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Microbiología I
Anael López Novo
3º Grado
TEMA 1.LA MICROBIOLOGÍA EN EL
MUNDO DE LOS ORGANISMOS VIVOS
El límite de tamaño para que los organismos no se puedan ver a simple vista es de 0,01 mm.
Microbiología: ciencia que estudia microorganismos demasiado pequeños para ser vistos por el ojo humano, teniendo que usar instrumentos esenciales para tal fin. Ejemplo: bacterias, virus, microalgas…
La microbiología estuvo vinculada a la bacteriología durante mucho tiempo, pero las bacterias son solo una parte de ésta.
Existen dos tipos de microorganismos:
- Microorganismos con estructura: Eucariotas Procariotas Pueden ser tanto pluricelulares como unicelulares.
- Microorganismos o estructuras no celulares: estarían incluidos los virus, priones (proteínas infectivas), viroides y virusoides. Los viroides y virusoides son ácidos nucleicos infectivos. Todos ellos son parásitos intracelulares obligados. Los virus pueden infectar: animales, plantas y bacterias (bacteriófagos).
Definición general: aquella ciencia que estudia seres microscópicos, tanto unicelulares como pluricelulares, que carecen de diferenciación en tejidos, así como entidades no celulares.
Para que apareciese la microbiología como ciencia tuvo que darse antes e desarrollo del microscopio. Este microscopio se debe a A. Leewenhoek que en el siglo XVI desarrolló el primer microscopio, el cual era simple, es decir, contaba con una única lente. A. Leewehoek era un experto tallador de lentes y consiguió hasta 300 aumentos con una lente tan pequeña, el portaobjetos consistía en una punta y un tornillo largo hacía de macro y de micro para el enfoque. Leewenhoek era muy curioso y observó todo bajo esta lente: circulación capilar, glóbulos rojos, espermatozoides de diferentes especies, y lo que lo hizo más famoso fue lo que él denominó “animálculos” en agua estancada y diferentes infusiones, y observó sus diferentes formas; todas estas observaciones las enviaba a fundaciones científicas. Gracias a todo esto se lo considera uno de los padres de la microbiología.
descubrió lo que se denomina metabolismo acelular, es decir, muchos de los procesos que ocurrían en las reacciones eran debidos a las enzimas extracelulares que producían los microorganismos sin necesidad de la participación de la célula. Buchner se considera uno de los padres de la Bioquímica. La pasteurización fue un gran avance.
3.- Papel de los microorganismos en las enfermedades : determinar esto fue uno de los mayores avances científicos o médicos, porque permitió introducir medidas profilácticas. Antes de estudiar las causas de las enfermedades infecciosas era preciso definir este concepto. Uno de los primeros en definirlo fue Fracastorius en el siglo XVI, éste se considera el primer tratado de epidemiología de la ciencia, que decía: tiene que haber unos agentes que se transmiten de unas personas a otras y que causan enfermedades, esta afirmación fue acompañada de pruebas que la apoyaban.
Hubo que esperar otros dos siglos hasta Hunter, para demostrar que las enfermedades se contagiaban, se inyecto sangre de un enfermo de gonorrea y se infectó a sí mismo. Lister (discípulo de Pateur), sospechó que los microorganismos podían ser los causantes de estos contagios, por eso se podían contaminar los materiales quirúrgicos al igual que ocurría con los líquidos de los matraces; éste, que trabajaba en un hospital, introdujo lo que se conoce como antiseptia quirúrgica, que consistía en hervir el material quirúrgico, introdujo los desinfectantes, propuso tapar las heridas; la introducción de las medidas redujo drásticamente el número de muertes postoperatorias.
