manual de microbiologÍa general
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Microbiología GeneralPROGRAMA TEÓRICO
Contenido.
I. Introducción . II. Desarrollo histórico de la microbiología.
III. Fundamentos de la microbiología.
IV. Genética microbiana.
V. Relación huésped- parásito.
VI. Control del desarrollo bacteriano.
VII. Impacto de los microorganismos en la Ing. Genética y la Biotecnología.
VIII. Interacción e impacto de los microorganismos en el medio ambiente.
Q. B. Rosa Amelia Vázquez [email protected]
I.- INTRODUCCIÓN
Materia: Microbiología General Semestre: Quinto Clave: 0328 Carácter: Obligatorio Departamento de Ciencias Químico Biológicas y Agropecuarias
Definición:
La Microbiología se define etimológicamente del Griego MICROBIO y del griego LOGOS
que significa tratado. Es una ciencia que estudia o que trata de los organismos vivos invisibles
a simple vista o de tamaño microscópico. Éstos se denominan MICROBIOS,
MICROORGANISMOS o PROTISTAS.
Alcances de la Microbiología:
La Microbiología es una ciencia que se dedica al estudio de las regularidades que rigen la vida
y el desarrollo de los microorganismos; así como sus características, relaciones mutuas y su
relación con otros grupos de organismos. Algunos microorganismos son útiles y otros dañinos
que causan alteraciones tanto en el organismo humano, animal, vegetal, como en la naturaleza
inanimada.
El desarrollo de la microbiología, al igual que el de otras disciplinas científicas, se halla en
estrecha dependencia de los medios de producción, de las demandas de la práctica y con el
progreso general de la ciencia y de la tecnología.
De acuerdo con las necesidades de la sociedad, la microbiología se dividió en las siguientes
ramas: MICROBIOLOGÍA GENERAL, AGRÍCOLA, INDUSTRIAL, MÉDICA,
SANITARIA y VETERINARIA. Y actualmente se han formado, además, la microbiología del
mar y la cósmica.
La microbiología médica moderna se ha convertido en una extensa disciplina que se subdivide
en BACTERIOLOGÍA, ciencia de las bacterias (agentes etiológicos de muchas enfermedades
infecciosas); la VIROLOGÍA, ciencia de los virus; INMUNOLOGÍA, ciencia de los
mecanismos de defensa del organismo tanto contra los agentes patógenos como para los no
patógenos; MICOLOGÍA, que se dedica al estudio de los hongos patógenos para el ser
humano; y la PROTOZOOLOGÍA cuyo objeto de investigación son animales
monomoleculares patógenos. Además la microbiología médica estudia los mecanismos de
infección, los métodos de diagnóstico de laboratorio, el tratamiento y la profilaxis específicas
de las enfermedades infecciosas.
La microbiología como ciencia independiente, dispone de una metodología propia de
investigación que permite resolver muchos problemas de gran importancia para la salud
pública. Los métodos microbiológicos se aplican ampliamente en otras disciplinas médicas
tanto teóricas como clínicas.
La microbiología es una ciencia que es relativamente joven. El mundo de los microorganismos
se descubrió hace poco más de 300 años y hubieron de pasar otros 200 años antes de que se
apreciase y se comprendiese el significado real de los microorganismos. Durante los últimos
40 años, la microbiología ha emergido como un campo muy significativo de la Biología.
Hoy los microorganismos son utilizados por los investigadores para el estudio de
prácticamente de todos los fenómenos biológicos principales.
Precisamente hasta 1870 no se comprendía ni se aceptaba su papel como agentes causantes de
enfermedades. Y fue más o menos entonces cuando se estableció que los microorganismos
realizaban muchas funciones vitales en nuestro medio ambiente.
Existe una gran variedad de población de microorganismos y se encuentran prácticamente en
todas partes de la naturaleza. Están presentes en las corrientes de agua, lagos, ríos, océanos.
Estos son transportados por las corrientes de aire desde la superficie de la tierra a partes más
altas de la atmósfera y desde allí llegan a cientos de miles de nuevas localizaciones. Están
sobre nuestro cuerpo y en nuestra boca, nariz y otros orificios del cuerpo. En un solo
estornudo es posible expeler millones de microorganismos al autor no inmediato o los
microorganismos son más abundantes allí donde los nutrientes, la humedad y la temperatura
son adicionados para su crecimiento y multiplicación.
Los microorganismos son responsables de muchas enfermedades que han sido plaga de las
civilizaciones durante siglos.
Antes que se descubriese que los microorganismos eran causantes de enfermedades
antiguamente moría bastante gente por brotes de enfermedades como difteria, viruela, peste,
etc.
Actualmente gracias a los descubrimientos hechos en microbiología, la medicina ha
conseguido mayores éxitos en el diagnóstico, prevención y curación de enfermedades. Y por
lo tanto ha disminuido el número de muertes.
El estudio de los microorganismos ha contribuido en gran manera a lo que hoy se sabe de
genética y de metabolismo.
Algunos de los microorganismos se han considerado como fuentes de proteínas.
Sin embargo, la prevención de la enfermedad fue uno de los primeros puentes hacia los que se
enfocó la microbiología y sigue siendo uno de los principales objetivos.
Campos de aplicación de la microbiología
Por lo general los microbiólogos suelen especializarse en el estudio de determinados
grupos de microorganismos. Hablando con propiedad se tienen las siguientes disciplinas:
Bacteriología, Protozoología, Parasitología, Micología, Ficología y Virología.
Estas ramas estudian un determinado grupo de microorganismos:
a) BACTERIOLOGÍA: Se dedica al estudio de las bacterias, aunque a veces se utiliza
como sinónimo de microbiología.
b) PROTOZOOLOGÍA: Es una rama de la parasitología que se encarga de estudiar
exclusivamente a los protozoos.
c) PARASITOLOGÍA: Es una disciplina que abarca el estudio de los protozoos y de
otros microorganismos y macroorganismos parásitos.
d) MICOLOGÍA. Es una rama de la microbiología que trata el estudio de los hongos,
como son las levaduras y los mohos.
e) FICOLOGÍA: Es una rama que se encarga del estudio de las algas.
f) VIROLOGÍA: Es una ciencia que se encarga del estudio de los virus.
Cabe mencionar que estas disciplinas no abarcan todos los aspectos microbiológicos,
por lo que no es raro que exista una mayor especialización en algunos aspectos biológicos de
un grupo específico de microorganismos, ejemplo: la genética bacteriana, la ficología de las
algas, citología de las bacterias, etc.
Ahora, si se toma en cuenta la variedad y la significación de la actividad de los
microbios se puede observar el gran campo de aplicación de la microbiología de los que se
menciona lo siguiente:
MICROBIOLOGÍA MÉDICA. Por lo general los microorganismos se van conociendo
por el tipo de enfermedad que causan tanto a los seres humanos, como animales y plantas.
La rama de la microbiología que se encarga sobre el estudio de los microorganismos que
producen enfermedades en el hombre es la microbiología médica
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II. DESARROLLO HISTÓRICO DE LA MICROBIOLOGÍA
La historia de la microbiología se basa en los logros de muchos científicos, de los cuales
desafortunadamente se dan a conocer relativamente muy pocos nombres y acontecimientos
que son los más destacados. Aunque muchas contribuciones importantes de personas nobles
han sido olvidados y opacados por otras que tal vez no sean tan importantes, la investigación
sigue adelante.
Indudablemente que el mérito no es para el primero que se le ocurrió la idea, sino para aquel
que convence al mundo.
De esta manera, aparecen los nombres más famosos de personas que convencieron ya sea
desarrollando una técnica, ideando un instrumento o exponiendo algún concepto, que explica
sus hallazgos claramente y con atracción; y que finalmente fue adoptado, de tal forma que la
ciencia floreció y evolucionó.
Se mencionará aquí algunos datos históricos, que nos servirán principalmente para
comprender el origen de la microbiología como ciencia, así como la importancia que ésta tiene
en el campo de la investigación.
No fue, sino a partir de 1865, cuando se vislumbraron mayores progresos en la comprensión
de los microorganismos y de sus actividades. Adelantos verdaderamente importantes que se
lograron como resultado de las investigaciones.
Las relaciones que hiciera Leeuwenhoek sobre la ubicuidad de los microorganismos, por
ejemplo, permitieron que 200 años más tarde, Louis Pasteur, descubriera la participación de
estos microbios en las reacciones de fermentación. A Koch, Smith y a muchos otros; descubrir
la relación de los microorganismos con las enfermedades.
A Galileo y Robert Hooke, en 1610 y 1665 respectivamente se deben las primeras nociones de
los microscopios. En su constitución eran más semejantes a los modernos que los fabricados
por Leeuwenhoek, aunque los lentes de éste eran mejor tallados.
Leeuwenhoek describió los organismos que otros ya habían visto, no se duda que vio
bacterias, hongos y muchas formas de protozoos.
El descubrimiento de los microbios espoleó el interés en el origen de las cosas vivas y
despertó una fiebre de argumentos y especulaciones.
En 1749, John Needham (1713-1781), experimentando con carne expuesta a cenizas calientes
observó la aparición de organismos que no estaban presentes al principio del experimento.
Spallanzani (1729-1799) hirvió caldo de carne durante 1 hora y después selló los frascos. No
aparecieron los microbios.
Dos investigadores independientes, Franz Schulze (1815-1873) y Theodore Schwann (1810-
1882) respondieron a las investigaciones de los dos anteriores, unos 60 ó 70 años después,
exponiendo los cultivos al aire y no aparecieron los microbios. Aún así, partidarios en extremo
de la generación espontanea no se convencieron.
Aproximadamente en 1850, Schröder y Von Dusch llevaron a cabo un experimento más
convincente haciendo pasar aire a través de algodón en los frascos que contenían caldo
calentado y no hubo desarrollo.
Por último el concepto de la generación espontanea que resucitado por última vez por
Pouchet, quien publicó en 1859 un extenso estudio probando su existencia, pero Pouchet
carecía del ingenio, el ímpetu y el tesón de Louis Pasteur (1822-1895).
Y fue Pasteur quien llevó a cabo experimentos que pusieron punto final a la discusión,
publicando sus resultados en 1864. Sus frascos no produjeron signos de vida.
Louis Pasteur empezó su brillante carrera como profesor de química en la Universidad de
Lille, Francia.
Estudió métodos y procesos que intervenían en la producción (vinos y cerveza) para que
fueran de buena calidad y constante.
Observó la fermentación que llevaban a cabo los microbios para obtener alcohol a partir de las
frutas y los granos.
Pasteur señaló que los microbios no deseables podrían ser eliminados por calentamiento, lo
que no alteraba el aroma de los jugos, pero sí para hacer inocuos a los microorganismos.
Observó que manteniendo los jugos a una temperatura de 62º C por media hora se lograba lo
anterior, y que actualmente se conoce como proceso de pasteurización, utilizado ampliamente
en la industria.
Investigó por años sobre la enfermedad pebrina (enfermedad en el gusano de seda) a solicitud
del gobierno francés, debido al daño que este gusano estaba ocasionando en la industria
francesa, y finalmente pudo aislar el parásito causante de la enfermedad.
Seguidamente, Pasteur tropezó con el problema del carbunco, enfermedad de bovinos, de
ovejas y a veces en los seres humanos.
Después de aislar a los microbios a partir de la sangre de animales enfermos los cultivó en
frascos de laboratorio.
Robert Koch (1843-1910) médico meticuloso y que a veces se olvidaba de ejercer su profesión
para jugar con la nueva y fascinante ciencia como la bacteriología, trabajaba al mismo tiempo
sobre la enfermedad del carbunco en Alemania.
Él fue quien descubrió los bacilos típicos con puntos angulosos en la sangre de bovinos que
habían muerto de carbunco.
A partir de estos experimentos examinó y aisló el microorganismo y fue cuando por primera
vez se demostró su relación con la enfermedad.
De ésta se establecieron los postulados de Koch, que son los siguientes:
a) El organismo específico ha de encontrarse siempre asociado a la enfermedad.
b) El organismo ha de ser aislado y obtenido en cultivos pero en el laboratorio.
c) Este cultivo puro inoculando a un animal susceptible produce enfermedad.
d) Debe recuperarse el organismo en cultivo pero del animal infectado
experimentalmente.
En cuanto al concepto de cultivo puro Joseph Lister, en 1878, obtuvo por primera vez cultivos
puros (cultivo axénico) de bacterias por diluciones seriadas en medios líquidos, obteniendo de
esta manera un solo y verdadero tipo, al que Lister llamó Bacterium lactis.
Mientras tanto Koch perfeccionó sus métodos para el estudio de las bacterias. El
descubrimiento de cultivos sólidos fue una de sus más grandes contribuciones.
Koch ideó diferentes técnicas con las que estudió muestras de pacientes con tuberculosis y
después de una serie de pruebas anunció el microorganismo que causa la tuberculosis.
Cabe recalcar que la utilización de cultivos puros tiene gran importancia no solo en el estudio
de poblaciones infectadas sino en los avances que se han tenido en otras ramas, como la
microbiología marina, microbiología del conducto intestinal y otras las cuales requieren:
1. Del conocimiento de la fisiología de microorganismos individuales en cultivo puro.
2. De las relaciones ecológicas de la totalidad de las poblaciones microbianas en un
medio dado.
Pasteur continuó sus investigaciones en la prevención de las enfermedades infecciosas y
alrededor de 1880 aisló el germen causante del cólera de las gallinas, mediante cultivos puros.
Esta técnica ideada por Koch en cuanto a obtención de cultivos puros, le sirvieron para
muchos ensayos en los que tuvo éxito; los mismos que utilizó para la inoculación de pollos
sanos, este experimento lo consternó puesto que los pollos no enfermaron, ni murieron.
Revisando cada paso de su experimento encontró que en la inoculación había utilizado los
cultivos puros viejos en lugar de los nuevos que había preparado. Esto lo llevó a repetir el
experimento pero inoculando de los dos tipos de cultivo a diferentes grupos de pollos, lo que
le sirvió para demostrar el principio de inmunización.
Esta demostración explicaba el principio en el que se fundamenta el éxito de Jenner al aplicar
el virus de la viruela bovina, en 1798, para inmunizar a las personas contra la viruela humana.
Posteriormente Pasteur aplicó este principio a la prevención del carbunco, observando con
satisfacción los mismos resultados.
A los cultivos viejos (atenuados) los llamó vacunas, término derivado de la palabra vaca en
honor de Jenner y aplicó el término vacunación a la inmunización con cultivos de bacterias
atenuadas, aunque no se tenga relación alguna con las vacas.
La fama de Pasteur prevaleció en toda Francia, por lo que no fue sorprendente que se
enfrentara a un mayor reto cuando se le pidió sobre una enfermedad que afectaba a los seres
humanos, enfermedad transmitida al hombre por mordeduras de perros, gatos y otros
animales; la rabia.
El experimento consistió en la inoculación de conejos a partir de la saliva de perros rabiosos,
ya que de antemano sabía que el virus era demasiado pequeño para ser visto al microscopio,
nunca se había cultivado en laboratorio y que no era una bacteria.
El experimento se basaba en extraer el cerebro y la médula espinal de los conejos infectados,
se disecaron por varios días, se pulverizaron y se mezclaron con glicerina; esta mezcla
inyectada a los perros los protegía contra la rabia. Pasteur quedó sorprendido cuando después
del ensayo decisivo, un joven que había sido mordido por un lobo rabioso, no murió.
Los éxitos de Pasteur y de Koch les hicieron acreedores de honores y premios por sus
compatriotas.
Koch llegó a ser profesor de higiene y director del Instituto de Enfermedades Infecciosas,
fundado por él en la Universidad de Berlín.
En gratitud a Pasteur se estableció el Instituto de Pasteur en París en 1888.
Gracias a sus aportaciones se vislumbraron horizontes más amplios para la microbiología, día
a día se iban descubriendo nuevas bacterias, por muchos hombres estudiosos y discípulos de
Koch y Pasteur.
Estas y otras observaciones dieron lugar a la microbiología aplicada, ya que se hicieron
extensivas a otras enfermedades. Después de que Edwin Klebs y Frederick Leoffler
descubrieron el bacilo de la difteria y obtuvieron sus venenos en un frasco de laboratorio, Emil
Von Behring y Shibasaburo Kitazato idearon el método de producir inmunidad para las
infecciones causadas por estos organismos inyectando sus toxinas (venenos) en animales para
obtener una antitoxina (sustancia que neutraliza la toxina). Lo mismo hicieron Kitazato y Von
Behring con los cultivos de closiridium tetani para la prevención y tratamiento del tétanos.
Poco después Von Behring recibió Premio Nobel en fisiología y medicina en 1901.
A estos acontecimientos le siguieron otros como: la demostración de la inmunidad mediante
inoculación de cultivos muertos de microorganismos, el descubrimiento de que las células
blancas de la sangre comían dentro de las bacterias, productoras de enfermedad por el (ruso)
Elie Metchnikoff a las que llamó Fagocitos; mientras en Alemania Paul Erlich explicaba la
inmunidad en base a la presencia de determinadas sustancias solubles en la sangre. Hoy en la
actualidad sabemos que los dos mecanismos desempeñan sus partes. Otra aportación de Erlich
importante porque dio apertura al futuro de la quimioterapia y de los antibióticos fue la
observación de que un arsenical orgánico (compuesto 606 de la serie ensayada), destruía el
microbio de la sífilis dentro del cuerpo.
