1 colonia 5 mo diferentes
3) Técnica de enriquecimiento de cultivo. Un medio de cultivo enriquecido consiste en desarrollar mediante pases un microorganismo determinado presente en pequeñas concentraciones. Después de diferentes pases, al final, se obtiene un cultivo puro del microorganismo que enriqueceremos. El problema de esta técnica es que requiere de mucho tiempo para completarla.
4) Técnica de dilución en serie. Con una cantidad determinada de un microorganismo, teóricamente, mediante diluciones en serie, se puede llegar a obtener un único individuo de ese microorganismo. Para asegurarnos de que sólo obtenemos uno lo pasamos a la placa para poder crecerlos.
