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¿Qué es la microbiología?
“Ciencia que estudia los microorganismos” Es la biología de algo pequeño, lo cual no solo está enfocado a las infecciones o hacernos daño, sino que, si no existieran los microorganismos, más aún, las bacterias, nosotros no podríamos funcionar como seres humanos. Gracias a los microorganismos nosotros tenemos antibióticos, podemos hacer investigaciones en el laboratorio, funciona también la industria alimentaria, se puede tomar cerveza, funciona la medicina, también podemos saber patrones de evolución, no solo con microorganismos que podamos cultivar, sino que ya investigando una parte de su genoma podemos saber de dónde puede provenir. Robert Hooke
- Naturalista, físico y matemático inglés.
- Libro Micrographia (1665), fue el primero dedicado a observaciones microscópicas: descripción de los cuerpos fructificantes de los mohos. Observó un corcho en su microscopio describiendo por primera vez las estructuras que eran las células de ese corcho. Anton Van Leeuwenhoek
- Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)
- Comerciante de telas holandés.
- Considerado el descubridor del mundo microbiano.
- Empleó microscopios muy simples, de construcción propia para examinar el contenido microbiano de varias sustancias naturales. Era un comerciante de telas que se dedicaba a desarrollar distintas esferas que le permitirán revisar la calidad de las telas, pero las personas en esos tiempos eran no solo físicos, sino que físicos-matemáticos, físicos-
microbiología, morfología y citología
bacteriana
naturalistas, etc. Y este comerciante de telas era naturalista, por lo que esa curiosidad lo lleva a desarrollar además de las esferas un artefacto el cual utilizaba las esferas y observó gotas de agua, donde vio lo que llamó animálculos, lo que nosotros conocemos como las bacterias. Entonces Anton Van Leeuwenhoek se consideró como el primer descubridor del mundo microbiano (pero hoy se dice que hay distintos padres de la microbiología), utilizo estos microscopios muy simples y desarrollo muchos dibujos que permitieron describir diversas sustancias y organismos que existían en ese tiempo. Luego vinieron distintos científicos a los que se les relaciono con generación espontánea y la naturaleza de las enfermedades. Desde mediados del siglo XIX hasta finales de este se registraron importantes descubrimientos en la ciencia microbiológica, fundamentalmente porque se dedicó atención a dos temas inquietantes que dominaban la biología y la medicina de aquel tiempo: (1) la generación espontánea y (2) la naturaleza de las enfermedades infecciosas. La expectativa de vida en esos tiempos no superará los 30-40 años, principalmente por las enfermedades infecciosas. (tres ejemplos son el cólera, la tuberculosis y la peste bubónica) Francesco Redi (1626-1697)
- Médico, naturalista, fisiólogo y literato italiano.
- Realizó experimentos relacionados a la Teoría de la generación espontánea.
- Fenómeno natural (hecho): en la comida podrida encontramos gusanos.
- Posible explicación del hecho (hipótesis): la comida podrida genera gusanos. Francesco dudaba de esa hipótesis, porque había realizado una observación nueva: alrededor de la comida podrida siempre hay moscas. Propuso que las moscas le hacían algo a la comida podrida, y lo que sea que le hacían, provocaba que luego aparecieron gusanos en la comida.
La generalización de dicho método en todo el mundo lograría con el tiempo acabar con la viruela que fue declarada erradicada por la OMS en 1980. Robert Koch (1843-1910)
- Médico y microbiólogo alemán.
- Iniciador de la bacteriología médica moderna. En 1884, Robert Koch propuso una serie de postulados para explicar que la tuberculosis era causada por Mycobacterium tuberculosis. En la actualidad, estos postulados se han aplicado ampliamente a distintas especies bacterianas y enfermedades. Ganó un Premio Nobel en 1905.
- El microorganismo debe encontrarse en todos los casos de la enfermedad.
- Debe aislarse y obtenerse como cultivo puro a partir de las lesiones.