Debido a estos logros y los anteriormente expuestos, el periodo de 1880 y 1900 se considera
como la primera época de oro y un paso sustancial de la infancia a la adolescencia para la
microbiología. Por otro lado en el continente europeo, un cirujano inglés, Joseph Lister utilizó
una solución diluida de ácido fénico como desinfectante de las heridas postoperatorias con la
finalidad de combatir la infección de las mismas por microorganismos, obteniendo tan grande
éxito, que la técnica se aceptó rápidamente, a la vez que sirvió para establecer los principios de
las técnicas asépticas utilizadas en la actualidad.
Los microbiólogos empezaron a aparecer y de alguna manera fueron muy influidos por Koch,
Pasteur y Joseph Lister. Igualmente los Bacteriólogos en Europa y América. Entre los
americanos que directa o indirectamente fueron responsables del desarrollo de la bacteriología
en Estados Unidos son: William, Harold, Clarence, Ernst y H. L. Russell.
Puede considerarse las aportaciones por los científicos e investigadores. Pertenecieron a la
primer época de oro y comienza a abrirse un mayor auge, con el éxito de los americanos en la
construcción del Canal de Panamá con la conquista de los científicos de la fiebre amarilla, al
descubrir que el virus, era transmitido a los seres vivos por mosquitos. A esto le siguieron
aplicaciones en el campo de la microbiología del suelo, las plantas, hasta llegar a formar parte
como una de sus ramas, en el campo mas amplio de la Biología.
Es entonces cuando empieza a abrirse paso la segunda época de oro de la microbiología y
principalmente hacia el año de 1945 y, que continua hasta nuestros días, al reintroducirse
bacterias y virus en la corriente principal de la biología y donde los conocimientos logrados
con el estudio de los microorganismos son los fundamentos de la biología moderna, biología
molecular y de la ingeniería genética.
Se esbozaran algunos aspectos importantes que corresponden a la segunda época de oro ya que
sería demasiado larga la lista de todos aquellos que contribuyeron al desarrollo de la
microbiología, pero que si se desea dar una referencia completa se puede consultar el libro
THE HISTORY OF THE BACTERIOLOGY, de William Bulloch.
Las relaciones que hiciera Leewenhoek sobre la ubicuidad de los microorganismos, por
ejemplo, permitieron que, 200 años más tarde, Louis Pasteur descubriera la participación de
estos microbios en la reacción de fermentación. A Koch, Smith y a muchos otros, descubrir la
relación de microorganismos con la enfermedad.
En 1905, Robert Koch recibe Premio Nobel por haber contribuido importantemente en la
creación de la microbiología como ciencia.
Se le recuerda por haber aislado las bacterias que causan el carbunco y la tuberculosis.
El trabajo de Theobald Smith sobre la transmisión de la fiebre de Texas, señaló el camino para
los trabajos subsiguientes de Reed sobre la epidemiología de la fiebre amarilla. La persistencia
de Paul Ehrlich, por encontrar un compuesto químico que destruyera a la espiroqueta que
causa la sífilis en el ser humano y sin producir daños a las células de los tejidos, abrió paso a
los logros obtenidos en el futuro, sobre el uso de compuestos químicos en el tratamiento de la
enfermedad; lo cual le permitió compartir con Elie Metchnikoff, Premio Nobel en 1908.
Como se puede ver, la historia no sólo trata del pasado, sino que se hace cada día, a medida
que nuestros conocimientos aumentan con cada nuevo descubrimiento y cada suceso.
En muchas ocasiones, el reconocimiento de una contribución científica, se retrasan durante
años, por ejemplo: en 1929 Alexander Fleming publicó su trabajo sobre la acción
antibacteriana de los cultivos de Penicillium, pero la importancia de este descubrimiento
básico no fue reconocido hasta 1945 y con Premio Nobel. Así, la historia de la microbiología,
está llena de logros asombrosos, pero también de larga preparación para lograrlo.
La microbiología inició desde que el hombre empezó a pulir piezas de vidrio y a combinarlo
para lograr amplificaciones grandes y poder observar a los microorganismos.
Evolución en los últimos años:
Por ejemplo, el Premio Nobel otorgado a Enders, Robbins y Weller por su triunfo en la
investigación sobre el cultivo de virus de la poliomielitis, lo cual hizo posible que Jonas, Salk,
Herald Cox, Hillary Koprowski y Albert B. Sabin obtuvieran vacunas para la prevención de
esta enfermedad.
Fritz Lipman y Hans Krebs fueron distinguidos con el Premio Nobel en 1953, por sus estudios
fundamentales sobre células vivas y por los avances sobre fisiología y metabolismo.
En 1958, Premio Nobel de medicina y fisiología Joshua Lederberg, George Beadle y Edward
Tatum quienes descubrieron que los genes regulan los procesos químicos de la célula, que
están organizados y que pueden alterarse por el proceso de recombinación.
Desde este descubrimiento hasta 1968, se hicieron aportaciones por descubrimientos sobre los
ácidos nucleicos, herencia y código genético.
En 1969, el Premio Nobel de medicina fue para otros norteamericanos, Max Delbruck, Alfred
D. Hershey y Salvador E. Luria quienes estudiaron procesos vitales en los bacteriófagos y
ayudaron a establecer la moderna biología molecular.
Otros descubrimientos en 1972 hasta 1975 sobre la estructura de anticuerpos y partículas
virales de cáncer en células tumorales son parte de la misma historia que como puede
apreciarse no tiene fin y permanecerá así, mientras haya hombres y mujeres con talento y
dispuestos a enfrentarse a otros retos.
Nomenclatura y clasificación de microorganismos
Desde hace mucho tiempo, el mundo de todos los seres vivos se ha dividido en dos
reinos, el inmóvil de las plantas fotosintéticas, y el móvil, formado por animales no
fotosintéticos. Tiempo más tarde, a principios del siglo XIX el mundo microbiano empezó a
ser estudiado en forma sistemática, se realizaron grandes esfuerzos para adaptar a todos los
nuevos organismos que fueron descubiertos, como organismos unicelulares móviles, como
aquellos que tenían envoltura flexible parecida a la de las células animales. Por otro lado, las
algas como eran fotosintéticas y tenían pared celular rígida igual que las células vegetales
fueron consideradas como plantas; los hongos o eumicetos y las bacterias (esquizomicetos),
debido a su división por hendidura transversal fueron agrupados como plantas.
Esta simple clasificación en plantas y animales presentaba bastante inconsistencia, ya
que los hongos y la mayor parte de las bacterias no son fotosintéticas, muchas bacterias son
móviles, algunos hongos y algas poseen esporas móviles (zoosporas), etc.
La solución más lógica hasta ese momento fue la propuesta de E. H. Haeckel en 1866,
zoólogo alemán, quien propuso un tercer reino biológico, el de los PROTISTAS, el cual se
distingue de los animales y plantas por su organización relativamente simple.
Con el desarrollo del microscopio electrónico ha sido posible profundizar en el
conocimiento de la ultraestructura celular, y donde también ha sido posible reconocer dos
categorías, basadas en la complejidad de su organización. Los protistas superiores o
EUCARIOTES y los protistas inferiores o PROCARIOTES.
Los protistas superiores o eucariotes poseen células grandes (con núcleo verdadero),
muy semejante a las de animales y plantas; contienen una membrana nuclear, múltiples
cromosomas en el interior de cada núcleo y un aparato mitótico que garantiza la equipartición
de los elementos que resultan de la replicación cromosómica entre los núcleos hijos. En este
grupo o categoría se incluyen los protozoos, los hongos y la mayoría de las algas.
Los protistas inferiores o procariotes, se caracterizan por poseer células más pequeñas
en las cuales el núcleo está constituido por un único cromosoma que carece de membrana
nuclear, carecen de diversas estructuras rodeados por membranas. En este grupo se incluyen
todas las bacterias y un grupo pequeño de algas azul-verdes (cianobacterias).
ES IMPORTANTE MENCIONAR QUE LOS VIRUS NO SE INCLUYEN EN ESTA
CLASIFICACIÓN, PUESTO QUE NO SE CONSIDERAN CÉLULAS
Poco después Whittaker (en 1969), propuso un sistema de clasificación en cinco reinos
y que en la actualidad es ampliamente aceptado, porque considera los siguientes aspectos:
Las relaciones evolutivas
Por ser compatible con estudios recientes sobre bioquímica, genética y
ultraestructura.
Los reinos propuestos son: Monera, que incluye los procariotes; Protista que incluye
microorganismos eucarióticos unicelulares; Vegetal que contempla los organismos
eucarióticos multicelulares y multinucleados; Animal donde se agrupan animales
multicelulares y el reino de los Hongos donde se encuentran los hongos superiores
multinucleados.
Observando lo anterior se dará cuenta que los microorganismos se encuentran en tres
de los cinco reinos:
MONERA (Algas azul-verdosas y bacterias)
PROTISTA (microalgas y protozoos)
HONGOS (Levaduras y mohos)
La ordenación de los organismos vivientes con el descubrimiento de la evolución
biológica ha pasado de una clasificación puramente descriptiva y sistemática, a una
clasificación taxonómica "natural"; la cual intenta agrupar los organismos de tal forma que
refleje las líneas de su ascendencia evolutiva. Una pieza clave de esta clasificación es la
definición de ESPECIE, como un grupo de individuos capaces de reproducirse entre ellos en
forma continuada.
Los niveles superiores de la clasificación, como el género, tribu, familia, orden y clase;
carece de una definición clara y práctica.
La situación en las bacterias es algo distinta: el número de características disponibles
para la clasificación es mucho más limitado. Por lo tanto, no es de extrañarse que en el
Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, que puede considerarse como el fruto del
mayor trabajo en equipo que se haya realizado en lo que se refiere a clasificación, y que, por
otra parte, es la guía más utilizada.
Este tipo de clasificación, a pesar de que es especulativa en relaciones taxonómicas, es
muy útil como clave determinativa, para identificar un organismo desconocido y relacionarlo
con otros organismos.
Actualmente la descripción y clasificación de los organismos vivos es y ha sido un
objetivo de primordial importancia, en todas las ramas de las ciencias biológicas.
De esta manera, una vez que las características de un organismo queden perfectamente
descritas, es posible compararlos con otros microorganismos con la finalidad de determinar y
establecer similitudes, así como diferencias.
Mediante la comparación de características de un gran número de microorganismos se
llega finalmente a un sistema para agrupar los especímenes relacionados.
Posteriormente se establece un grupo cuyos miembros tienen características muy
similares al cual se le considera especie y se le asigna un nombre científico (donde el
microorganismo adquiere su nombre).
Es importante y necesaria la identificación ya que al conocer sus características pueden
ser de utilidad:
Para estudiar y aclarar numerosos procesos bioquímicos, para aclarar procesos
vitales.
Por su producción de sustancias químicas que son de gran valor (p. ej. vitaminas y
antibióticos).
Estos son solo unos aspectos pero hay más consideraciones que son importantes.
Para poder identificar y clasificar a un M. O. deben determinarse con cierto grado de
precisión las siguientes características:
1. Características de cultivo. Se refiere a (a) las sustancias nutritivas necesarias para el
desarrollo y (b) las condiciones físicas de un medio que lo favorezcan.
2. Características morfológicas. Se refiere al tamaño de la célula, su forma, su
agrupación, diferenciación en tinciones e identificación de estructuras.
3. Características metabólicas. Se refiere a la manera o forma por la cual los
microorganismos llevan a cabo los procesos químico-biológicos.
4. Características de la composición bioquímica. Se refiere a la identificación de las
principales características de los componentes químicos de la célula.
5. Características antigénicas. Se refiere a la detección de componentes celulares
especiales (químicos) que dan prueba de similitud entre las especies.
6. Características genéticas. Se refiere al análisis de la composición del ácido
desoxirribonucleico (DNA), así como la determinación de la reacción que ocurre
entre material DNA a partir de diferentes microorganismos.
Sobre la base de todas estas propiedades y características, se ha ido clasificando a los
microorganismos:
1. Con relación al reino.
2. Dividiéndolos en grupos y subgrupos con el siguiente orden: phylum, clase, orden,
familia, tribu, género, especie, variantes (serotipos).
El nombre científico del microorganismo se escribe en latín y letra cursiva y está
formado por:
a) GÉNERO; escrito con mayúscula, seguido por la (b)ESPECIE escrita en
minúscula. P. ej.
Bacillus subuies (bacteria)
Amaeba proteus (protozoario)
Aspenrgillus niger (hongos)
GENERALIDADES DE LOS DIFERENTES GRUPOS DE MICROORGANISMOS
CLÍNICAMENTE IMPORTANTES Y DEAQUELLOS QUE SE RELACIONAN CON
INDUSTRIA
HONGOS Y LEVADURAS
Son células que se consideran EUCARIOTICAS, no llevan a cabo la fotosíntesis, ya
que carecen de clorofila. Crecen en medios habituales del laboratorio. Su reproducción es por
esporas.
Pueden ser de tipo Macroscópico o Microscópico: macroscópicos como lo es el caso de
los champiñones. Los microscópicos están formados por una serie de tubos llamados HIFAS.
En algunos hongos, las hifas tienen paredes transversales llamadas SEPTAS y a las
hifas se les nombra Hifas Septadas, entre septa y septa transversal existe un espacio el cual es
llamado artículo. Las hifas que no poseen estas paredes transversales se les llama hifas
CENOCITICAS; ahora si tenemos un conjunto de hifas ya sean septadas o no septadas,
entonces tenemos las MICELAS.
Así como hay hongos de provecho también hay hongos que son perjudiciales para el
hombre como lo son: COCCIDIOIDIS INMILIS que causa lesiones en la piel, huesos y
endémicos principalmente en Sonora y Baja California.
Las levaduras pueden ser de forma esférica, alargada, ovoides y son mucho más
grandes que las bacterias. Su reproducción es asexual por el proceso de Gemación.
Las levaduras son Eucarióticas y adquieren la apariencia de nopales. También pueden
ser patógenas como Candida albicans que causa lesiones en el pelo, uñas, pie de atleta y otros
órganos. BENÉFICOS COMO Sacharomyces cerevicial que permiten la obtención de alcohol.
La importancia de muchas levaduras y mohos en la industria es por su capacidad de
formar productos de fermentación como alcohol isopropilico y acetona, también son útiles en
la industria del pan y del queso y en la industria farmacéutica por la obtención de ciertos
antibióticos.
En cuanto al cultivo, en general tanto mohos como levaduras se desarrollan mejor a
temperatura ambiente entre los 20 y 25 grados centígrados o a los 37 grados y en medios de
PH 5.5 a 6.5. La mayoría de los hongos son aerobios y para su aislamiento se usan medios
como Sabouraud y medio de pensilvania. En sus características morfológicas de las levaduras
y mohos se observan mejor en preparaciones sin teñir, con menos alteración y con lentes de
poco aumento.
GENERALIDADES DE LOS VIRUS
Los virus son microorganismos tan pequeños que solo pueden verse con los aumentos
que proporciona el microscópio electrónico. Estos pueden pasar a traves de los poros de filtros
que no permiten el paso de las bacterias.
Los virus solo se pueden reproducir dentro de las células de animales, vegetales y otros
microorganismos, por esta razón se le considera como parásitos obligados intracelulares.
Los virus dependen de las células del hospedador para su reproducción debido a que
carecen en gran parte de maquinaria metabólica propia, son incapaces de generar energía o de
sintetizar proteínas y dependen de las células del hospedador para realizar estas funciones.
Sin embargo los virus pasan información genética al igual que las células del
hospedador para la reproducción y para apoderarse de los sistemas generadores de energía y
de síntesis de proteínas de las células hospedadoras.
El material genético que poseen es DNA o RNA pero no ambos, este material genético
se encuentra encerrado en una cubierta de proteína altamente especializada, que lo protege
cuando el virus se encuentra fuera de la célula hospedadora, a la vez le sirve como vehículo
de entrada cuando penetra en dicha célula.
A los virus estructuralmente completos maduros e infectivos se les conoce como
VIRIONES.
A los virus que infectan a las bacterias se les llama bacteriófagos. Estos fueron
descubiertos independientemente por Frederick W. Twort, en Inglaterra en 1915 y por Félix D'
Elle en 1917.
Los bacteriófagos fueron observados en colonias bacterianas que sufrían lísis, se
disolvían y desaparecían, además este efecto podrían ser transmitido de una colonia a otra y a
partir de estas observaciones se sugirió que el agente lítico podía ser un virus.
Posteriormente estos han sido ampliamente utilizados en investigaciones genéticas
debido a que son entidades biológicas más pequeñas y más sencillas y que son capaces de
autoreplicarse.
Los virus se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza y existen en la
mayoría de las bacterias, también existen en diferentes formas aunque muchos poseen una cola
a través de la cual circula el ácido nucleico en el interior de la célula hospedadora; los
principales tipos de virus bacterianos son: VIRUS LITICOS O VIRULENTOS y VIRUS
MODERADOS (LISOGENICOS) O AVIRULENTOS.
REPRODUCCIÓN DE LOS VIRUS
El primer paso en la reproducción de un bacteriógeno es la absorción en el cual el
extremo de la cola del virus queda unida a la pared celular, la fijación es específica ya que
poseen configuraciones moleculares completarias en sus sitios receptores opuestos.