Pero el que realmente demostró que los microorganismos producían enfermedades infecciosas fue Koch (microbiólogo alemán). Empezó a estudiar una enfermedad en el ganado en el sigo XIX, que demostró que estaba producida por una bacteria llamada Bacillus anthracix (ántrax o carbuco), la cual se podía pasar al hombre. Lo que observó es que si inyectaba sangre de un animal enfermo en uno sano, éste último contraía la enfermedad. Koch quiso ir más allá y en su escuela empezaron a desarrollar métodos para poder aislar microorganismos de individuos infectados y conservarlos en el laboratorio, consiguió aislar B. anthracix luego la creció, la estudió y la inyectó en otro animal, de esta forma aparecieron los postulados de Koch, los cuales se siguen utilizando hoy en día. Koch inoculó un cultivo puro de bacterias en un animal sano y vio que se reproducía la enfermedad, con exactamente los mismos síntomas; para confirmar que se trataba de esa bacteria, y no de otra, sustrajo sangre del animal en cuestión y la reaisló, y así demostrar que se trataba del mismo microorganismo.
El descubrimiento de los virus se realizó gracias al desarrollo de los métodos de esterilización de bacterias. Uno de esos métodos es la filtración que consiste en realizar filtros con tamaño de poro muy pequeño (0,2 y 0,4 μm). Algunos de estos filtros seguían produciendo enfermedades en un huésped sano, entonces debía haber algo más pequeño que las bacterias, los cuales se denominaron virus filtradores.
Iwanovsky en el siglo XIX descubrió el virus del mosaico del tabaco. Hubo que esperar a 1957, hasta que Lwoff descubrió las características de un virus:
- Organización simple.
- Estudio de la replicación.
- Parásitos intracelulares obligados.
Buscó métodos para prevenir las enfermedades y se desarrollo lo que hoy en día se llama inmunología.
En el siglo XVIII, Jenner había mostrado evidencias indirectas de que las enfermedades se podían prevenir confiriendo protección a los individuos sanos. Estudió enfermedades virulentas (causadas por virus). Jenner recogió material purulento en una vaca aquejada de viruela bovina, inoculó este material en un humano y observó que éste quedaba protegido frente a la viruela humana.
En el siglo XIX, Pasteur, una vez que se sabía que los microrganismos estaban relacionados con las enfermedades, comenzó a trabajar en métodos de vacunación. Empezó a trabajar con el cólera aviar, del cual hizo muchos subcultivos (pases); los cultivos viejos los inoculó en pollos sanos, éstos quedaron protegidos frente a los cultivos nuevos, los pollos a los que no se les habían inoculado estos cultivos viejos al inocularles los nuevos desarrollaban la enfermedad rápidamente. Observó que los cultivos viejos habían perdido la virulencia, pero que al inyectarlos protegían al individuo sano de los nuevos cultivos. Demostró directamente los principios de la inmunología. Al obtener tal éxito repitió el experimento con enfermedades como el carbunco y la rabia.
También en este m ismo siglo Metchnikoff (discípulo de Pasteur) descubrió la inmunidad celular; por otra banda Ehrlich (discípulo de Koch) descubrió la inmunidad humoral, a lo que hoy en día llamamos anticuerpos.
A finales del siglo XIX y principios del XX surgió el papel de los microrganismos como agentes biogeoquímicos, esto se debe a Winogradsky y Beijerink, a los cuales se les considera padres de la ecología moderna; descubrieron las bacterias autótrofas, bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico, y también la especialización bacteriana.
Hoy en día la Microbiología va a jugar un papel relevante en varios aspectos de la vida de los seres humanos:
Agricultura y ganadería (bacterias fijadoras de nitrógeno). Procesos del rumen animal para procesar la celulosa. Alimentación (conservación de alimentos, fermentación, estudio de nuevos adictivos alimenticios). El papel en las enfermedades: identificación de nuevas enfermedades, cura, prevención y tratamiento. Industria: fabricación de biocombustibles, experimentos de biorenovación, procesos en minería.
porque en la década de 1980 comenzaron a utilizarse las técnicas de secuenciación con genes muy conservados (fenes ribosómicos), Woese, dividió a los seres vivos en 3 dominios:
- Dominio Bacteria
- Dominio Archaea
- Dominio Eukarya
Los dos primeros dominios comprenden a los organismos vivos con estructura celular procariota y el último son todos los organismos vivos con estructura celular eucariota.