- Debe reproducir la enfermedad cuando se inocula, a partir de un cultivo puro, en un animal de experimentación susceptible (modelo animal). *Explicación de la profe: Si una persona está enferma, se le toma una muestra, la cual en el laboratorio se siembra, se aísla, y se obtiene un cultivo puro, se logra identificar y reproducir posteriormente, al aislar este microorganismo, esa misma infección de la persona pero en un animal de experimentación, y se observa que ese animal genera las características y signos o síntomas muy parecidos al de la persona, se toma una muestra de este animal, se logra aislar y obtener un cultivo puro del mismo MO en el laboratorio, se logra decir que logramos comprobar que es el microorganismo el que está causando la infección, porque yo puedo aislarlo en el laboratorio y reproducirlo en un animal de experimentación que desarrollará la misma sintomatología. Ese microorganismo a lo mejor yo puedo tomarle una muestra y también identificar la aparición de una respuesta inmune a través de la detección de anticuerpos (cuando ese organismo no es cultivable en el laboratorio). Entonces, esta serie de postulados, hoy en día, son muy utilizados, con algunas salvedades. Por ejemplo, hay algunos microorganismos en los que yo no voy a tener un animal de experimentación con el cual pueda reproducir la misma sintomatología que produce en el ser humano ya que hay muchos microorganismos que no tienen de hospedero a los animales, solamente al ser humano; por lo tanto, esto no se podría reproducir. Hay otros microorganismos que, si bien teniendo animales de experimentación en los cuales se pueda reproducir la sintomatología, no se pueden cultivar en el laboratorio bajo ninguna condición, por lo tanto, bajo esas salvedades; los postulados de Koch siguen siendo actuales.
Louis Pasteur (1822-1895)
- Fue un bacteriólogo francés que creó la pasteurización.
- Él refutó definitivamente la teoría de la generación espontánea y desarrolló la teoría germinal de las enfermedades infecciosas.
- Además, desarrolló las primeras vacunas con patógenos artificialmente debilitados: vacunas del ántrax, cólera aviar y rabia. ¿Cuál fue su experimento que le logró por fin debatir la generación espontánea? Él utilizó un matraz con una boquilla curva, lo hirvió con un caldo dentro, el cual se mantuvo libre de los microorganismos porque quedaban atrapados en la boquilla. Él después rompió el cuello del matraz y vio que de inmediato se contaminó. Esto lo llevó a postular que todos los seres vivos proceden de un ser vivo anterior. Con esto logró entonces refutar la teoría de la generación espontánea. Joseph Lister (1827-1912)
- En 1865 demostró que los químicos, específicamente el fenol, podían ser utilizados para prevenir infecciones: antisépticos (se le relaciona con su descubrimiento).
- En 1878 publicó estudios sobre la fermentación de la leche Bacterium Lactis. Ignaz Semmelweis (1818-1865)
- En 1847 demostró que el lavado de manos (de los médicos) previene la diseminación de la fiebre puerperal (mujeres embarazadas).
- Previamente, muchos médicos fueron responsables de infectar a sus propios pacientes.
Microbiología
Es la ciencia que estudia los microorganismos. Un microorganismo es un organismo microscópico, el cual se debe observar con un microscopio, se compone por 1 o más células, incluye algas, hongos, protozoarios, bacterias y virus. La ilustración D es un virus entrando a una célula, la fotografía C es un parásito (Giardia), la imagen B son bacterias que están apiladas en una estructura llamada Biofilms y en A son hongos coloreados por microscopía electrónica.
Procariontes y Eucariontes
Las bacterias se clasifican como procariontes. Desde un ancestro en común se encuentra el reino de las Eucariontes (Eukarya) donde se encuentran las plantas, hongos y animales. Por otro lado, en las procariontes forman parte las arqueas y las bacterias. Una nueva vista del árbol de la vida. (https://www.nature.com/articles/nmicrobiol201648) Publicación realizada el año 2016 que gracias al análisis genético de los microorganismos se ha ido diferenciando, abajo están los eucariontes, arriba las bacterias y a su costado izquierdo los extremófilos. Organismos celulares (https://tree.opentreeoflife.org/opentree/argus/opentree13.4@ott93302) Esta es una página donde se encuentra la base de datos de diversos organismos basados en el árbol de la vida.