El segundo paso es la penetración que es un hecho mecánico que permite la entrada del
fago a la célula hospedadora gracias a una enzima llamada lisosima la cual va en la cola del
fago y digiere la pared celular, aunque la penetración se logre una vez que las fibras de la cola
se fijan a la célula y la vaina se contrae induciendo el tubo de la cola en la célula y este inyecta
su DNA y la cubierta de proteína que forma la cabeza y la estructura de la cola del virus
permanece fuera de la célula. En aquellos que no poseen vaina contráctil todavía no está claro
cómo penetra el ácido nucleico en la célula.
CULTIVO DE VIRUS
Los virus se pueden cultivar inoculando ratones o utilizando tejidos. La inoculación en
ratones, cobayos, conejos y primates se han utilizado para el cultivo de los virus ya que son un
buen instrumento de diagnóstico, debido a que pueden mostrar síntomas típicos de la
enfermedad siendo posible examinar cortes histológicos al microscopio.
El cultivo de tejidos para virus se inició con el cultivo de embriones de pollos
triturados en sueros o en soluciones salinas, esto condujo a la utilización de tejidos puros de
tejidos de células animales en las que podrían crecer los virus. Ahora se cultivan como las
células bacterianas en recipientes de plástico o de vidrio donde quedan adheridos a la
superficie y continúan dividiéndose produciendo una monocapa de célula que se utilizan para
la propagación de los virus en grandes cantidades para realizar estudios de investigación, para
la producción comercial de vacunas y para el aislamiento y propagación de virus procedentes
de material clínico.
En cuanto a las vacunas preparadas a partir de cultivos tienen una ventaja sobre las
preparadas en embriones de pollo, ya que se reduce al mínimo la posibilidad de que un
paciente presente hipersensibilidad o alergia a la albúmina de huevo.
Inicio
III. FUNDAMENTOS DE LA MICROBIOLOGÍA
ANATOMÍA DE LAS BACTERIAS
La anatomía de las bacterias se refiere al estudio de las estructuras de un organismo, así
como su organización en cuanto a las partes del mismo y la relación estructural entre las
mismas.
Los elementos básicos de la anatomía bacteriana comprenden: Citoplasma (cuerpo
celular interno), Pared Celular y en cuanto al Núcleo no se conoce la naturaleza exacta pero sí
contiene el material nuclear y que puede estar esparcido en el Protoplasma.
CITOPLASMA: Se haya rodeado de una membrana citoplasmática, situada justamente
en el interior de la pared celular, esta contiene generalmente varios granulos y otras
inclusiones celulares, también el material nuclear que es de importancia vital.
PARED CELULAR: Es una estructura muy rígida que se encuentra entre la membrana
citoplasmática y cápsula o capa mucosa, se encuentra en todas las células vivas, tienen cierta
elasticidad varía de acuerdo con la bacteria y sus condiciones. El espesor de la pared de la
mayoría de las bacterias varía entre 10 y 35 Nm. sin embargo, algunos son considerablemente
gruesas resistentes a los agentes químicos como susceptibles a las tinciones.
La pared celular puede contener en la superficie órganos de locomoción como:
Flagelos, Vellosidades (fimbrias). También estructuras internas especiales llamadas Esporas.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA PARED CELULAR
Poseen en su estructura material Peptidoglicano y es el que proporciona rigidez a la
pared. Son polímeros de grandes moléculas que se repiten por unidades.
LAS UNIDADES QUE SE REPITEN SON:
1. N-Acetil glucosamida (AGA)
2. Ac. N- acetil Muramico
3. Peptidos (de 4 a 5 aminoacidos). L- Alanina, D- Alanina, D- ac. Glutámico, Lisina y otros
constituyentes químicos como:
a) Ac. Teicóico
b) Proteínas con polisacaridos
c) Lipoproteínas
d) Lipopolisacaridos
Todos esos constituyentes están unidos al peptidoglicano, forman la estructura química
compleja y le dan rigidez.
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
Se encuentra debajo de la pared celular, llamada también membrana protoplasmática o
membrana plasmática su medida es de 7, 5nm.
- Es extremadamente importante por qué controla el paso de sustancia química en solución
hacia adentro y fuera de la célula, es capaz de tomar y retener cantidades adecuadas de
nutrientes y de descargar el exceso y/o los productos de desecho.
- Proporciona además la maquinaria bioquímica para transportar iones inorgánicos,
azucares, aminoácidos y otros metabolitos a través de esta membrana.
Esta sustancia en solución o soluto pasan a través de la membrana por:
1. DIFUSIÓN PASIVA: (OSMOSIS): Es inesposifica no se hace distinción entre los solutos
que pasa a través de la membrana.
- Proceso mediante el cual la sustancia química pasa a través de la membrana desde un área
de mayor concentración a un área de mayor concentración
La difusión pasiva actúa para igualar la concentración de solutos a ambos lados de la
membrana.
2. TRANSPORTE ACTIVO: Es altamente específico, es decir los solutos pasan antes de
haber sido seleccionados.
Además permiten que se alcance una [ ] de soluto más alta, dentro de la célula que la
que existe fuera de la célula.
El transporte activo es muy importante para las células bacterianas en ambiente como
el océano, en donde la nutrición está presente en pequeñas cantidades.
- El proceso de transporte activo implica un intrincado mecanismo dentro de la membrana
citoplasmática, compuestos transportadores de membranas, junto con reacciones
bioquímicas que proporcionan energía, realizan esta clase de trabajo.
ESTRUCTURA DENTRO DE LA MEMBRANA CELULAR CONTENIDO DENTRO DE
LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
1. ÁREA CITOPLASMÁTICA: (de aspecto granular que es rica en RNA) densamente
empaquetados a través del área citoplasmática hay partículas de PROTEÍNAS- RNA
llamados RIBOSOMAS.
RIBOSOMAS: Son el sitio de la biosintesis de proteína y se encuentran en todas las
células (procarioticas e eucarioticas).
2. ÁREA CROMATICA O ÁREA NUCLEAR: Que es rica en DNA.
3. PORCIÓN FLUIDA: Que contiene nutrientes disueltos, materia particulada (cuerpos de
inclusión).
ÁREA NUCLEAR: Las células bacterianas a diferencia de los organismos eucarióticos:
- Carece de cromosomas discretos.
- Aparato mitótico (para la división celular).
- Nucleolo.
- Membrana nuclear.
El material nuclearo DNA, en una célula bacteriana ocupa una posición cerca del
centro de la célula y está unida al sistema mesosoma-membrana citoplasmática. (mesosoma
invaginación de membrana citoplasmática).
Este material es el aparato genético total o genóma de la bacteria.
APARATO GENÉTICO O GENOMA {DNA-SISTEMA MESOSOMA-
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA {CONTIENE UN CROMOSOMA CIRCULAR.
Consta de un único cromosoma circular en el que van todos los genes.
En cuanto al material nuclear se le designa CUERPO DE CROMATINA,
NUCLEOIDE, O CROMOSOMA BACTERIANO.
INCLUSIONES CITOPLASMÁTICA:
Dentro del citoplasma pueden acumularse diferentes clases de sustancias químicas y
formar granulos y glóbulos denominados CUERPOS DE INCLUSIÓN. Ejemplo: hay
bacterias que acumulan grandes cantidades de azufre que aparecen como glóbulos dentro del
citoplasma. Otros cuerpos de inclusión están formados por compuestos de: polifosfato, lípidos,
glucógeno o almidón.
ESTRUCTURA FINA DE LAS CÉLULAS BACTERIANAS:
El examen de una célula bacteriana por técnicas de microscopía moderna, revela que
existen estructuras por fuera de la pared celular como:
FLAGELOS: Compuestos por subunidades de proteínas fibrosas o flagelina y
contractil, estos salen del citoplasma y miden aproximadamente 0.013 micras. Los contienen
géneros de bacterias como las pseudomonas, Escherichia, todos los espirilos, mitad de los
bacilos y ningún coco ordinario.
PELOS (FRIMBRIAE): Son filamentos más cortos y numerosos compuestos por
subunidades de proteína (pilina) lo contienen tanto m.o móviles, inmóviles, ejemplo:
salmonella tiphi (bacilos), bacterias, shigella flexneri.
CÁPSULA: Algunas bacterias se encuentran rodeadas de una capa de material viscoso
conocido como cápsula o capa mucosa el tamaño de esta cápsula depende del medio en el que
crece la bacteria.
Puede ser una fracción de un diámetro de la célula o mucho más grande en grosor que
la misma célula bacteriana.
- La relación exacta entre la cápsula y el resto de la célula no se conoce.
- Se cree que el material que forma la cápsula es segregado a partir de la célula y debido a
su viscosidad no pueden difundirse quedando solo alrededor de la pared celular. Ejemplo:
las bacterias con cápsula que crecen en la leche producirán un espesamiento de esta.
- La cápsula le proporciona a las bacterias una cubierta protectora y sirve de reservario de
alimento almacenado.
- Las cápsulas de ciertas bacterias que producen enfermedad aumentan la capacidad
infectiva de las bacterias. Ejemplo: KLEBSIELLA PNEUMONEAE.
- Si las bacterias pierden su cápsula totalmente pueden perder su virulencia y por tanto su
capacidad para producir enfermedades.
- Las bacterias capsuladas también son responsables en algunos procesos industriales:
a) Pueden tupir los filtros (por exceso de material viscoso o sustancias mucosas en el
equipo de fabricación).
b) Recubrir tuberia.
c) Afectar la calidad del producto (fábricas de papel, mediante la formación de sustancias
mucosas, cápsula en la planta).
VAINAS: Algunas especies de bacterias, particularmente los de ambientes de agua dulce y
marinas están encerradas dentro de una vaina y túbulo.
Formados por compuestos metálicos insolubles, (óxido férrico, óxido manganésico),
que se encuentran precipitados en torno a la célula como producto de actividad metabólica.
Estos compuestos metálicos insolubles son formados por la célula a partir de
compuestos solubles de hierro o manganeso presentes en el ambiente.
La vaina no es una parte vital de la célula, sino que la bacteria con vaina constituye en
grupos importantes de m. o.
Aguas dulces: rica en materia orgánica.
PEDUNCULOS: Ciertas bacterias se caracterizan por la formación de un apéndice semirígido
llamados pedúnculos que se prolonga desde la célula. El diámetro del apéndice es menor que
es de la célula que le ha producido.
El pedúnculo tiene una sustancia adherente en el extremo dostal (más distante de la
célula) que les permite a la célula pegarse a superficie sólida.
Estas bacterias se encuentran en:
- Aguas dulces
- Ambientes marinos
Donde la posibilidad de fijarse a superficie sólida es importante para el crecimiento bacteriano
y para su supervivencia.
ESPORAS Y PROCESO DE ESPORULACION:
Durante el ciclo de esporulación se sintetiza ácido dipiconílico, que es exclusivo de la
espora bacteriana y que no se encuentra en la célula vegetativa (bacteria en su estado natural
de crecimiento activo).
PROPIEDADES DE LAS ESPORAS LIBRES
Las esporas bacterianas libres tienen dos propiedades fundamentales:
1. Son altamente resistentes a los cambios físicos y químicos que podrían lesionar a
los organismos vegetativos como:
La sequedad, el calor, substancias químicas perjudiciales, a los desinfectantes, son
difíciles de teñir, etc.
2. Son capaces de germinar en condiciones favorables (es decir que pueden volver a
su forma vegetativa original de desarrollo con todas las propiedades intactas, como:
humedad, disponibilidad de ciertos aminoácidos y substancias nutritivas.
Es importante señalar que el proceso de germinación va acompañado de pérdida de
resistencia al calor, liberación de ácido dipiconílico en el medio y aumenta su actividad
enzimática.
IMPORTANCIA
La importancia radica en que es una propiedad de un grupo pequeño de bacilos con
características en común. Todos los bacilos formadores de esporas se pueden encontrar en el
suelo, en el tracto intestinal (humano y animal). Algunos pueden ser patógenos y la mayoría
son saprófitos. Ejemplo:
Clostridium tetani - - - - - - Germen del tétano
Clostridium perfringens - - Bacilo de la Gangrena gaseosa
Bacillus anthracis - - - - - Germen causante del carbunco
REQUERIMIENTO GASEOSO. Los principales gases que afectan el crecimiento bacteriano
son: oxígeno atmosférico y Bióxido de Carbono.
Las bacterias pueden mostrar amplia variedad de respuestas al oxígeno atmosférico
libre por lo que se pueden clasificar en: AEROBIAS, ANAEROBIAS, ANAEROBIAS
FACULTATIVAS Y MICROAEROFILAS.
AEROBIAS. Las que necesitan de presencia de oxígeno atmosférico, para poder desarrollarse.
ANAEROBIAS. Las que no necesitan de oxígeno atmosférico para poder desarrollarse.
ANAEROBIAS FACULTATIVAS. Las que crecen y se desarrollan en presencia o en
ausencia de oxígeno atmosférico.
MICROAEROFILAS. Las que pueden crecer en pequeñas cantidades de oxígeno atmosférico.
ACIDEZ O ALCALINIDAD. La mayoría de las bacterias crecen en condiciones de cultivo
con PH de 6.5 a 7.5.
Es muy probable que el pH cambie como resultado del efecto de compuestos ácidos o
básicos, producidos durante el metabolismo, esto se puede evitar incorporando al medio,
soluciones buffers o tampones como amortiguadores de PH.
SALINIDAD. Las bacterias requieren de ciertas concentraciones de sal, y dependiendo de lo
que soportan se pueden nombrar como Halófilas o Halófilas facultativas.
HALOFILAS. Aquellas que necesitan altas concentraciones de sal para poder crecer.
HALOFILAS FACULTATIVAS. Aquellas que pueden crecer en diferentes concentraciones
de sal.
MICROSCOPIO Y TIPOS DE MICROSCOPIAS
El microscopio es uno de los instrumentos más importantes, en relación al desarrollo
de la medicina como ciencia y como arte, no dejando de lado que es el instrumento más
importante dentro de un laboratorio de microbiología, o un laboratorio de cualquier
especialidad.
La palabra MICROSCOPIO, deriva del griego uixpo que significa "pequeño" y
axanelv que significa "ver".
Fue inventado por Giovanni Farber en 1625 y aproximadamente 48 años más tarde, el
verdadero impulsor de la microscopia fue el holandés Anton Van Leewenhoek (1632-1723),
quien desarrolló un microscopio funcional en 1673.
El microscopio es un instrumento que permite observar objetos no perceptibles a
simple vista. Ello se consigue mediante un sistema óptico compuesto por lentes de cristal que
al ser atravesadas por la imagen del objeto la amplifican.
Cada tipo de microscopio y cada método utilizado para preparar muestras, ofrecen
ventajas para demostrar algunos aspectos morfológicos de los microorganismos.
Según el número y disposición de las lentes, se puede diferenciar entre microscopio
óptico simple y microscopio óptico compuesto.
Todas aquellas lentes con montura o sin ella, gruesas o pequeñas, biconvexas o
planoconvexas; que amplifiquen los objetos que consideran microscopios simples.
El microscopio compuesto, está constituido por la combinación de dos sistemas de
lentes convergentes, uno próximo al ojo del observador (ocular) y que actúa como
microscopio simple; otro próximo al objeto y denominado OBJETIVO; este tipo de
microscopios son los que normalmente encontramos en los laboratorios.
Por muy variables que sean las lentes, cualquiera que sea su potencia, el principio
siempre será el mismo; pero cuanto mayores sean las curvaturas de las lentes y distancia entre
el sistema objetivo y sistema ocular (longitud óptica), mayor será el aumento total.
El microscopio óptico consta de tres sistemas: mecánico, óptico y de iluminación.
SISTEMA MECÁNICO. Consta de una base o pie, brazo, portacondensador, platina,
revólver, cabeza, cremalleras, tornillos macrométrico y micrométrico. Todo el sistema en sí
tiene por objeto sostener el sistema óptico y el de iluminación en un mismo eje.
SISTEMA DE ILUMINACIÓN. Se encuentra situado bajo la platina y tiene la misión
de iluminar los objetos por medio de luz transmitida.
Está formada por una fuente luminosa, espejo, condensador, diafragma, diafragma del
condensador y de lámpara, filtros y colector.
Consta de un espejo y un diafragma, el espejo es adaptable a diferentes posiciones,
tiene superficie plana y otra cóncava que pueden intercambiarse.
La fuente luminosa puede ser natural o artificial. Artificial cuando la fuente luminosa
es un filamento de tungsteno (w).
El diafragma va montado bajo la platina. Es un sistema de iris y permite, por medio de
una palanca, obtener a voluntad conos luminosos de distinto tamaño y, mediante
condensadores, conos luminosos muy grandes. Los condensadores constan de un sistema de
lentes de gran abertura sujetos a una montura y colocados entre la platina y el espejo, pueden
subirse y bajarse a voluntad y tienen un diafragma unido al conjunto.
SISTEMA ÓPTICO. Consta de un sistema de lentes oculares y de un sistema de lentes
objetivos.
Los lentes oculares más comunes son de 8x, 10x, 12.5x y los objetivos panorámicos
son de 1, 2, 5, 3.2, 4 y 6.3x.