Los tres dominios presentan un ancestro común (que vivió hace muchos millones de años). El Dominio Bacteria se corresponde con lo que hasta ese momento se denominaban bacterias verdaderas, y el Dominio Archaea son las llamadas bacterias primitivas.
Ésta es la clasificación de los seres vivos aceptada en la actualidad, la cual no solo está basada en caracteres morfológicos y fisiológicos sino también en las técnicas moleculares.
DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
Características definitorias de procariotas:
- Naturaleza del material genético: 1 (o 2. Normalmente es una, recibe el nombre de cromosoma bacteriano) cadenas de DNA circular, cerrado covalentemente y no presenta proteínas asociadas. No existe membrana nuclear (al contrario que en eucariotas) y no hay nucléolo (por lo tanto no tienen lugar los procesos de mitosis y meiosis).
- Ausencia de orgánulos verdaderos (limitados por verdadera unidad de membrana): no hay mitocondrias, ni retículo endoplasmático, ni aparato de Golgi y tampoco cloroplastos (pueden existir estructuras parecidas a ésta última en bacterias fotosintetizadoras, pero nunca cloroplastos verdaderos).
- Ribosomas 70 S (subunidades 50 S y 30 S): en eucariotas son 80 S (subunidades 60 S y 40 S) y también en mitocondrias y cloroplastos que son 70 S, lo que apoya la Teoría Endosimbióntica, es decir, que los orgánulos aparecen a través de bacterias endosimbiónticas digeridas por otras bacterias.
CARACTERÍSTICAS POSITIVAS DE PROCARIOTAS (nunca aparecen en eucariotas, tampoco tienen que aparecer en todas las procariotas)
Estructurales
- Pared celular (mureina o péptido-glicano): el péptido-glicano es un heteropolímero compuesto por subunidades de aminoazúcares de las que cuelgan aminoácidos de uno de los aminoazúcares: Ac. N-Acetil-Murámico. Nunca presentes en eucariotas; existen algunos procariotas como los micoplasmas que no tienen pared celular y los archaea que tampoco tienen pared celular de péptido glicanos.
- Flagelo bacteriano (flagelina): estructura helicoidal compuesta por flagelina, o tienen membrana, está unido a la célula por una estructura llamada orgánulo basal.
- Presencia de vacuolas de gas: vesículas rodeadas por una sola membrana sencilla. A parecen en bacterias acuáticas, ya sean o no fotosintéticas, y les confieren la propiedad de flotar y colocarse en la columna de agua para su mejor crecimiento.
- Presencia de vesículas Chlorobium (clorosoma): membrana sencilla, pigmentos fotosintetizadores en las bacterias fotosintéticas verdes.
- Carboxisomas (carboxi-dismutasa): “orgánulos” rodeados por una membrana simple que contienen enzima carboxi-dismutada (vesículas que acumulan este enzima que está implicado en la acumulación de CO 2 y es empleado por las bacterias autótrofas).
- Estructuras membranosas especializadas: aparecen siempre en continuidad con la membrana plasmática, diferente morfología (lineal, vesicular…), según el grupo en el que aparezcan son de diferentes tipos: Membrana fotosintética: bacterias fotosintéticas rojas. Membranas nitrificantes: enzimas para asimilar fuentes inorgánicas de nitrógeno.
Una partícula viral es un bloque de material genético (ARN o ADN) capaz de replicarse de forma autónoma y con cubierta proteica.
Algunos virus pueden tener una cubierta membranosa que envuelve la cubierta proteica, así diferenciamos:
Virus cubiertos Virus desnudos
- Organización simple: cuentan con proteínas necesarias para el plegamiento del material genético y para la replicación.
- No presentan una división celular
REPLICACIÓN:
El material genético lo inyectan en la célula hospedadora y toman la maquinaria celular para sintetizar más ácido nucleico viral y también proteínas virales; se forman así las nuevas partículas víricas, ensamblándose.