Procariontes
- Los procariontes son organismos microscópicos que pertenecen a los dominios bacteria y Archaea,y son dos de los tres dominios principales de la vida
- Se piensa que ancestros procariontes fueron los que dieron origen a todas las formas de vida presentes actualmente en la tierra
- Los procariontes no están divididos en su interior por paredes o membrana, sino que consisten en un solo espacio abierto que contiene metabolitos, enzima, material genético, etc.
- La mayor parte del DNA procariota se encuentra en una región central ó espacio virtual de la célula llamada nucleoide y consta generalmente de un solo cromosoma circular superenrollado
- Tamaño: 0.1 a 5.0 μm (X:1μm). El tamaño es de 1 μm superior al virus, igual a la de la mitocondria, inferior a las células animales, óvulos, huevos, etc.
Bacteria
- Organismos microscópicos que son unicelulares
- Pueden ser Móviles (por flagelo*) o inmóviles.
- Tienen diferente morfología y agrupación.
- Poseen en general una pared celular rígida que contiene peptidoglicano.
- Respiración aerobia, anaerobia o facultativa, es decir usan oxígeno o no, así como no tendría importancia
- Reproducción por división binaria, donde generan un anillo a la mitad de su dimensión y luego, ese anillo FtsZ permite la división en 2 mitades iguales de la bacteria. Estructura bacteriana Todas las bacterias tienen la misma estructura. Este esquema muestra los espacios sin divisiones, desde adentro está la membrana citoplasmática, después la pared celular y en algunos la cápsula, el flagelo, la membrana externa, el pili. Dentro se encuentra el material genético, los ribosomas y las sustancias o metabolitos.
muy importante porque el estudio de ese tipo de RNA es el que permite conocer evolutivamente una bacteria y poder realizar comparativas entre bacterias que no crecen en un laboratorio o que nosotros necesitemos compararlos taxonómicamente, es decir cuán parecida es una a la otra, por ejemplo. Su estudio comparativo llevó a postulación del Árbol Filogenético Universal. Este RNA ribosomal 16S se utiliza por ejemplo para hacer un PCR en el laboratorio, una técnica que lo identifica genéticamente. Por ejemplo, se quiere estudiar la población que tiene un paciente crónico a una enfermedad de Crohn que tienen una condición especial de los intestinos, por lo tanto se quiere estudiar qué microorganismos habitan en su intestino, muchos de esos microorganismos puede que crezcan en una placa en el laboratorio mientras que otros no van a crecer, esas que no crecen se estudian con otra técnica que se llama PCR donde se va a amplificar su material genético para llegar a saber comparando el material genético que bacteria es. Compuesta por fosfolípidos (grupos polares hidrofílicos e hidrofóbicos) y proteínas (sin esteroles). Va a permitir el traspaso de sustancias. Tiene ciertas excepciones como el caso de Mycoplasmas que si tiene esteroides. (ej: colesterol) y eso lo hace particular en su crecimiento o en su identificación en el laboratorio. Funciones de permeabilidad selectiva, transporte y producción de energía, además la cara interna tiene filamentos proteicos tipo actina que dan forma a la bacteria y el lugar de formación de tabique o anillo FTSZ en la división celular. Además de la membrana celular las bacterias tienen una pared celular cuyo componente principal es el peptidoglicano o mureína, ese componente va a estar compuesto por NAG (N-acetylglucosamine) y NAM (N- acetilmurámico), y a su vez van a estar unidos por puentes peptídicos que van a tener distinto grosor según sea la bacteria. Es muy importante porque es lo que le va a dar la base a lo que es la identificación en el laboratorio si es Gram positivo o Gram negativo. Si no existiera el peptidoglicano el señor Hans Christian Gram no se hubiera hecho famoso porque el péptido glicano tiene distinto grosor en distintos tipos de bacterias, en aquellas que se llaman Gram negativas el péptido glicano es bien delgado, y en las que se llaman Gram positivas el péptido glicano es grueso.