El microscopio compuesto que se manejará en los laboratorios tiene los objetivos:
a) Objetivo seco débil 10x
b) Objetivo seco fuerte 16, 25, 32, 40, 63x
c) Objetivo de inmersión 50x, 63x, 100x por su poder de resolución
En la actualidad con ciertos aditamentos que se utilizan en el microscopio óptico
ordinario, se pueden tener las siguientes microscopías:
1. De campo oscuro
2. De contraste de fases
3. De luz ultravioleta
4. De fluorescencia
MICROSCOPÍA DE CAMPO OSCURO
Se usa el mismo equipo excepto el condensador. Aquí se usa un condensador para
campo oscuro.
Este condensador tiene un disco negro en la parte central de las lentes, las cuales hacen
que los rayos luminosos entren solo por las orillas no oscurecidas, originando así que en vez
de obtenerse un haz de luz completo, solo se obtiene un haz anular. Esta luz no entra
normalmente al objetivo por salir del condensador en ángulo muy oblicuo y el campo
microscópico se ve obscuro. El objeto se ve brillante en el fondo oscuro a diferencia de la
microscopía de campo claro que es la normalmente usada en laboratorios, en donde el
microscopio posee un condensador normal. Este deja pasar la luz o rayos luminosos tanto
centrales como periféricos, produciendo campo brillante o claro.
MICROSCOPÍA DE CONSTRASTE DE FASES
El microscopio de contraste de fases está diseñado de tal manera que sus objetivos y
condensadores separan la luz directa que pasa la preparación y la desviada por los objetos
contenidos en ella.
El objetivo tiene un anillo pintado de un material semitransparente que permite que la
luz directa que pasa por la preparación sea retardada una media onda en relación con la luz
desviada por la preparación.
El resultado es el ver un objeto más claro que lo normal y rodeado de un fondo más
oscuro que lo normal.
Análisis de estructuras que vistas por microscopía ordinaria son poco visible; debido a
que sus índices de refracción son muy parecidos. Estas pequeñas diferencias en el índice de
refracción hacen que la luz del condensador se desvíe un poco.
Tanto en microscopía de campo oscuro y en campo de contraste de fases se utilizan
preparaciones suspendidas en líquidos, no teñidas para obscurecer estructuras internas.
MICROSCOPÍA DE LUZ ULTRAVIOLETA
El microscopio de luz UV permite un mayor poder de resolución, lo que hace posible
que haya más aplicaciones que las obtenidas por microscopio de luz ordinaria.
La luz ultravioleta tiene una longitud de onda más corta (entre 180 a 400 nm) frente a
400 a 700 nm de la luz visible, lo que le dará un aumento en el poder de resolución alrededor
del doble obtenido por microscopía de luz luminosa.
La principal ventaja estriba en devolver la absorción específica de varias sustancias
visibles.
La característica de absorber la luz UV de algunas sustancias permite su localización,
distinción y medición en especímenes incluso en estado vivo.
Como las radiaciones UV son invisibles, las imágenes se hacen visibles por el registro
sobre una emulsión fotográfica por el uso de un tubo convertidor de imagen o por desplazar
una pantalla de televisión después de que es captada por un tubo de cámara de televisión
sensible a la luz ultravioleta.
MICROSCOPÍA DE FLUORESCENCIA
Algunos colorantes denominados fluorocromos tienen la propiedad de ser excitados
(pasar a un nivel superior de energía) cuando absorben luz UV (luz de λ corta). A medida que
las moléculas excitadas regresan a su estado normal liberan el exceso de energía en forma de
luz visible de mayor λ que la radiación excitante. Esta propiedad se le denomina fluorescencia.
La microscopía fluorescente se basa en la ley física que dice: "una molécula excitada
no puede ceder energía a otras moléculas, sino que las emite como radiación, en este caso
como luz de mayor longitud de onda".
Existen muchos aparatos que se utilizan en este campo, pero todos tienen en común
ciertos componentes como: fuente de luz, filtros selectivos de excitación y filtros secundarios
oculares, todos ellos adaptados al microscopio.
También se han desarrollado métodos microscópicos modernos que aprovechan la
mayor detección que posibilita este sistema.
El diagrama de un microscopio de fluorescencia moderno permite que la luz sea
emitida desde arriba (epifluorescencia) del preparado.
Un filtro deja pasar la λ deseada para excitar al fluorocromo y un filtro barrera en el
objetivo protege al ojo del observador de la radiación fluorescente. Los objetos fluorescentes
aparecen brillantemente iluminados contra un fondo oscuro según el color del colorante usado.
P. ej.
Absorbe a 365mμEmite a 542 mμ
Anaranjado de acridina
A estos materiales se les llama fluorescentes y al fenómeno se le denomina
fluorescencia.
VENTAJAS
Permite obtener resultados rápidos.
En ciertos casos se puede obtener un diagnóstico de certeza a partir de frotis directo, sin
necesidad de esperar un cultivo.
Es posible identificar un pequeño número de microorganismos de un cultivo mixto.
Es posible identificar microorganismos muertos o que no pueden ser cultivados.
Se pueden utilizar pequeñas cantidades de colorante en la fijación del microorganismo para
tener resultados positivos en comparación con otras técnicas de tinción.
Es un método más sensible.
Los microorganismos se tiñen con un colorante fluorescente y aparecen como objetos
luminosos cuando se observan al microscopio con iluminación de luz UV.
Los colorantes fluorescentes tienen varias aplicaciones en microbiología. La más
notable e importante es detectar reacciones antígeno-anticuerpo.
Los colorantes fluorescentes se combinan químicamente con los anticuerpos. Esto hace
posible identificar células individuales que reaccionan con el anticuerpo. A esta aplicación se
le conoce como técnica de Anticuerpos fluorescentes o Inmunofluorescencia.
MICROSCOPIO ELECTRÓNICO
Trabaja no con rayos luminosos sino con rayos electrónicos propagados en el vacío que
concentrados y refractados por campos magnéticos se proyectan sobre la preparación y se
proyectan en un foco donde proyectan una imagen no visible, pero que puede fotografiarse o
revelarse en una pantalla especial. Se logran aumentos de 30 000 a 100 000 diámetros. Puede
resolver partículas a 0.001μm.
Técnicas electrónicas
Técnica de sombreado
Consiste en depositar un fino baño de metal (p. ej. platino) sobre el objeto, colocándolo
en el trayecto de un haz de iones metálicos en el vacío.
El haz se dirige oblicuamente de manera que el objeto adquiera una "sombra" en forma
de un área no bañada en el otro lado.
Cuando luego se hace pasar un haz de electrones a través de la preparación bañada en
el microscopio electrónico y se hace una impresión positiva de la imagen negativa, el efecto
que se obtiene es tridimensional.
Técnica de cortes ultrafinos
El uso de cortes ultrafinos de material incluido, el método de desecación por
congelación de las muestras que impide las distorsiones provocadas por los procedimientos
tradicionales de secado y el uso de la tinción negativa con un material electrodenso como el
ácido fosfotúngstico.
Microscopio electrónico de barrido
Proporciona imágenes tridimensionales de las superficies de los objetos observados.
El objeto es recubierto inicialmente con una delgada película de un metal pesado y a
continuación es explorado por el haz de electrones del microscopio.
Los electrones dispersados por el metal pesado son reunidos y enfocados para formar
la imagen final.
MÉTODOS Y TÉCNICAS PARA EL ESTUDIO DE MICROORGANISMO
Técnica de sobreadoTécnica de cortes ultrafinos
Preparación de muestras para su examen por microscopía óptica
Todos los microorganismos en estudio pueden ser examinados, ya sea en estado vivo y
sin teñir o después de haber sido teñidos por colorantes, para que resalten con más claridad.
Para esta finalidad se han ideado métodos de preparación de los especímenes, como lo
son suspensión de los organismos en un líquido y utilización de películas delgadas o frotis
secos, fijados y teñidos. Las técnicas que se conocen son: Técnica de montaje húmedo, técnica
de gota pendiente, técnica de bloque pendiente, y la técnica de preparaciones fijadas y teñidas.
Las técnicas más utilizadas son la técnica de montaje húmedo y técnica de gota
pendiente las cuales hacen posible examinar organismos en condiciones de vida normal
suspensos en un líquido. Y la técnica de preparaciones fijas y teñidas la cuál hace posible
examinar organismos en cuanto a su morfología y ordenamiento característico pero en
condiciones no vivas.
Técnica de montaje húmedo normal
Consiste en colocar sobre un portaobjetos normal una gota de la suspensión bacteriana,
utilizando un asa estéril, se coloca un cubreobjetos, sellando los lados con vaselina para evitar
que se seque la preparación.
Técnica de gota pendiente
Técnica utilizada para observar la movilidad de bacterias vivas, así como su fisión
binaria y otras características de los organismos que pueden ser destruidas por coloración.
Se utiliza una laminilla especial para gota suspendida (placa excavada), se coloca un
poco de vaselina con un palillo alrededor de la concavidad y de la suspensión bacteriana se
pone una gota en el centro de un cubreobjetos, posteriormente se tapa con una laminilla
excavada de tal forma que la concavidad coincida con el centro del cubreobjetos donde se
encuentra la gota, se invierte suavemente la lámina y se presiona para evitar la evaporación, de
esta manera queda la gota suspendida y lista para observarse con el objetivo seco débil y con
el diafragma cerrado unas dos terceras partes hasta enfocar y encontrar la gota suspendida y
pasar gradualmente al objetivo de mayor aumento.
Técnica de bloque pendiente
Es un método útil en el estudio de la división celular de las bacterias. Es un método
conocido como Método de Hill. En la práctica rutinaria no es utilizada.
En general las técnicas de montaje húmedo son preferibles en los siguientes casos:
a) Observación de microorganismos que al teñirse puedan ser destruidos o alterados
en su morfología, p. ej. las espirales.
b) Cuando sea susceptible de contener espiroquetas que causen sífilis.
c) Se sospeche de microorganismos móviles.
d) Se desee observar cambios citológicos que ocurren durante la división celular y se
desee determinar la velocidad con que ocurren.
e) Observación de inclusiones celulares, como vacuolas y materia grasa.
Preparación de muestras fijas
Métodos utilizados en la observación de características morfológicas y estructurales de
las bacterias. El método consiste en que a partir de una suspensión bacteriana, se extienda
sobre un portaobjetos una fina película de la misma con un asa estéril, se deja secar al aire
libre y se fija la preparación, pasando el portaobjetos unas 3 veces por la flama del mechero;
cuidando que la película quede hacia arriba. En la fijación también se pueden utilizar ciertas
sustancias químicas en vez de calor, como el alcohol metílico, formol u otros.
TINCIONES Y TÉCNICAS DE TINCIÓN
Debido a que las bacterias y otros microorganismos son pequeños y su protoplasma
posee un índice de refracción cercano al del agua, se requiere generalmente de tinciones
biológicas para visualizar adecuadamente o demostrar el fino detalle de sus estructuras
internas.
En el siglo XIX, la introducción de la coloración fue un gran avance, o de los
principales avances en microbiología clínica y en otros campos de microscopía diagnóstica,
durante los últimos 100 años, hoy se depende de estas coloraciones.
Las tinciones se llevan a cabo con soluciones acuosas u orgánicas de colorantes o
grupos de colorantes que confieren una variedad de colores a los microorganismos, tejidos
animales o vegetales, u otras sustancias de importancia biológica.
Los colorantes no solo se emplean para la tinción directa de materiales biológicos sino
además para demostrar las funciones fisiológicas de los microorganismos.
También sirven como indicadores de cambios de pH en los medios de cultivo y como
indicadores Redox para demostrar la presencia o ausencia de condiciones anaerobias.
Casi todos los colorantes biológicamente útiles son derivados del alquitrán y la
estructura fundamental alrededor del cual están constituidas químicamente la mayoría de los
colorantes es el anillo bencénico. Difieren en el número y disposición de estos anillos y a la
sustitución de los átomos de hidrógeno por otras moléculas.
En Microbiología la mayoría de los colorantes más utilizados son derivados de la
anilina.
Los compuestos orgánicos coloreados (colorantes), para teñir microorganismos son
muchísimos, y de estructura compleja. Se pueden clasificar en grupos como:
1. Colorantes de trifenilmetano.
2. Colorantes de oxacina.
3. Colorantes de tiacina.
La clasificación de los colorantes es algo compleja, pero generalmente está basada en
los cromóforos presentes, y prácticamente de acuerdo al comportamiento químico del
colorante.
En términos amplios se dividen en: ácidos, básicos y neutros; que no indican
necesariamente sus reacciones de pH en solución sino más bien una parte significativa de la
molécula o sea si es aniónica o catiónica.
Desde el punto de vista práctico, los colorantes ácidos reaccionan con sustancias
básicas ( como estructuras citoplasmáticas). Los básicos tiñen estructuras de naturaleza ácida
como la cromatina nuclear de las células.
Los neutros son sales formadas por un colorante ácido y un colorante básico, p. ej. el
eosinato azul de metileno. Lo más común son los dos primeros procesos.
Coloración. Es un proceso de teñir artificialmente los microorganismos con colorantes
o reactivos, para facilitar su estudio microscópico.
El proceso de tinción supone una reacción de intercambio de iones entre el colorante y
sitios activos de la superficie o internos de la célula. Donde los iones teñidos reemplazan a
otros iones en los compuestos celulares.
Las proteínas y los ácidos nucleicos celulares, pueden participar en la formación de las
sales con iones positivos:
- +Célula bacteriana (Na)
+ - El ión coloreado está positivo: MB Cl, colorante cloruro azul de metileno.
- + + - Célula bacteriana Na + MB Cl (reemplazo).
- + + - Célula bacteriana MB + Na Cl
Los colorantes son compuestos orgánicos que constan de anillos bencénicos y grupos
cromófonos y auxócromos, para poder fijar el colorante a un objeto es necesario el uso de un
mordente.
MORDENTE. Es toda sustancia química que fija el colorante de tal modo que el
material teñido lo retiene, p. ej. sulfato ferroso, ácido tánico, yodo, etc.
Los métodos de coloración se pueden clasificar de acuerdo al número de colorantes y
reactivos que se utilicen como: coloraciones simples o directas y coloraciones diferenciales.
Coloraciones simples o directas. Coloraciones en las cuales se utiliza un solo colorante
aplicado a una fina película fijada o frotis.
Coloraciones diferenciales. Método utilizado para teñir microorganismos por
aplicación de una serie de soluciones colorantes y/o reactivos, aplicados a una película de
bacteriras o frotis.
Dependiendo de la aplicación y lo que se desee observar respecto a una célula, existen
diferentes tipos de coloraciones o técnicas que de alguna u otra manera se considera, ya sea
directas o simples y/o diferenciales, que son:
Coloraciones
COLORACIÓN SIMPLE: (COLORACIÓN DIRECTA). Método de tinción de bacrerias o de
otros organismos, por aplicación de una sola solución de un colorante a una película fijada o
frotis.
Simples o directas Diferenciales: Gram, ácido resistente, Giemsa,
coloraciones especiales para descubrir estructuras Tinción negativa
Los colorantes utilizados pueden ser, azul de metileno, verde de malaquita, etc. A
veces en el interior de las células, aparecen granulos más profundamente teñidos que el resto
de la célula, lo cual indica la presencia de entidades químicas activas en forma de partículas
que tienen mayor afinidad por el colorante que la célula en conjunto.
COLORACIONES DIFERENCIALES: Método de tinción de bacterias, por aplicación
de varias soluciones de colorantes y reactivos, en una muestra fijada o frotis.
Este método incluye varias técnicas, dependiendo de lo que se desee conocer o estudiar
sobre los microorganismos.
Independientemente de la técnica utilizada, el método en general pone de manifiesto
diferencias entre células microbianas o entre partes de una célula. Los colorantes y reactivos
que se utilizan depende de la técnica empleada y de lo que se desee observar o estudiar.
De las técnicas más utilizadas están la Técnica de tinción Gram, Técnica de tinción
ácido resistente o de Ziehl Neelsen, Técnica de tinción Giemsa.
Técnica de tinción Gram. tinción diferencial más utilizada en bacteriología, debido a que
prácticamente todas las bacterias pueden ser clasificadas como Gram positivas o como Gram
negativas. Estas dos categorías pueden diferenciarse por este método de acuerdo a su
estructura en la composición de la pared celular.
La teoría sobre el mecanismo de la tinción Gram, se basa en la permeabilidad de la
membrana. El contenido de lípidos de una a otra categoría es variable y de esto depende el que
la membrana pueda tener mayor permeabilidad o disminución de permeabilidad al ponerse en
contacto con solventes orgánicos, por lo que las bacterias podrán retener uno u otro colorante
utilizados en esta técnica.
En el caso de las bacterias Gram positivas por su bajo contenido de lípidos es
disminuida su permeabilidad con el solvente orgánico, por lo que puede retener el colorante
primario con el que se ha teñido la muestra y se observaran de un color violeta. En el caso de
las bacterias Gram negativas por su alto contenido de lípidos su permeabilidad es todavía
suficiente como para no poder retener el colorante primario al utilizar el solvente orgánico de
tal manera que quedan incoloras y se colorean con el colorante de contraste utilizado,
observándose las bacterias de un color rosa o rojo.
La técnica incluye las siguientes substancias; Cristal violeta como colorante primario,
lugol como mordente, alcohol-acetona como solvente orgánico y safranina como colorante de
contraste. Estas substancias se deben aplicar en el mismo orden ya que cualquier cambio
puede afectar a la reacción.
Técnica de tinción de Ziehl-Neelsen. Método de tinción diferencial, utilizado para detectar la
presencia de organismos ácido resistentes.