COMPARACIÓN DE TAMAÑOS
CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS:
Las primeras clasificaciones se basaban en las células que podían infectar un tipo de hospedador. Debido a las proteínas que se encuentran en la cápside se trata de hospedadores muy específicos:
- Virus que infectan animales.
- Virus que infectan vegetales.
- Bacteriófagos.
Dentro de los propios hospedadores había especificidades según las células de los tejidos a los que infectan (hígado, riñón…).
Hoy en día son características secundarias, se clasifican filogenéticamente por estudios moleculares.
Cuando se descubrieron los virus, los científicos pensaron que se había llegado al nivel más simple que existe. Hay teoría científicas que postulan que un virus es virus solo desde que está infectando a una célula, por eso sería un ser vivo.
Más tarde se produjo el descubrimiento de los viroides: fragmentos de RNA monocatenarios con plegamientos, uniones entre bases que los hacen muy resistentes, producen enfermedades en plantas.
Prusiner descubre los priones, que son proteínas infecciosas. El nombre deriva de pro-in (proteína infecciosa). Son más pequeños que los viroides, proteínas de 3000 Da, son el límite de simplicidad de los agentes infecciosos hasta el momento.
Tema 2. Técnicas de estudio y
observación de microorganismos
MICROSCOPIO COMPUESTO
Cuando usamos aceite de inmersión tiene el mismo índice de refracción de objetivo, por lo tanto, aumenta el índice de luz que entra, por eso aumenta el poder de resolución.
El condensador enfoca la luz sobre la preparación. El diafragma controla el diámetro del círculo de luz que llega a la preparación.
Otros dos factores son:
- Profundidad de campo: la capacidad de ver objetos que se encuentren a mayor profundidad. Es mayor cuanto menor sea el aumento.
- Área de campo: la superficie de preparación que se ve con el objetivo correspondiente. El área de campo es mayor cuanto menor sea el aumento.
Tipos de microscopía basadas en el microscopio compuesto:
Campo claro Contraste Fluorescencia Campo oscuro Luz UV Invertido Electrónico Barrido Transmisión
Campo claro
Campo oscuro
El condensador desvía la luz para que no entre en el objetivo, si en la muestra hay objetos con índice de refracción distinto al del medio, estos desvían la luz y hacen que entre en el objetivo; así se ven los objetos brillantes sobre un campo oscuro. Se usan para observar microorganismos que se alteran con las tinciones y que son difíciles de ver en el resto, por ejemplo: espiroqueta.
Microscopía de contraste de fases
Microscopía de fluorescencia
También emplea luz UV, pero se basa en colorantes fluorescentes, que cuando se excitan con la luz UV se ve la luz visible. Los objetos aparecen coloreados. Se utiliza en estudios ecológicos.
Los colorantes tiñen los ácidos nucleicos. El naranja de acridina y otros tiñen de distinta manera dependiendo si se trata de DNA de doble cadena o de cadena simple; también algunos permiten diferenciar si se trata de ácido nucleico de células vivas o muertas. En inmunología se une un colorante a su anticuerpo específico.
Microscopía electrónica
Hasta 100 veces más resolución que el microscopio óptico. Utiliza haces de electrones, por lo tanto no empleará lentes sino campos magnéticos. Existen dos tipos de microscopía electrónica:
Microscopía electrónica de transmisión: los electrones pasan a través de la muestra. Requiere de cortes ultrafinos para que la muestra se pueda ver. Para hacer esos cortes se necesita fijar la muestra (normalmente se emplea formol o tetróxido de osmio), una vez fijada ésta se deshidrata con compuestos orgánicos, a continuación se incluye en resinas y finalmente se corta mediante el micrótomo. Una vez tenemos esos cortes los teñimos con colorantes especiales densos a los electrones como son el uranio, osmio… también existen colorantes que no tiñen las estructuras sino que las limitan. Otra forma de realizar cortes es la técnica de la criofractura: congelación y posterior cortado del bloque congelado. Impide el deterioro de la muestra.