Tinción de Gram Permite clasificar las bacterias en 2 grupos:
- GRAM POSITIVO: retienen el colorante cristal violeta y se tiñen violeta oscuro.
- GRAM NEGATIVO: pierden el color y se tiñen rosado con el colorante de contraste (safranina). La tinción de Gram es una tinción muy simple, en una placa de cultivo en la cual existe el crecimiento de bacterias, se pincha una de esas bacterias, y en un portaobjeto con suero fisiológico se emulsiona parte de esa bacteria y se deja secar, una vez seco se hace la tinción de Gram que consisten en 4 colorantes: cristal violeta (tiene color azul violeta), Lugol, decolorante y la safranina (tiene color rosado) que es una tinción de contraste. Entonces al agregar el cristal violeta la preparación se pone de ese color y generalmente hay que esperar 1 minuto, después se lava con agua y se agrega el Lugol que dentro de sus componentes lo principal que tiene es yodo que va a hacer un componente que es muy grande, y en las bacterias que tienen ese péptido gigante el yodo queda atrapado ahí y forma un compuesto con el cristal violeta que al ser lavado con agua no sale y queda la bacteria teñida de color azul violeta. En el caso del péptido glicano delgado el compuesto del yodo logra salir al ser lavado con agua y, por lo tanto, la bacteria queda incolora, después se decolora por unos segundos y se agrega la safranina que es de un color fucsia o rosado y va a teñir el péptido delgado que estaba incoloro. Entonces las bacterias que se ven de un color azul violeta van a ser Gram positivas (peptidoglicano grueso) y las que se ven de un color rosado van a ser Gram negativas (peptidoglicano delgado). GRAM POSITIVO: peptidoglicano grueso
- ácidos teicoicos. GRAM NEGATIVO: peptidoglicano delgado + lipoproteínas, lipopolisacáridos (LPS) adosados a la membrana externa y membrana externa.
- LPS está compuesto por lípido A (endotoxina) y polisacárido (antígeno O). El LPS es importante porque además de proveer características de identificación serológica, la condición de endotoxina es muy importante porque cuando la bacteria se rompe, por ejemplo, a través del uso de un antibiótico este LPS actúa como una toxina por lo tanto va a tender a generar fiebre y es super importante para saber cuándo utilizar o no ciertos tipos de antibióticos. ¿Cuáles son las funciones de este peptidoglicano?
- El peptidoglicano es clave para la estructura, replicación y supervivencia de la bacteria.
- Otorga equilibrio osmótico.
- Puede degradarse mediante lisozima.
- Su importancia clínica deriva de su susceptibilidad a la acción de los antibióticos.
Estas bacterias que se están comunicando se están conjugando, es decir, se comparten información a través de los plásmidos. Es común encontrarlas en superficies de hospitales, por ejemplo, dentro de la ventilación mecánica suelen pegarse estos biofilms, aparte pueden ocurrir en las válvulas del corazón, etc. Además de la transferencia antibiótica, pueden pasarse nutrientes. Por ejemplo, si se intenta erradicar el biofilm, pueden solo eliminar el interior de esa comunidad, pero las bacterias que están en interior están con toda la resistencia antibiótica, están nutridas y son capaces de volver a crecer. Por eso cuesta mucho sacarla de estas superficies, y esto se encuentra en directa relación con las infecciones intrahospitalarias. Formados por subunidades proteicas enrolladas helicoidalmente llamadas flagelinas. Permiten el movimiento de la bacteria. Como se puede ver en la imagen, tienen aspecto de rotor. El flagelo se une en la membrana de la bacteria, y permiten el movimiento mediante la utilización de energía (ATP).