Las Micobacterias poseen cápsula gruesa y cerosa, resistentes a la tinción; sin embargo
una vez teñidas, esta cápsula resiste a la decoloración cuando es tratada con potentes solventes
orgánicos, por tal razón, los microorganismos que tienen esta propiedad se llaman ácido
resistentes.
Los colorantes y reactivos utilizados en esta técnica son: Carbolfucsina como colorante
primario, alcohol-ácido como decolorante y Azul de metileno como colorante de contraste.
Afín de que el colorante primario penetre a través de la cápsula cerosa de los bacilos
ácido resistentes, se requiere de cierto tratamiento físico. Esto en la técnica convencional de
Ziehl Neelsen en la cual se utiliza calor después de cubrir la muestra con carbolfucsina como
tratamiento físico, para que pueda penetrar el colorante. Esto se logra pasando el mechero
varias veces a través del portaobjetos hasta observar desprendimiento de vapores de la
solución del colorantes, es necesario evitar que se produzca ebullición.
Existe una modificación de la tinción de ziehl neelsen que es la Modificación de Kin
Youn, también conocido como Método Frío.
Se diferencia de la anterior en que en lugar de emplear calor, para facilitar la tinción se
añade al colorante carbolfucsina un detergente tensoactivo, como tergitol. Al hacer uso de la
T. de coloración ácido resistente, se debe de tener precaución, ya que organismos no viables
presentes en los extendidos de pacientes tratados con drogas pueden teñirse con la técnica; por
lo tanto, la presencia de organismos ácido resistentes, no indica necesariamente foco de
tratamiento y persistencia de infección activa; en estos casos se requieren cultivos para
determinar la viabilidad de cualquier organismo ácido-resistente.
MÉTODO DE GIEMSA
Este método es útil para poner de manifiesto las Ricketsias localizadas dentro de la
célula huésped. Estos organismos adquieren una coloración diferencial y se ven dentro del
citoplasma de dicha célula.
También tiene utilidad, para teñir frotis de sangre en el examen de protozoos, para
visualizar inclusiones virales o de otros organismos en las células infectadas, así como la
presencia de otros parásitos como toxoplasmas en tejido cerebral.
COLORACIONES PARA DESCUBRIR ESTRUCTURAS CELULARES
Son métodos especiales de tinción que se utilizan para observar estructuras dentro o en
el interior de la pared celular bacteriana, como lo son flagelos, cápsulas, núcleo o material
nuclear, endosporas y granulos.
El principio en el que se basan cada uno de estos métodos de coloración diferencial es
en gran parte el mismo que el de la tinción de Gram y de Ziehlneelsen; de tal forma que la
estructura en estudio manifiesta un grado de afinidad por el colorante diferente al del resto de
la célula.
TINCIONES NEGATIVAS
Es una técnica mediante la cual las células sin teñir se hacen visibles en una película
oscura; los organismos aparecen iluminados en un campo microscópico oscuro. En la
práctica, la suspensión bacteriana se mezcla con tinta china o con nigrosina, después se
extiende como una película delgada sobre un portaobjetos y se deja secar.
La ventaja de este procedimiento, en el estudio morfológico, es que las células no
reciben una agresión física o química, ni distorsión de las células como sucede con otros
métodos.
TÉCNICA DE TINCIÓN GRAM
1. La muestra preparada fija y seca inundarla con cristal violeta por un minuto.
2. Lavar hasta que no salga más colorante.
3. Cubrir con lugol por un minuto.
4. Lavar con agua quitando el exceso.
5. Decolorar con alcohol acetona de 30 a 60 segundos.
6. Contraste con safranina por un minuto.
7. Lavar con agua y secar al aire y examinar. Las bacterias que retienen el colorante inicial
(violeta) son Gram (+) y las que se decoloran con alcohol y toman el colorante de contraste
(rojo o pardo) son Gram (-).
PROCEDIMIENTO DEL MÉTODO DE ZIEHL NEELSEN
1. Preparar una solución de fucsina fenicada mezclando 10 ml. de una solución alcohólica
saturada de fucsina con 90 ml. de una solución acuosa de fenol al 5%.
2. Preparar un decolorante mezclando 3 ml. de ácido clorhídrico concentrado con 97 ml. de
alcohol al 95%.
3. Cubrir la preparación de fucsina fenicada, calentando sobre una llama durante 5 min. hasta
el emisión de vapores, sin hervir. Se añade colorante de tiempo en tiempo para que no se
seque.
4. Lavar con agua y decolorar con alcohol ácido.
5. Teñir con azul de metileno por espacio de 30 a 60 segundos.
6. Lavar con agua, secar el exceso y examinar el mycobacterium tuberculosis en el esputo
teñido por este método aparece rojo sobre un fondo azul. Las bacterias no ácido resistentes
se tiñen de azul.
Otras técnicas de tinción diferencial son las TINCIONES ESPECIALES O
SELECTIVAS, estas son utilizadas para detectar específicamente alguna parte de la célula, y
se denominan dependiendo de la estructura a teñir o identificar. Algunas técnicas son
TINCIÓN DE FLAGELOS: con el método de Bailey, método de Gray, etc. COLORACIÓN
DE CÁPSULAS: con el método de Anthony, método de Hiss, etc. TINCIÓN DE ESPORAS:
con el método de Dorner, método de Mittwer, método de Wirtz-Con Klin, etc.
Metabolismo básico y cultivo de conservación de microorganismos aeróbios y
anaróbios
METABOLISMO
C. H. : Son de preferencia para los M. O. o bacterias heterotrofas. Especialmente la glucosa la
cual puede degradarse por la ruta de glucolisis. Degradación de la glucosa hasta ácido
pirúvico.
GLUCOSA
La glucosa: la fermentan muchas bacterias distintas de muchas formas diferentes.
A. E. Coli, Salmonella, Enterobacter al fermenta la glucosa dan como productos una mezcla
de compuestos ácido succinico, Acetil CoA, Alcohol, Ac. Acético, Ac. Fórmico, CO2, H2.
B. Streptococcus lactis: fermentan a la glucosa hasta Ac. Láctico casi exclusivamente.
Clostridium, Eubacterium, Bacillus: Ac. Butírico, Butanol, Acetona, Isopropanol, Ac.
Acético, Fórmico, Etanol, H2, CO2, etc.
Glucosa________ Ac. Piruvico__________ Ac. Láctico
Los lípidos y proteínas son utilizados como alternativa para obtener energía que
generalmente obtienen de la glucosa. Lo hacen en forma rápida y eficiente en intermediarios
de las rutas glicolíticas y del ciclo del TCA que constituyen el esqueleto alrededor del cual
construir el resto de las vías degradativas.
DEGRADACIÓN DE LÍPIDOS O GRASAS: Comienza con la hidrólisis de triglicéridos, a
glicerina y ácidos grasos por acción de las enzimas lipasas.
CATABOLISMO DE PROTEÍNAS: Muchos m. o. heterótrofos pueden degradar proteínas
exógenas utilizando los productos como fuente de C, N y energía. (prot. son grandes no pasan
la membrana y las bacterias producen exóenzimas proteasas que hidrolizan las prot.
exógenazas péptidos, y las bacterias producen peptidazas que rompen a los péptidos a
aminoácidos que son más degradados transformándose en comp. que entran en el ciclo TCA.
METABOLISMO BACTERIANO OBSERVADO EN PRUEBA DE ENSAYO
Todos los organismos tienen la propiedad de realizar un cambio continuo
(metabolismo) de sustancias con el medio que lo rodea. Para llevar a cabo los procesos de
nutrición y de reproducción se requiere la presencia de materiales nutritivos a partir de las
cuales los m. o. sintetizan los componentes de su cuerpo y obtienen la energía indispensable a
través de la oxidación y reducción de distintas sustancias. La luz y materia orgánica e
inorgánica sirven de fuentes de energía a las bacterias.
De acuerdo con el aprovechamiento de carbohidratos y la fuente energética, las
bacterias se dividen en 4 grupos:
1. Bacterias fototropicas: o sea, los m. o. que utilizan la luz como fuente de energía.
2. Bacterias Quimiotróficas: que son m. o., que emplean sustancias químicas en calidad de
fuente de energía.
3. Bacterias Autotróficas: que son m. o. que aprovechan el ácido carbónico (CO2) en calidad
de fuente de C. Algunas bacterias tienen la propiedad de asimilar el polietileno, ácido
bórico, Fenol y otras sustancias inorgánicas.
4. Bacterias Heterotrofas: Son bacterias que precisan el carbono orgánico (carbohidratos,
ácidos grasos) para su nutrición.
Según el tipo de nutrición las bacterias se dividen en:
1. Fotoautotroficas: cuya fuente de energía en la luz solar y la de carbono es CO2.
2. Fotoheterotroficas: cuya fuente de C es la luz y la de Carbono los compuestos orgánicos.
3. Quimioautotroficas: cuya fuente de energía son compuestos inorgánicos reducidos y la de
carbono el CO2.
4. Quimioheterotróficas: asimilan el carbono y la energía de los compuestos orgánicos. Este
grupo comprende la mayoría de las bacterias.
NUTRICIÓN
Todos los m. o. necesitan de una fuente de energía.
Ejemplo:
Plantas verdes. Utilizan energía radiante de la luz y se les llaman FOTOTROFOS.
Animales. Dependen de la oxidación (pérdida de electrones de un átomo) de compuestos
químicos y se les llama QUIMIOTROFOS.
En las bacterias existen los dos. Todos los organismos vivos son FOTOTROFOS O
QUIMIOTROFOS.
Todos los organismos requieren de carbono en alguna forma, CO2 aún en pequeñas
cantidades, la mayoría requiere de compuestos orgánicos de carbono.
Plantas _________ CO2 _________ C. H por fotosíntesis
EN TÉRMINOS NUTRICIONALES
Tipo Fuente de energía Fuente de C. Ejemplo
Fototrofo
Autotrofo Luz solar CO2 Chromatium
Heterotrofo Luz solar Comp. Org. Rhodopseudomonos
Quimiotrofo
Autotrofo Ox. de comp. org. CO2 Thiobacillus
Heterotrofos Ox. de comp. org. Comp. org. Escherichia
Req. De N
Plantas: Obt. de sales de inorgánicas de Nitrógeno, ejemplo: KNO3.
Animales: Obt. de comp. orgánicos de Nitrógeno, ejemplo: prot. y productos de degradación
(peptidos y ciertos ácidos).
Bacterias: Algunas N2 atmosférico.
Algunos compuestos orgánicos de Nitrógeno.
Algunos N2 de compuestos orgánicos nitrogenados.
Req. de S y P
Animales: de compuestos orgánicos de S.
Vegetales: de compuestos inorgánicos de S.
Algunas bacterias: compuestos orgánicos de S.
Algunas bacterias: compuestos inorgánicos de S.
Algunas bacterias: S elemental.
Bacterias: El P a partir de Fosfatos, ejemplo: sales de ácido fosfórico.
Req. de varios elementos metálicos
Todos los Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Zn, Cu, Co, para su org. crec. y bact. en partes pro millón.
Req. de agua______ para su crecimiento y funciones metabólicas.
Bacterias_________ todos los nutrientes deben de estar en solución acuosa para que puedan
pasar al organismo.
MÉTODOS DE CULTIVOS ANAEROBICOS
Los métodos para cultivos anaeróbicos son muchos y hay desde métodos sencillos a
complejos, unos económicamente caros y otros baratos. Independientemente del costo los
métodos que se pueden utilizar son: exclusión de aire por calor, método de Roux, método de
Wright, agar en profundidad y agentes reductores.
Los métodos más utilizados son: el de Brewer, que consiste en una caja especial a la
cual se le añade tioglicolato de sodio mezclado con agar para extraer el oxígeno presente y
después inocular, se cubre con la tapa de Brewer la cual tiene deprimida casi toda la porción
central, de tal modo que queda una capa de aire muy delgada por encima del agar y que se
extrae por la sustancia que se adiciona al medio.
MÉTODO DE LA JARRA ANAERÓBICA
Consiste en un frasco de boca ancha en el cual se introduce la caja petri y por encima
una veladora encendida, se tapa y se somete a incubación a 37 grados durante 24 horas.
Otros métodos consisten en utilizar recipientes especiales como son: recipientes de
Novy, caja de Bray y Spray, en las que se utilizan mezclas de sustancias que reducen el
oxígeno y desprenden CO2 creando condiciones de anaerobiosis; en el caso del recipiente de
Novy el aire se extrae con una bomba de vacío y se sustituye por un gas inerte.
MÉTODO DE ÁCIDO PIROGÁNICO
Se lleva a cabo en cultivo de agar inclinado y se fundamenta en el empleo de una
solución alcalina y de ácido pirogánico para absorber el oxígeno del tubo de ensayo. Los tubos
deberán taparse con algodón hidrófilo, no es necesario que sea estéril, se corta o se quema la
parte superior del algodón y se introduce en el tubo un cm. por debajo del ácido pirogánico
desecado. En el espacio se agrega un ml. de solución caliente de Hidróxido de Sodio al 10%
para disolver el ácido, se cierra con tapón de hule y se sella con parafina fundida. El tubo debe
incubarse en posición vertical.
Otros métodos que no son muy utilizados son: la utilización de recipientes anaerobios
de fósforo, recipientes anaerobios con fósforo de Varney, recipientes bajo presión aumentada
de CO2, etc.
TÉCNICAS DE AISLAMIENTO DE BACTERIAS
Los cultivos puros representan condiciones artificiales para el desarrollo de las
bacterias y otros microorganismos y las condiciones son impuestas mediante su manejo en el
laboratorio. Existe una gran variedad de técnicas por medio de las cuales las diferentes
especies de una muestra natural pueden ser aisladas y desarrollarse como un cultivo puro.
Las técnicas son: TÉCNICA DE SIEMBRA POR ESTRIA, T. DE DIFUSIÓN EN
PLACA, T. DE PLACA VERTIDA, T. DE ENRIQUECIMIENTO DEL CULTIVO, T. DE
LAS DILUCIONES EN SERIE Y T. DE AISLAMIENTO DE UNA SOLA CÉLULA.
TÉCNICA DE SIEMBRA POR ESTRIA
En este método se utiliza un asa bateriológica, con la cual se pasa una porción de la
muestra a la superficie de un medio de cultivo sólido donde se siembra por estrías. Se
recomienda utilizar mínimo tres cajas con medio de cultivo. También se puede seccionar
imaginariamente la caja en tres o cuatro partes para diluir la muestra.
TÉCNICA POR DIFUSIÓN EN PLACA
En este método por lo común se utiliza una varilla de vidrio estéril para adelgazar la
muestra. Es parecido al anterior y las colonias crecen en la superficie del medio.
TÉCNICA DE LA PLACA VERTIDA
El principio de la técnica es la dilución o adelgazamiento de la muestra en tubos que
contienen agar fundido y enfriado, también es necesario utilizar tres o más tubos para poder
obtener colonias más aisladas. El medio debe mantenerse en estado líquido, aproximadamente
45 grados centígrados para poder que se disperse adecuadamente el inoculo. Una vez
sembrado, el medio se pone en cajas de petri estériles donde se deja solidificar para después
incubarse a 37 grados centígrados. En este caso algunas colonias u organismos quedan
atrapados entre el agar, pero también se observarán colonias en la superficie del mismo.
Todas las técnicas anteriores se pueden mejorar si se utilizan medios selectivos o
diferenciales para el aislamiento o también se puede tratar al medio con ciertas condiciones
físicas cuando se desea obtener ciertos organismos y eliminar otros.
TÉCNICA DE DILUCIONES EN SERIE
Método muy útil cuando en una muestra mixta, el microorganismo que buscamos se
encuentra en mayor cantidad que cualquiera de los otros. El cultivo puro lo podemos obtener a
partir de diluciones en tubo y pases sucesivos de tal manera que después de tanto diluirse la
muestra podrá contener el microorganismo que deseamos, pudiendo confirmar lo anterior
haciendo una siembra del cultivo que se supone está puro en una placa con medio sólido.
Ahora cuando tenemos el microorganismo que buscamos en una cantidad menor o
escasa que los demás microorganismos en una muestra mixta y la queremos aislar, podemos
utilizar la TÉCNICA DE ENRIQUECIMIENTO DEL CULTIVO, con esto podemos mejorar
las posibilidades de aislamiento de tipos fisiológicos poco frecuentes. El principio consiste en
utilizar medios de composición conocida como los medios de enriquecimiento y saber cuales
son los sustratos que requiere el microorganismo para aumentar la población y después
inocularse en placas para su aislamiento.
TÉCNICAS DE AISLAMIENTO DE UNA SOLA CÉLULA
Método que se utiliza en estudios muy especializados y que la practique un operador
experimentado; hace necesario el uso de un MICROMANIPULADOR como equipo especial
adaptado a un microscopio, que permite controlar los movimientos de una micropipeta o
microcánula (aguja muy fina), dentro de una gota pendiente de donde se puede extraer una
sola célula dentro de un tubo, para después pasarla a un medio de cultivo apropiado para su
desarrollo.
. MEDIOS DE CULTIVO Y PREPARACIÓN
La preparación y el examen de cultivos, es una técnica especial que requiere de gran
cuidado y atención en cada paso a realizarse; ya que de ello depende:
a) Un buen estudio de los microorganismos.
b) Condiciones de seguridad (cuando se trata de microorganismos peligrosos).
c) Evitar la contaminación de los cultivos y otros materiales utilizados.
Recordemos que existen microorganismos en el polvo, dedos y en todo el medio
ambiente.
Las distintas mezclas de sustancias nutritivas empleadas en el laboratorio para el
cultivo de microbios se denominan genéricamente medios de cultivo.
La mayoría de los medios de cultivos utilizados, son mezclas preparadas
empíricamente por los microbiólogos (sin conocimiento exacto de su composición o de su
valor nutritivo específico).
Los medios de cultivo artificiales de composición química definida y reproducible
aumenta día con día con la finalidad de resolver problemas especiales en investigación y en la
Microbiología industrial.
REQUERIMIENTOS GENERALES DE LOS MEDIOS DE CULTIVO
Los medios deben hasta ciertos límites parecerse al sustrato natural sobre el cual
habitan los microorganismos, ejemplo, extractos del suelo para microorganismos del suelo,
sangre o suero para los patógenos de animales y humanos y extractos de plantas para los
patógenos vegetales. Estos pueden ser:
1. Requerimientos para desarrollo
a) Substancias orgánicas
b) Substancias inorgánicas
2. Requerimientos de energía
Todos los requerimientos nutricionales básicos, de los medios de cultivo proporcionan
elementos y la energía necesaria para sintetizar sus propios componentes metabólicos, como
enzimas y coenzimas; que además la constante biosíntesis y la energía conducirán a su
reproducción.
Al igual que otros organismos tienen en sus constituyentes fundamentales; proteínas,
carbohidratos, lípidos, sales minerales, vitaminas y ciertos factores de crecimiento.
Ahora dependiendo de sus capacidades para sintetizar los componentes, las bacterias se
pueden clasificar como: AUTOTROFICAS, HETEROTROFICAS E HIPOTROFICAS.
Las bacterias AUTOTROFICAS, sintetizan todos los componentes metabólicos a partir
de moléculas orgánicas que contienen Nitrógeno, Amoniaco, Anhidrido carbónico,
compuestos simples de Carbono, Fosfatos y agua; para lo cual necesitan todo un conjunto de
enzimas. Otras bacterias, tienen la habilidad de utilizar para su nutrición, substancias simples
para su energía, Glucosa como fuente de carbono, Aminoácidos como fuente de Nitrógeno,
ejemplo: Chromatium, Thiobacillus.
Las bacterias HETEROTROFICAS, tienen poca habilidad sintética, por lo que son más
exigentes en su nutrición. Requieren de proteínas ya formadas, de vitaminas, factores de
crecimiento y gases indispensables, que se descompone por enzimas hidrolíticas haciéndolas
asimilables, las cuales ya dentro de las células son ensambladas y utilizadas por la célula.
Ejemplo: Escherichia coli, Lactobacilos, Salmonella typhi, proteus, estafilococos, etc.
Las bacterias HIPOTROFICAS, son organismos muy exigentes que no se pueden
cultivar en medios artificiales por más ricos que sean. Requieren de todo un sistema
metabólico funcionando, por lo que solo se multiplican dentro de las células en pleno
metabolismo, ejemplo: Ricketsias, Clamidas, Virus, etc. También de acuerdo a la fuente de
energía que utilicen o de cómo la obtengan las bacterias pueden nombrarse FOTOTROFAS si
la obtienen de luz radiante y QUIMIOTROFAS sin son incapaces de asimilar energía radiante
y se valen de la oxidación de compuestos químicos para obtener su energía.
COMPOSICIÓN DE LOS MEDIOS: Muchas bacterias requieren solo los medios
ordinarios de cultivo, otros necesitan medios especiales para su desarrollo y/o para su
identificación o cuando las características de cultivo y las reacciones específicas son los
factores determinantes.
Muchos medios de cultivos contienen:
Macerados de carne en agua que por lo común se encuentran como extractos de carne (bovino,
cerdo, etc. ya preparados). Contienen Peptonas, sal (cloruro de sodio), y si se desea, también
se el puede dar consistencia al caldo o medio cuando se desea estudiar las características
coloniales o aislar un determinado microorganismo.
NATURALEZA DE LOS MEDIOS DE CULTIVO
De acuerdo a la naturaleza, los medios de cultivo se denominan como SINTETICOS Y
NO SINTETICOS.
SINTÉTICOS: Son medios que generalmente son utilizados para estudiar los
requerimientos nutricionales de los organismos. En estos sus constituyentes químicos están
químicamente definidos en su composición.
NO SINTÉTICOS: Medios utilizados para multiplicación de microorganismos, así
como para el estudio taxonómico de los mismos y cuya composición química no está bien
definida. Por lo que considerando dicha composición y su estado físico, se pueden clasificar
como:
A) MEDIOS LÍQUIDOS
No sintéticos. Ejemplo: leche: sustrato de origen natural, cuya composición favorece el
crecimiento bacteriano.
Son caldos o soluciones acuosas de substancias de origen natural tales como peptonas,
levaduras y extractos de carne cuya composición no está bien definida, pero que favorecen el
crecimiento bacteriano. En su composición no contienen substancias como gelatina o agar y
por lo tanto no solidifican o gelifican pero se puede preparar a partir de estos medios sólidos.
B) MEDIOS SÓLIDOS LICUABLES
Se preparan añadiendo agar a los caldos en una proporción de 1 a 1.5% o con una
mezcla de Agar - Gelatina, son utilizados para conservar vivas las cepas de los cultivos por
largos periodos.
C) MEDIOS SÓLIDOS
Están hechos a base de compuestos orgánicos como: rebanadas de papa, trozos de
zanahoria, suero sanguíneo coagulado, útiles para el crecimiento y taxonomía. También puede
contener compuestos inorgánicos: silice, usado como solidificante cuando los agentes
orgánicos como el agar interfieren con el crecimiento específico de la bacteria.
Los medios sólidos constan generalmente de agar, gelatina o albúmina. Son necesarios
para el estudio de las características coloniales; así como para el aislamiento de especies
bacterianas.
El agar se disuelve en el agua cerca del P. E., se solidifica alrededor de los 38 grados
centígrados y no vuelve a licuarce hasta que se hierve de nuevo. (el agar se disuelve alrededor
de una concentración del 2 al 3% y la gelatina del 10 al 15% y solidifica a una temperatura de
25 grados centígrados.
Actualmente los medios de cultivo se pueden obtener artificialmente en el comercio en
forma de polvos secos. Estos productos deshidratados se transforman fácilmente en medios de
cultivo por adición de agua y esterilización.
De acuerdo a su función o a su aplicación, a los medios se les puede clasificar de la
siguiente manera:
> Medios enriquecidos
> Medios enriquecedores
> Medios diferenciales
> Medios selectivos
> Medios de ensayo
MEDIOS ENRIQUECIDOS: Son medios de cultivo que se preparan a base de la
adición de componentes o substancias como sangre, suero, extractos de tejidos de animales y
plantas, carbohidratos, caseína digerida, extractos de levaduras, etc. al caldo nutritivo o agar,
les proporciona substancias nutritivas complementarias para que el medio pueda soportar el
crecimiento de bacterias más exigentes. Ejemplo: aquellos medios que se hacen con suero
sanguíneo coagulado (Loefer para bacilos diftéricos), o mezclas coaguladas de glicerina y
huevo (Loweinstein- Jensen para bacilos de la tuberculosis); así como los que se preparan
enriqueciendo caldo o agar simple con Carbohidratos, sangre, suero sanguíneo, caseína
digerida, extractos de levaduras, etc.
MEDIOS ENRIQUECEDORES: Son medios de cultivos que ya tienen las substancias
nutritivas en su composición, sirven para cuando deseamos estudiar microorganismos que se
encuentran en muy pequeñas cantidades en la naturaleza y se puede aumentar su población,
ejemplo: caldo nutritivo, caldo de selenio, sales biliares, etc.
MEDIOS DIFERENCIALES: Son medios que ponen de manifiesto diferencias entre
grupos de microorganismos que se deseen estudiar y otros gérmenes que pueda haber.
Contienen en su composición una substancia indicadora (Azúcar) y una substancia inhibidora
(Colorante), que son factores que permiten distinguir características metabólicas y las
características morfológicas diferentes debido a la utilización de los sustratos del medio,
ejemplo: EMB, AGAR SANGRE, MAC CONCKEY, etc.
Estos medios favorecen el desarrollo de bacilos tifoideos y otros microorganismos
afines, que causan infecciones intestinales; inhibe también el desarrollo de bacilos ordinarios,
así como microorganismos Gram Positivos y favorece el crecimiento de Gram Negativos.
Para que puedan desarrollarse libremente especies que interesan, con frecuencia se
añade penicilina, estreptomicina, acitidiona u otros antibióticos, para evitar el desarrollo de
gérmenes indeseables.
MEDIOS SELECTIVOS: Son medios preparados a base de agar nutritivo, al cual se le
adicionan ciertas substancias químicas específicas inhibidoras que permiten el crecimiento de
algunas bacterias y que inhiben el desarrollo de otro grupo de bacterias.
Esto significa que se pueden seleccionar las bacterias que solo se desarrollan en
presencia de compuestos orgánicos poco comunes, agregándolas al medio de cultivo y
omitiendo todos los demás compuestos.
Algunos ejemplos de este tipo de medios son:
- Staphilococcus No. 110 (S- 110)
- Agar dextrosa Sabouraud (para hongos, PH = 5.6)
- Caldo peptona (para espirilos del cólera, alcalino con PH = 8.5)
- Agar Salmonella - Shigella (Agar S_S)
- Agar Verde Brillante
MEDIOS DE ENSAYO: Son medios que se utilizan con el fin de identificar y
clasificar a los microorganismos.
Estos medios fueron ideados para ensayar los microorganismos según sus actividades
metabólicas particulares.
Por lo anterior mencionado, se utilizan una gran variedad de medios de cultivo; que se
toman en cuenta como pruebas que se relacionan con el metabolismo bacteriano.
Algunos ejemplos son: Voges- Proskauer, Rojo de Metilo, Producción de Indol, Prueba
de Ureasa, Citrato, reducción de Nitratos, SIM, Agar Férrico con Azúcar Triple (TSI), Agar
Hierro Kligers (KIA), Malonato, etc.
IV. GENÉTICA BACTERIANA
Introducción:
La teoría sobre la herencia y variabilidad de los organismos vivos fue creada por C.
Darwin en 1859, quien demostró que todas las especies vegetales y animales existentes sobre
la tierra aparecieron mediante variabilidad, esto a partir de formas orgánicas.
Dichos hechos se encuentran sujetos a las leyes fundamentales de le Genética, las
cuales fueron descritas y posteriormente enunciadas por el Naturalista Checo G. Mendelev,
todas estas leyes fueron estudiadas más tarde y con más detalle por H. de Vries, T. Morgan, H.
Muller, N. Vavilov y otros.
Otros científicos que hicieron aportaciones al estudio de la variabilidad de los
microorganismos son L. Pasteur, L. Tsenkouski. En 1941, G. Beadle y E. Tatum obtuvieron
mutantes bioquímicos en la Neurospora.
Tiempo más tarde, en el año de 1953, J. Watson y F. Crick descifraron la estructura de
la molécula de DNA y determinación del Códice Genético mediante el cual se observaron y se
dieron a conocer los mecanismos de la síntesis de los Polipéptidos y proteínas de todos los
seres vivos.
Uno de los más importantes acontecimientos que sirvieron en la etapa de desarrollo de
la genética, fueron los estudios realizados sobre la transmisión de la información genética,
cuyos resultados demostraron que esta transmisión se podía efectuar en dos direcciones.
ADN - - - - - - - - - - ARN - - - - - - - - - - PROTEÍNA
ARN - - - - - - - - - - ADN - - - - - - - - - - PROTEÍNA
Actualmente una de las nuevas tendencias es la Ingeniería - Genética, mediante la cual
es posible realizar transplantes de Genes de la célula a la otra, lo cual permite de un modo
determinado, dirigir la herencia, sustituyendo un gene por otro.
De esta manera se puede decir acertadamente que la genética de los microorganismos
representa la base de la BIOLOGÍA MOLECULAR; por lo que muchos descubrimientos en el
campo de la genética de los microorganismos, se han utilizado con bastante eficiencia en la
Biología y en la Medicina.
Como podemos darnos cuenta, debido a la organización simple, reproducción rápida, a
que son haploides (por lo general), ya que en ellos pueden reproducirse con facilidad
mutaciones inducidas y recombinaciones genéticas; las bacterias y los virus se han convertido
en objetos principales, tanto del estudio de la estructura como de la función de los genes
exclusivamente.
LA GENÉTICA es la disciplina que estudia los mecanismos por los cuales los
caracteres pasan de un organismo a otro.
El estudio de la genética se enfoca hacia la comprensión de la variabilidad de los
organismos y la evolución de la especie. También es una importante herramienta de
investigación en los intentos por comprender los mecanismos moleculares que permiten el
funcionamiento de las células, proporcionándonos a la vez una forma de introducir nuevas
propiedades a los organismos.
La transferencia de genes puede tener lugar de formas diferentes y, si se acompaña por
recombinación genética, puede dar lugar a la formación de nuevos organismos.
LA RECOMBINACIÓN GENÉTICA es una herramienta importante en la dirección de
la estructura genética de un organismo. También es de gran importancia ya que todo lo
mencionado anteriormente constituye una de las actividades primordiales en el campo de la
Ingeniería Genética.
Dentro de los principios básicos de la Genética, se tiene que la recombinación es el
proceso mediante el cual los elementos genéticos, contenidos en dos genómas separados se
unen en una sola unidad. Por lo que debido a este mecanismo pueden originarse dos genotipos,
aun en ausencia de Mutaciones.
En los Procariontes, la recombinación genética implica:
1. La inserción en una receptora, de un fragmento de DNA genético diferente de una
célula donadora.
2. Debe efectuarse la integración de este fragmento de DNA o de sus copias en el
genoma de la célula receptora.
Existen tres mecanismos mediante los cuales el fragmento de DNA es introducido en la
célula receptora:
Estos tres mecanismos son conocidos como COMBINACIONES GENÉTICAS, y son:
CONJUGACIÓN, TRANSDUCCIÓN Y TRANSFORMACIÓN.
En las recombinaciones bacterianas, las células no se fusionan y usualmente una
porción del cromosoma de la célula donadora (macho) es transferido a una célula receptora
(hembra). En cuanto al mecanismo se cree que dentro de las células receptoras el fragmento de
DNA de la donadora se coloca a lo largo del DNA de la receptora, de tal forma que queden
adyacentes los genes homólogos.
Ciertas enzimas actúan sobre el DNA de la receptora, causando cortes y la incisión de
un fragmento, luego el DNA de la donadora queda integrado en el cromosoma receptor en el
lugar del DNA previamente escindido. La célula receptora se convierte entonces en la célula
recombinante porque su cromosoma receptor contiene DNA tanto de la célula donadora como
de la receptora.
MECANISMO DE CONJUGACIÓN. Es uno de los tres mecanismos de transferencia de
material genético de una bacteria a otra y depende de un contacto físico entre célula y célula;
aquí es posible que sean transferidos grandes segmentos del cromosoma y en casos especiales
el cromosoma entero.
MECANISMO DE TRANSFORMACIÓN. Proceso mediante el cual el DNA (desnudo) o
libre y que contiene una limitada cantidad de información genética, es transferido desde una
célula a otra. El DNA se obtiene de una célula donadora por lísis natural de la célula o por
extracción química.
MECANISMO DE TRANSDUCCIÓN. Proceso en el que hay transferencias de genes desde
una bacteria a otra mediante un Bacteriófago. Cuando este DNA vírico se integra en el
cromosoma bacteriano se denomina PROFAGO. Cuando una bacteria entra en el ciclo lítico,
sea espontáneamente o por inducción con luz ultra violeta, ocasionalmente parte del
cromosoma bacteriano puede quedar ensamblado accidentalmente dentro de la cabeza del
fago.
Principios de Inmunología
Teoría de la inmunidad: Con el término "inmunidad" ( del latín IMMUNITAS, liberación del
tributo o salvación de alguna cosa). Se sobre entiende la insusceptibilidad del organismo de las
infecciones o agentes no infecciosos que le es genéticamente heterogéneas. El organismo
animal y humano distingue con suma exactitud la "propia" de lo "extraño", propiedad gracias a
la cual se asegura la defensa contra la introducción no solo de m.o. patógenos, sino contra las
sustancias extrañas entre proteínas polisacáridos, lipopolisacáridos y otras. La ciencia que se
ocupa de los problemas de inmunidad y que se a denominado INMUNOLOGÍA, se convirtió
en una rama independiente. Ella se dedica a un amplio campo de fenómenos biológicos:
Mecanismos de defensa contra los agentes de las enfermedades infecciosas y tumores,
establecimientos de vínculos genéricos entre el mundo vegetal y animal, problemas de la
inmunohematología, inmunogenética, inmunohistoquímica, inmunodiagnóstico, etc.
V. RELACIÓN HUÉSPED - PARÁSITO
La mayor parte de los microorganismos que habitan en el cuerpo humano lo hacen porque se
benefician de los nutrientes y del hábitat protegido que este cuerpo humano les provee. Pero
desde el punto de vista del cuerpo humano esta relación puede ser mutualismo, comensalismo
o parasitismo, según sea beneficiosa, neutral o perjudicial, respectivamente.