- Se unen a la membrana mediante el gancho y cuerpo basal
- Se impulsan por el potencial de membrana (se activan por ATP)
- Proporciona movilidad a la bacteria Las especies bacterianas pueden tener uno o varios flagelos en su superficie, los que se anclan en distintas partes de la bacteria. Si tienen distintas disposiciones, adquieren distintos nombres. Este es otro ejemplo de cómo es capaz de moverse la bacteria en sentido de las manecillas del reloj. Hay otro tipo de bacterias que han desarrollado la capacidad de alterar las células que están invadiendo, específicamente la actina de esa célula, la ocupan y se la pegan como un flagelo y mediante ella pueden movilizarse dentro de las células. Un ejemplo de esto es Shigella spp. Apéndices cortos, finos y rígidos ubicados en la superficie de la célula, principalmente en bacterias Gram negativo. Le permite a la bacteria adherirse a superficies, no moverse.
- Formados por subunidades proteicas (pilina)
- No poseen estructura helicoidal como los flagelos, y tienen menor diámetro
- Se disponen de manera uniforme. En este ejemplo, el pili tipo I en un tipo de E. coli que produce las infecciones urinarias, les permite también adherirse a las células de la vejiga y formar comunidades intrabacterianas y permanecer escondidas, y generar posteriormente infecciones del tracto urinario a repetición, ya que si están escondidas del sistema inmune, permanecen hasta que se den las condiciones favorables para volver a salir a la uretra y volver a generar la infección urinaria en ese paciente con las mismas condiciones. Se unen a otras bacterias y configuran una estructura tubuliforme para la transferencia horizontal de grandes segmentos de los cromosomas bacterianos. Se encuentran codificados por un plásmido (F). Estos les permiten conjugarse. Célula interna en reposo o estado vegetativo, altamente resistentes a las condiciones ambientales adversas. Producidas por bacterias Gram positivas como Bacillus y Clostridium.
- Características macroscópicas (morfologías de las colonias) Ejemplos: algunas algodonosas. más aguadas, blancas. La placa café tiene una colonia que tiene los bordes regulares, una elevación convexa, color amarillo y consistencia cremosa, “las pelotitas” son las colonias y dentro de estas tienen millones de bacterias, donde están las colonias son placas de agar o de cultivo donde crecen las bacterias
- Características microscópicas según estructura de la pared celular (tinción Gram) / forma agrupación, etc. Morfología y agrupación bacteriana Hay distintos tipos de forma para las más comunes son las cocáceas que se disponen de dos o diplococos de 4 o tétradas, de 8 o sarcinas, una después de la otra en cadena o en racimo y los bacilos que generalmente no tienen disposición si se pregunta por agrupación se dice que están aislados, hay algunos Gram positivos que se pueden disponer en cadena y otros en palizada o letras chinas.
Cocácea. Gram positivo, en racimo Bacilo Gram positivo en cadena Bacilo Gram positivo en letras chinas Fisiología bacteriana Ya conocemos como las bacterias están compuestas, como es su forma, como se agrupan, la tinción, etc. pero en algún momento deben crecer, aumentar en número y masa, eso lo hacen a través de la nutrición, reproducción y metabolismo. Esta misma cualidad de necesitar estos nutrientes, entre cada uno de ellos, no será más o menos exigentes, ya que existen requerimientos nutritivos de tipo:
- Poco exigentes: crecen en medios de cultivo básicos.
- Exigentes: Necesitan de medios de cultivo especiales o enriquecidos. Además de los nutrientes requeridos, el medio proporciona condiciones fisicoquímicas que influyen en el crecimiento bacteriano, como lo son:
- Temperatura
- Presión osmótica (sal)
- pH
- Oxígeno Las condiciones de temperatura les permitirá cierta clasificación, las cuales son:
- Psicrófila: Bajo 20°C (0-20°C)
- Mesófila: Entre 20 a 40°C, donde cabe destacar que estas son las bacterias que nos infectan.