Independientemente del tipo de relación, todas comienzan con el contacto, algunos
microorganismos se establecen permanentemente colonizándolo (microbiota normal), otros
desaparecen rápidamente (transeuntes) y otros invaden los tejidos. Este contacto con los
microorganismos conduce a la infección, condición en la cual el microorganismo patógeno
elude las defensas del huésped, penetra en los tejidos y se multiplica. Cuando los efectos
acumulativos de la infección dañan los tejidos se produce una enfermedad infecciosa. La
relación huésped - parásito comienza con el contacto, progresa a la infección y finaliza en
enfermedad. Cuando un microorganismo potencialmente infeccioso está presente en el cuerpo
sin invadirlo todavía se le denomina contaminante, por lo que estar contaminado no es lo
mismo que estar infectado ya que no todas las contaminaciones acaban en infección y no todas
las infecciones acaban en enfermedad. De hecho, la contaminación sin infección y la infección
sin enfermedad es la regla.
Microbiota normal del cuerpo humano:
El cuerpo humano debido a que mantiene relativamente estables su pH, temperatura y un
aporte constante de nutrientes, provee un hábitat favorable para una gran cantidad de
microorganismos. De hecho es tan favorable que célula a célula en el cuerpo humano existen
10 veces más células de microorganismos que humanas. Esta gran mezcla de microorganismos
adaptada al cuerpo humano recibe el nombre de microflora, aunque el término más preciso es
el de microbiota. Esta microbiota incluye bacterias, hongos y protozoos.
Origen de la Microbióta:
Antes del nacimiento un feto humano sano está libre de microorganismos. El primer encuentro
del recién nacido con los microorganismos es en el canal del parto y especialmente en la
vagina. El recién nacido adquiere los microorganismos por contacto superficial, tragando o
inhalando. Posteriormente los adquiere a través de los objetos y personas que le cuidan (leche
artificial: coliformes, lactobacilos, enterococos; leche materna: Bifidobacterium). Cada parte
del cuerpo humano, con sus condiciones ambientales especiales, tiene su propia mezcla de
microorganismos. Por ejemplo, la cavidad oral adquiere una población natural diferente a la de
los intestinos. En un corto período de tiempo (erupción de los dientes e introducción de
alimentos sólidos) el niño tendrá el mismo tipo general de microbiota que una persona adulta
que viva en el mismo ambiente. La naturaleza de esta microbiota va a depender de factores
tales como la frecuencia de lavados, dieta, prácticas higiénicas y condiciones de vida.
Distribución de la microbióta en el cuerpo humano:
La Sangre, los fluidos corporales y los tejidos
En individuos sanos la sangre, fluidos corporales y tejidos están libres de microorganismos.
Piel
La epidermis junto con la dermis forman una barrera frente a muchos microorganismos debido
a que son impermeables a éstos, por lo que a la piel se la denomina la primera línea de
defensa. La constante exposición de la piel al medio ambiente implica que en ésta existan
muchos microorganismos transeuntes. Sin embargo la superficie de la piel es hostil a la
supervivencia y crecimiento de muchas bacterias debido a su sequedad, bajo pH (3-5) y
sustancias inhibitorias (lisozima que destruye el peptidoglucano). A pesar de estos factores
algunas bacterias pueden sobrevivir en la piel, crecer y formar la microbiota normal ya que las
glándulas sudoríparas y sebáceas excretan agua, aminoácidos, urea, sales y ácidos grasos que
sirven como nutrientes a estos microorganismos. La mayor parte de estas bacterias son
especies de Staphylococcus (S. epidermidis) aunque también existen Micrococcus y
Corynebacterium. En la parte más profunda de las glándulas sebáceas existen bacterias
anaeróbicas como Propionibacterium acnes que al ser parte de la microbiota, normalmente no
es perjudicial; sin embargo, ha sido asociado con el acné, una enfermedad de las glándulas
sebáceas de la piel. Debido a su localización profunda, el número de estas propionibacterias se
vé muy poco afectado por el lavado o por las soluciones desinfectantes.
Ojos
La conjuntiva es lavada contínuamente por las lágrimas que además de remover a los
microorganismos contiene lisozima. Consecuentemente, la microbiota de la conjuntiva es
esporádica. Los principales microorganismos encontrados son Staphylococcus epidermidis,
Staphylococcus aureus, Corynebacterium, Streptococcus pneumoniae, Neisseria spp.
Tracto respiratorio
El tracto respiratorio es un sitio difícil para la colonización de los microorganismos ya que en
el tracto respiratorio alto los microorganismos que están en el aire que respiramos pasan a
través de las fosas nasales a la nasofaringe quedando pegados en el moco el cual contiene
lisozima; al pasar este moco a la faringe, las bacterias atrapadas en el moco pueden ser
tragadas y destruídas por el HCl del estómago. A pesar de ésto existen numerosos
microorganismos en las fosas nasales debido a la habilidad de adherirse a las células
epiteliales de las membranas mucosas. Las bacterias más frecuentemente encontradas en las
fosas nasales son Staphylococcus epidermidis y Staphylococcus aureus; en la nasofaringe
cepas avirulentas de ßtreptococcus pneumoniae. El tracto respiratorio bajo no posee
microbiota debido a que los microorganismos se eliminan mecánicamente por los cilios de la
tráquea. Si alguna bacteria pasa a través de la tráquea es fagocitada por los macrófagos.
Boca
La abundante y constante presencia de alimento disuelto en la boca hacen de ella un ambiente
ideal para el crecimiento bacteriano. Sin embargo, el contínuo flujo de saliva hace que los
microorganismos se tragen y destruyan por el HCl del estómago. Consecuentemente la mayor
parte de los microorganismos que constituyen la microbiota de la boca resisten estos
mecanismos al adherirse firmemente a las distintas superficies de la cavidad oral. Los dientes
son un área de esta adherencia bacteriana, de hecho la placa dental es una agregación de
bacterias y materia orgánica. La caries está iniciada por Streptococcus mutans al hidrolizar la
sacarosa en glucosa y fructosa. La glucosa es polimerizada en glucano y la fructosa
metabolizada a ácido láctico. El glucano actúa como cemento uniendo las bacterias a los
dientes y el ácido láctico actúa como abrasivo. Una vez iniciado el ataque por Streptococcus
mutans, otras bacterias como Lactobacillus y Actinomyces contribuyen como invasores
secundarios en el desarrollo de la caries. La microflora normal de las encías consiste
fundamentalmente en bacterias Gram (+) como Streptococcus sanguis y especies de
Actinomyces.
Tracto gastrointestinal
La mayor concentración de microbiota normal del cuerpo humano se encuentra en el tracto
gastrointestinal.
Estómago: aunque el estómago está recibiendo constantemente bacterias transeuntes de la
cavidad oral, un estómago sano contiene muy pocas bacterias debido al efecto bactericida del
HCl y enzimas digestivos. Los pocos microorganismos que se encuentran son lactobacilos y
levaduras (Candida spp.).
Intestino delgado: en el duodeno sobreviven pocas bacterias debido a la combinación del
ambiente fuertemente acídico del estómago y la acción inhibitoria de la bilis. De los
microorganismos presentes, la mayoría son cocos y bacilos Gram (+). En el yeyuno se
encuentran especies de enterococos, lactobacilos y corinebacterias. También puede
encontrarse la levadura Candida albicans. La última parte del intestino delgado, el íleon, posee
una microbiota más abundante y parecida a la del intestino grueso. En el íleon crecen bacterias
anaerobias como Bacteroides y anaerobios facultativos como Escherichia coli.
Intestino grueso: el colon es la parte del cuerpo humano que contiene la mayor población
microbiana. Se calcula que un adulto excreta alrededor de 30 billones de células bacterianas
diariamente a través de la defecación. Se han aislado alrededor de 300 especies bacterianas
diferentes de las heces humanas. En el intestino grueso existen 300 veces más bacterias
anaerobias (Bacteroides y Fusobacterium) que anaerobios facultativos (Escherichia, Proteus,
Klebsiella y Enterobacter); también se encuentra la levadura Candida albicans. Una
prolongada terapia con ciertos antibióticos pueden eliminar muchos microorganismos de la
microbiota normal intestinal permitiendo el crecimiento de especies resistentes a los
antibióticos lo que puede causar transtornos gastrointestinales como es la diarrea. La
administración oral de la bacteria Gram (+) Lactobacillus acidophilus puede aliviar estos
desórdenes intestinales ya que la ingestión de estos microorganismos reemplaza a los
organismos intestinales indeseables. Existen en el mercado muchos productos comerciales con
fines terapéuticos que contienen lactobacilos.
Tracto genitourinario
En individuos sanos los riñones, uréteres y vejiga están libres de microorganismos por lo que
la orina en la vejiga también lo está. Sin embargo existen bacterias en la parte inferior de la
uretra tanto en hombres como mujeres (Staphylococcus epidermidis, Streptococcus faecalis y
corinebacterias) de tal manera que la orina adquiere estos microorganismos cuando pasa de la
vejiga al exterior del cuerpo humano en la parte inferior de la uretra. El tracto genital
femenino tiene una microbiota compleja. Durante los años que existe actividad en los ovarios
(pubertad --> menopausia) la microbiota principal de la vagina son lactobacilos ácido
tolerantes (bacilos de Doderlein); éstos hidrolizan el glucógeno producido por el epitelio
vaginal en estos años debido a la acción de los estrógenos, formando ácido láctico. Como
resultado, el pH de la vagina se mantiene entre 4,4 y 4,6. Los microorganismos capaces de
crecer a este bajo pH son los que se encuentran en la vagina (enterococos, corinebacterias y
Candida albicans). Este glucógeno no está presente antes de la pubertad ni después de la
menopausia, con lo que las secreciones vaginales son suavemente alcalinas y contienen
microorganismos normales de la piel y colon.
Factores de Patogenicidad Microbiana:
Patogenicidad es un término general que se utiliza para describir las infecciones microbianas.
Las propiedades que contribuyen a que un patógeno infecte y dañe los tejidos del huésped se
llaman factores de virulencia. La virulencia (invasión y toxicidad microbiana) puede deberse
a uno o a múltiples factores. En algunos microorganismos las causas de la virulencia están
claramente establecidas mientras que en otros no lo están tanto. A continuación vamos a
describir los factores de patogenicidad y virulencia.
Puerta de Entrada:
Al iniciar una infección, un microorganismo penetra en los tejidos del cuerpo por una ruta
característica, la puerta de entrada que para la mayor parte de los microorganismos suelen ser
las mismas regiones anatómicas que contienen microflora normal: piel, tracto alimentario,
tracto respiratorio y tracto genitourinario. La mayor parte de los patógenos se han adaptado a
una puerta específica de entrada, aquella que le provee de un hábitat adecuado para crecer y
diseminarse. Esta adaptación puede ser tan restrictiva que si ciertos patógenos penetran por la
puerta "equivocada" no serán infecciosos. Por ejemplo, la inoculación de la mucosa nasal con
el virus de la gripe invariablemente conlleva a la gripe, pero si el virus contacta sólo con la
piel no habrá infección.
Tamaño del Inóculo:
Otro factor crucial para el curso de la infección es la cantidad de microorganismos presentes
en el inóculo. Para la mayor parte de ellos la infección tendrá lugar si existe un número
mínimo de células llamado dosis infecciosa (ID). Este número se ha determinado
experimentalmente para muchos microorganismos variando desde 1 célula en la fiebre Q, 10
partículas virales en la rabia, 1000 células en la gonorrea, 10000 células en la fiebre tifoidea
hasta 109 células en el cólera. En general, los microorganismos con ID pequeños tienen mayor
virulencia. Si el tamaño del inóculo es más pequeño que el ID, la infección generalmente no
progresará. Si el tamaño del inóculo es mucho mayor que el ID, el comienzo de la enfermedad
puede ser más rápido.
Mecanismos de Invasión, Establecimiento de los microorganismos
Patógenos
Una vez que el patógeno ha contactado con el huésped a través de las vías de entrada, el
siguiente paso en la infección requiere que el patógeno (i) se una al huésped; (ii) atraviese el
epitelio y (iii) se establezca en los tejidos.
a.- Adhesión
Es el proceso mediante el cual los microorganismos consiguen una posición más estable en el
portal de entrada, lo que les permite no ser fácilmente eliminados y estar listos para invadir los
compartimentos estériles del cuerpo. Los mecanismos que utilizan los patógenos bacterianos
en la adhesión incluyen fimbrias o pilis, flagelos y cápsulas. Los virus se unen a través de
receptores especializados.
b.- Factores de virulencia (penetración e invasión)
Los factores que contribuyen a la penetración e invasión de los tejidos se dividen en
exoenzimas, toxinas y factores antifagocíticos.
Enzimas extracelulares: muchas bacterias y hongos patógenos secretan exoenzimas que
rompen e inflingen daños en las estructuras epiteliales. Los siguientes enzimas disuelven las
barreras defensivas del huésped y promueven la diseminación de los microorganismos en
tejidos más profundos:
- Mucinasa: destruye la capa protectora de las membranas mucosas; la produce Vibrio
cholerae.
- Queratinasa: digiere el principal componente de la piel y pelo; la producen los hongos
dermatofitos.
- Colagenasa: digiere la principal fibra del tejido conectivo; la producen especies de
Clostridium.
- Hialuronidasa: digiere la sustancia que actúa como cemento de las células animales
compactándolas, ácido hialurónico. Este enzima es un importante factor de virulencia en
estafilococos, clostridios, estreptococos y neumococos.
- Algunos enzimas reaccionan con los componentes de la sangre como es el caso de la
coagulasa producida por estafilococos patógenos que coagula la sangre. Las kinasas
bacterianas disuelven los coágulos favoreciendo la invasión de los tejidos dañados.
Toxinas bacterianas: una toxina es un producto químico específico de microorganismos,
plantas y algunos animales que es venenoso para otras formas de vida. Toxigenicidad es la
capacidad de producir toxinas; esta capacidad es una característica de muchas especies
controlada genéticamente siendo la responsable de los efectos adversos de una variedad de
enfermedades llamadas toxinosis. Toxemia es una toxinosis en la cual la toxina se distribuye a
través de la sangre desde el sitio de infección (tétano y difteria). Intoxicación es una toxinosis
causada por la ingestión de toxinas (botulismo). Las toxinas se denominan de acuerdo a su
sitio específico de acción en:
Neurotoxinas cuando actúan en el sistema nervioso.
Enterotoxinas cuando actúan en el intestino.
Hemotoxinas cuando lisan los hematíes.
Nefrotoxinas cuando dañan los riñones.
Las toxinas también se pueden clasificar según su origen en:
Exotoxinas: toxinas secretadas por una célula bacteriana viva en el tejido infectado.
Endotoxinas: toxinas que sólamente se liberan después de que la célula ha sido dañada o
lisada. Nunca se secretan. Las diferencias entre exotoxinas y endotoxinas son:
Factores antifagocíticos: Los fagocitos son células que bloquean el avance de los
microorganismos en los tejidos. A través de la fagocitosis los patógenos son introducidos
dentro del fagocito donde son destruídos por potentes enzimas. Para combatir la fagocitosis
muchos microorganismos han adoptado mecanismos que evitan el proceso fagocítico (factores
antifagocíticos):
- Matar los fagocitos: especies de Streptococcus y Staphylococcus producen leukocidinas,
sustancias tóxicas para los glóbulos blancos.
- Producción de una cápsula que dificulta al fagocito la ingestión del microorganismo.
Ejemplos son Streptococcus pneumoniae, Salmonella typhi, Yersinia pestis y Neisseria
meningitidis.
- Supervivencia dentro del fagocito: algunas bacterias se han adaptado a sobrevivir dentro del
fagocito después de la ingestión. Especies patógenas de Legionella, Listeria y Mycobacterium
son capaces de evitar su destrucción dentro del fagocito. Esta supervivencia intracelular en los
fagocitos tiene especial significancia ya que provee a los microorganismos de un lugar donde
"esconderse", crecer y distribuirse a través del cuerpo.
Mecanismos fundamentales de defensa
Sistema inmune (organismo) vertebrados, se clasifica:
1. Sistema linfositoide o celular o células en B.
2. Sistema plasmacitoide o humoral o células en T.
- Tanto vacunas como los m.o. infectados estimula los mecanismos de resistencia (sistema
inmunitario).
- Cuando se está en contacto previo con este tipo de m.o. o sustancias extrañas se dice que
ha adquirido INMUNIDAD ADQUIRIDA.
- El sistema inmune tiene la capacidad de distinguir entre célula y sustancia de su propio
organismo y las que tienen otro origen.
Sustancias extrañas:
1. Virus, 2. Toxinas: Sustancia inmunosa elaborada por un organismo. 3. Toxoide: Toxina que
ya ha sido tratada para destruir su propiedad tóxica sin afectar sus propiedades antigénicas, 4.
Bacterias, 5. Vacunas.
- Estas pueden activar el sistema inmune ya que son reconocidas como sustancias extrañas o
antigenos.
ANTIGENO: Es cualquier sustancia que introducida en un organismo (vertebrados) provoque
una respuesta inmunitaria conducente a la adquisición de inmunidad.
INMUNIDAD
La respuesta inmunitaria tiene como resultado:
1. La formación de anticuerpos específicos que circulan por el torrente sanguíneo
(INMUNIDAD HUMORAL).
2. La estimulación del número de células reactivas específicas llamadas linfocitos
(INMUNIDAD CELULAR). (Capacidad incrementada para distinguir otras células) o
células activadas.