- Termófila: Sobre 40°C (40 - 90°C)
- Hipertermófila (>90°C) Por otro lado, también según el requerimiento de oxígeno, se pueden clasificar las bacterias, donde existen:
- Aerobias estrictas: Sólo crecen en presencia de Oxígeno
- Anaerobia estricta: Solo crece en ausencia de oxígeno
- Anaerobia facultativa: Crecen con o sin oxígeno
- Microaerófila: Crecen con 5 a 10% de oxígeno y CO2.
Metabolismo bacteriano El metabolismo que utilizan las bacterias se producirá en el interior de la bacteria, y se dividirán en reacciones que le permitirán degradar algo, para proporcionar energía, y otras que le permitirán sintetizar algo para generar componentes estructurales de la bacteria, estos procesos son:
- Catabolismo: Degradación que proporciona energía
- Anabolismo: Reacciones que permiten sintetizar componentes estructurales de la bacteria. Nutrientes Los principales nutrientes que necesita una bacteria son:
- Agua: Más del 80% de la composición celular bacteriana es agua, y, por otro lado, es el solvente universal, cumple una función tampón.
- Fuentes de carbono: Todos los compuestos orgánicos poseen carbono, algunas fuentes simples de carbono son el CO2 y el CH4, y fuentes complejas son aminoácidos, hidratos de carbono y lípidos. Según esta cualidad de las fuentes de carbono, permitirá a las bacterias clasificarse en diferentes tipos: Organismo Fuente Carbono Fuente Energía Quimioautótrofos CO2 Compuestos inorgánicos Quimioheterótrofos Compuestos orgánicos Compuestos inorgánicos Fotoautótrofos CO2 Luz Fotoheterótrofos Compuestos orgánicos Luz
Genética bacteriana 20
Genoma Bacteriano
Cromosoma simple circular, recordemos que las bacterias son muy rudimentarias.
- Haploide
- DNA desnudo, no contiene histonas
- En promedio tienen alrededor de 4 millones de pares de bases que codifican para alrededor de 4300 proteínas Las bacterias son casi puras proteínas, porque su estructura es en base a proteína (externa y de membrana), en su interior el metabolismo funciona en base a proteínas y enzimas, entonces si nosotros destruimos las proteínas vamos a destruir al microorganismo.
- Son microscópicos, miden alrededor de un par de micrones de largo, y unas más pequeñas son de un micrón de diámetro.
- El DNA esta super enrollado. Imagen. Escherichia coli, son las bacterias más simples que veremos siempre, en la imagen se ve que desarrollaron el genoma y su largo. Imagen a modo de ejemplo para ver cómo está tan enrollado el genoma y cómo es que se replican. Dentro de los microorganismos vamos a encontrar dos tipos de cromosomas. ADN cromosomal:
- Cromosoma circular, dos hebras
- Superenrollado
- Tamaño 2-5 x 10₆ pb, en promedio 4 millones
- Codificar 2000 a 5000 genes *Dependiendo de la cantidad de genes es la cantidad de genes que va a poder codificar y proteínas que va a poder formar, entonces el rango va de 2000-5000 genes. ADN plasmidial:
- Extra cromosomal
- Circular, superenrollado
- Contiene genes no esenciales *Este ADN plasmidial no le pertenece al microorganismo, ese ADN lo captura del medio externo, por eso se llama extracromosomal, porque en la bacteria está el cromosoma y en el citoplasma flotan los plásmidos (puede haber 1 o varios), y esos plásmidos tienen la capacidad de anclarse al genoma y de salir de genoma. *Al contener genes no esenciales, si la bacteria no tiene plásmidos va a seguir con su ritmo de vida que ya tenía, en cambio sí le falta un gen esencial (del cromosoma) por ejemplo para la conformación de la flagelina, la bacteria va a quedar inmóvil porque no va a tener como producir el flagelo. En cambio, los plásmidos al ser
Genética bacteriana