Tanto los anticuerpos como los linfocitos especializados reaccionan con el antígeno
utilizado como inmunizante.
La inmunidad adquirida de esta forma capacita al organismo para destruir o neutralizar
m.o. inmunisores o seres tóxicos.
PROPIEDADES DE LOS ANTIGENOS:
ANTIGENO: Sin excepciones son sustancias de elevado peso molecular aproximado de
10.000 o superiores.
Los compuestos con peso molecular 6.000 daltones raramente actúan como antígenos
de por sí solamente 2 grupos de sustancias naturales se comportan claramente como
inmunógenos (estimulan a la rep. inmunitaria).
1. Proteínas, 2. Polisacáridos.
PROTEÍNAS: Por lo general estimulan la producción de anticuerpos con mayor eficacia que
los polisacáridos, sólo los polisacáridos complejos (grandes) ejemplo: capsulares del
Pneumococo son buenos antígenos.
VI. CONTROL DEL DESARROLLO BACTERIANO
FUNDAMENTOS: La salud de una nación (hombre) está determinada por la capacidad de sus
habitantes o del hombre mismo, para controlar eficazmente las poblaciones microbianas.
Por lo general el hombre utiliza procedimientos muy específicos cuando por ejemplo:
Administra un medicamento para eliminar microbios o parásitos.
Realiza prácticas sanitarias en el hogar o en el hospital.
Purifica el agua que ingiere.
Pasteuriza la leche o cuando practica la conservación y la preservación de los
alimentos.
Debido a lo anterior se cree de vital importancia llevar a cabo un buen control de
microorganismos con la finalidad de:
a) Prevenir la transmisión de infecciones por enfermedades, personas, animales o
plantas.
b) Prevenir la contaminación o la proliferación de microorganismos perjudiciales que
deterioren los alimentos.
c) Prevenir el deterioro o destrucción de materiales causados por microorganismos a
nivel industrial.
d) Control de microorganismos con la finalidad de obtener cultivos puros en la
microbiología industrial, en los procesos de cerveza, vino, quesos, etc.
e) Evitar contaminación de material que se esté utilizando en el diagnóstico de un
microorganismo.
Control de microorganismos en el agua:
El control de microorganismos en el agua se lleva a cabo únicamente en relación con
medidas sanitarias.
Se presentan tres problemas: la purificación del agua para hacerla potable, la
purificación de las albercas y la purificación de las aguas negras.
Potabilización del agua
Depósitos de agua. filtración y cloración se someten: a). Se dice que con solo 0.5 ppm
de cloro libre eliminará los patógenos entéricos del agua.
Purificación de las albercas. El problema de las albercas es algo serio debido a la
rapidez con la cual los usuarios o bañistas intercambian microorganismos patógenos, pero
puede ser controlado o resuelto manteniendo concentraciones de cloro libre en 0.5 ppm.
Purificación de aguas negras. Es importante la purificación de las aguas negras por la
utilización de las mismas en las grandes ciudades o ciudades modernas, donde las aguas
negras domésticas se bombean a través de una planta de desechos, que va seleccionando y
eliminando botellas, papel, cajas, etc.
Después estas aguas se dejan sedimentar en tanques grandes, se procede a decantar y
separar el lodo que posteriormente es tratado para luego filtrar y purificar el agua para beber.
Control de microorganismos en la leche;
Desde el punto de vista económico no es posible esterilizar completamente la leche,
excepto con calentamiento drástico, lo cual hace que pierda el sabor de la leche fresca; sin
embargo, al desear obtener o producir la leche evaporada que se enlata, sí se hace uso de la
esterilización por calor.
Esto no significa que la leche fresca no deba tratarse para controlar los
microorganismos de leche contaminada que constituye un vehículo de entrada de muchas
enfermedades como lo son la tuberculosis y la fiebre ondulante causada por Brucella entre las
más importantes y otras producidas por infecciones en las vacas con estreptococos del grupo
A, Salmonellas, praphycoccus aureus, etc., o por infecciones de las personas que trabajan en
las lecherías; como fiebre tifoidea, disentería, hepatitis, etc.
Dado que muchas enfermedades transmitidas por la leche son resultado de la
contaminación de ésta, es obvia una medida de control que insista en procedimientos
sanitarios durante la producción y embotellamiento o envasamiento de la leche; y dado que
aun con estos procedimientos sanitarios no resuelve el problema de prevenir todas la
enfermedades, se tiene que asegurar mediante pasteurización.
Control de los microorganismos en los alimentos:
Cuando diversos organismos comienzan a crecer en productos alimenticios, pueden
descomponerlos o deteriorarlos provocando así enfermedades, otras veces pueden ser
contaminados por el manejo de los mismos por personas infectadas. De ahí que el interés
desde el punto de vista de la microbiología de los alimentos se centraliza en su
descomposición y en la transmisión de enfermedades ya que los microorganismos patógenos
afectan más bien al consumidor que a los alimentos, en sí es necesario tener un control de los
microorganismos.
En otro renglón, mediante la prevención de la descomposición de los alimentos, como
lo son las carnes se puede lograr por muchos procedimientos sanitarios, aunque el esfuerzo
mayor es dirigido hacia medidas de preservación entre las cuales se mencionan: irradiación,
temperaturas bajas, desecación, calor, salado, azucarado, ahumado, preservativos químicos,
etc.
Mediante la prevención de la transmisión de enfermedades las cuales se pueden
prevenir mediante medidas sanitarias.
Control de microorganismos en el aire:
El aire no se considera habitat microbiano y las células bacterianas que existan en el
aire se toman en cuenta como contaminantes accidentales, o como esporas de hongos
dispersadas por el aire. De cualquier forma se intentan medidas de control, ya que son muchas
bacterias patógenas las transportadas a través del aire sobre partículas de polvo o sobre
residuos secos de gotitas de saliva, por lo que hay que valorarlas.
Entre las medidas de control para este tipo de infecciones están:
Ventilación sanitaria en habitaciones.
Irradiación ultravioleta en habitaciones.
Desinfección química en habitaciones.
En cuanto al suelo, toda la vida sobre la tierra dependen completamente de las
actividades metabólicas de los microorganismos del suelo.
Es importante aclarar que no es posible elegir un procedimiento que desinfecte o
esterilice todo tipo de material; debido a que en la aplicación de un agente físico, químico,
antimicrobiano o quimioterapéutico que es utilizado para inhibir o destruir poblaciones
microbianas, hay que considerar muchos factores. Entre los más importantes se tienen:
TEMPERATURA, CLASES DE MICROORGANISMOS, ESTADO FISIOLÓGICO DE
LAS BACTERIAS, AMBIENTE, etc.
TEMPERATURA: Las temperaturas bajas, elevadas o cualquier cambio de
temperatura fuera de los rangos estimados de supervivencia para las células puede influir
inhibiendo o destruyendo a las células.
CLASES DE MICROORGANISMOS: Al igual que otros seres vivos los
microorganismos también son diferentes unos a otros y por lo tanto difieren en su
susceptibilidad en respuesta a los diferentes agentes físicos o químicos, como en el caso de las
células vegetativas son más susceptibles que las esporas.
ESTADO FISIOLÓGICO: El estado fisiológico de las bacterias influye bastante en la
susceptibilidad a los diferentes agentes antimicrobianos, ya que las células jóvenes son más
vulnerables que las células viejas, principalmente por los siguientes factores:
Las células jóvenes poseen un intenso metabolismo activo.
Las células viejas poseen una menor actividad metabólica, a la vez que su pared celular
entre más vieja sea la célula va perdiendo su permeabilidad.
AMBIENTE: El medio que rodea a las células microbianas también influye en su
desarrollo o se puede inhibir o destruir si las condiciones como las propiedades físicas o
químicas del medio o sustancias que se encuentran en el medio no son las adecuadas, la acidez
o alcalinidad, la consistencia del material ( si es viscoso o acuoso), ya que influyen también en
la penetración lo que puede inactivar a la célula, causándole daños como deshidratación, o
ruptura de la misma; como ejemplos se tienen sistemas de plasmólisis, plasmoptisis, ósmosis,
etc.
Por lo anterior podemos decir que el control de microorganismos que son indeseables
en medicina, en la industria, en la agricultura, etc. utiliza diversos métodos y/o artificios para
su inhibición o destrucción como los que a continuación se mencionan: AGENTES FÍSICOS,
AGENTES QUÍMICOS, AGENTES ANTIMICROBIANOS y AGENTES
QUIMIOTERAPEUTICOS.
ESTERILIZACIÓN POR AGENTES FÍSICOS
La esterilización es la eliminación de microorganismos por medio de un agente físico.
Se destruyen todas las formas de vida microbiana, no se puede hablar de términos medios, un
objeto o material es estéril o no lo es.
Diversos agentes físicos tienen efecto sobre la viabilidad de los microorganismos.
Entre los más notables se tienen la temperatura (calor y frío en sus aceptaciones comunes y
corrientes en lo referente a grados centígrados, la desecación, radiciones ionizantes y no
ionizantes, las vibraciones sónicas, la presión, etc.) Muchos de estos agentes son utilizados
para eliminar o destruir microorganismos, así como la contaminación de instrumentos, medios
de cultivo, fluidos biológicos, etc.
La muerte de las bacterias por el calor es consecuencia de la desnaturalización de
proteínas, donde las ligaduras intramoleculares e intermoleculares (puentes de hidrógeno) de
las proteínas, de las cuales depende su funcionalidad son más débiles cuando las proteínas
están hidratadas que cuando no lo están, de tal manera que el calor húmedo es más efectivo en
la desnaturalización de enzimas y otros componentes proteicos importantes para la célula que
el calor seco. Es por eso que se dice que el calor húmedo tiene mayor penetrabilidad.
Tanto la esterilización por calor húmedo y por calor seco, pueden ser generados en
diversos aparatos y en ambos casos hay factores que condicionan la efectividad de sus
procesos, como lo son: la cantidad de agua, temperatura, tiempo de contacto, superficie de
esterilización, pH, edad de las bacterias, presencia de esporas, composición del medio de
suspensión, etc.
De las técnicas más utilizadas en el laboratorio para la esterilización son las siguientes:
CALOR SECO
CALOR HÚMEDO
Horno (gas o eléctrico)
Incineración
Vapor o presión (autoclave)Esterilización fraccionada (vapor fluyente)Tyndalización, aparato ArnoldAgua hirviente, Pasteurización
CALOR SECO
ESTERILIZACIÓN EN HORNO (CALOR SECO)
La esterilización en horno es la aplicación de calor seco, este método físico es utilizado
únicamente para material de vidrio, algodón, aceite, telas y otros materiales no combustibles y
que se someten a temperaturas menores de 200ºC.
Por lo general se consideran suficientes dos horas de exposición a 160ºC ó 180ºC por
espacio de una hora, por lo tanto, no deberán esterilizarse en el horno objetos de hule natural o
sintético, ni material de plástico. Tampoco conviene esterilizar al horno recipientes con líquido
de cualquier naturaleza, pues se evaporan.
El mecanismo de acción es por desnaturalización de las proteínas y también actúa
como agente oxidante.
Al iniciarse el proceso de elevación de temperatura, las capas más bajas de aire se
calientan y se dilatan, posteriormente este aire sube a través de los entrepaños perforados hasta
la pared más alta del aparato, obligando a la capa de aire frío presente a descender, la cual es
calentada cuando llega al fondo, estableciéndose una corriente de convección hasta que llega
un momento en que toda la temperatura de dentro del horno es prácticamente igual.
INCINERACIÓN
Es una técnica que se utiliza rutinariamente para esterilizar por ejemplo el asa o para
eliminar animales de laboratorios contaminados.
CALOR HÚMEDO
ESTERILIZACIÓN POR EBULLICIÓN
La ebullición consiste en la introducción del material que se quiere esterilizar en el
seno de un líquido que tiene una temperatura superior a 70ºC y de preferencia a 100ºC.
generalmente con 5 minutos de exposición son suficientes para destruir todas las formas
vegetativas, y solo en caso de que haya esporas conviene prolongar el tiempo a 15 minutos o
más.
A estas temperaturas el agua alcanza a entrar en ebullición y donde las proteínas
pueden ser hidratadas y coaguladas.
ESTERILIZACIÓN POR VAPOR A PRESIÓN (AUTOCLAVE)
La esterilización por ebullición tiene sus limitaciones sobre todo porque no es posible
elevar la temperatura por encima de los 100ºC. sin embargo, el vapor de agua cuando es
comprimido dentro de un espacio, adquiere presión logrando temperaturas altas y esta
propiedad es utilizada en el aparato llamado autoclave, que es parecida en su forma y principio
a una olla de presión de cocina.
Este aparato es ordinariamente de gran capacidad y tiene forma de un cilindro
metálico, generalmente de doble pared.
El principio sobre el cual funciona el autoclave es el siguiente: al nivel del mar el agua
hierve a 100ºC, sin embargo en el pico de una montaña puede hervir a 35ºC. Si hacemos el
vacío en un recipiente cerrado el agua puede hervir a 100ºC.
Si nosotros hacemos hervir el agua y no dejamos que el vapor se escape y lo vamos
dejando que se acumule en un recipiente cerrado, a medida que se genera más vapor este
ejerce fuerte presión sobre la superficie del líquido sin dejarlo que hierva. De esta manera la
temperatura se puede elevar considerablemente sobre los 100ºC, sin que el líquido dé muestras
de ebullición.
Siempre hay que eliminar el aire atrapado en el autoclave al iniciar el proceso de
esterilización ya que el aire, si no se deja escapar completamente, puede ejercer al calentarse
una presión que no corresponda a la temperatura obtenida. Bastan 15 libras por pulgada
cuadrada por un periodo de 15 minutos para que la esterilización sea completa.
Este método se usa para esterilizar todo tipo de material: vidriería, medios de cultivo,
sondas, guantes, instrumental quirúrgico, telas, batas, soluciones, etc.
ESTERILIZACIÓN CON VAPOR DE AGUA SIN PRESIÓN (ARNOLDIZACIÓN) VAPOR
FLUYENTE
La esterilización de vapor fluyente o Arnoldización, consiste esencialmente en exponer
el material que queremos esterilizar, no en agua hirviendo, sino a los vapores del agua
hirviendo. Este proceso se puede llevar a cabo en el autoclave solo dejando las válvulas de
escape abiertas. Este proceso puede ser continuo, o bien intermitente en varios días
consecutivos, o en el esterilizador de Arnold.
Esta técnica es aplicable a medios bacteriológicos y sustancias químicas que no pueden
calentarse a más de 100ºC sin que resulten dañados; sin embargo, esos materiales pueden
resistir esa misma temperatura del vapor solo y así es posible esterilizarlos por medio de
esterilización fraccionada o tyndalización y hubiera esporas resistentes y germinaran en la
siguiente exposición son destruidas y si persisten se sigue exponiendo por periodos de
incubación y exposición al calor.
PASTEURIZACIÓN
Es un método que es utilizado para darle tratamientos de calor controlado a la leche,
crema y ciertas bebidas alcohólicas (cerveza y vino), pero que solo matan cierto tipo de
microorganismos pero no a todos.
En el caso de la leche pasteurizada no es estéril.
La temperatura seleccionada para la pasteurización se basa en el tiempo letal térmico
representativo para los tipos más resistentes de microorganismos patógenos que deberán ser
destruidos mediante este procedimiento.
Hasta hace poco en el procedimiento se empleaba la temperatura de 62ºC por 30
minutos, pero debido a investigaciones realizadas se ha detectado que otros microorganismos
como ¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿????????? Causal de la fiebre Q. se encuentra más frecuentemente en la leche
y es más resistente que ¿¿¿¿¿???? , por lo que se ha adoptado una temperatura ligeramente
mayor para pasteurizar la leche a baja temperatura (62.8ºC).
ESTERILIZACIÓN POR AGENTES QUÍMICOS
En el control de los microorganismos son muy utilizados los agentes físicos ya
mencionados, pero a veces deseamos eliminar también microbios indeseables y que se
encuentran principalmente en las superficies como lo son las mesas, paredes, pisos, etc., o
sobre la piel de los seres vivos y allí no se pude hacer uso de los agentes físicos por lo que se
utilizan sustancias químicas que inhiban o destruyan el microorganismo en cuestión.
Cuando estas sustancias son usadas debe asegurarse que ataquen la microbio y no a las
células del huésped, lo que se conoce como TOXICIDAD SELECTIVA y es en lo que se basa
la quimioterapia.
Es necesario e importante que al hablar sobre estos agentes, se maneje la siguiente
terminología: sustancia bacteriostática, bactericida, fungostáticos o fungicida, virucida,
desinfectante, antiséptico, etc.
En cuanto a la naturaleza química de los agentes químicos es muy diversa, desde
ácidos, bases, oxidantes, reductores, fenoles, éteres, detergentes, etc. Así como su mecanismo
de acción puede ser también variado, unos como inhibidores de grupos enzimáticos,
disolventes de grasas, agentes surfotensores, precipitantes de proteínas, etc.
Debido a que los agentes antibacterianos deben ser inocuos para todo organismo
huésped, en las condiciones en que son empleados (toxicidad selectiva) el número de agentes
antibacterianos que comúnmente se emplean es mucho más bajo que el número de venenos
celulares e inhibidores.
Con respecto al cianuro, arsénico y otros venenos no se incluyen debido a sus
limitaciones en su utilidad práctica. Los más frecuentes son los alcoholes, fenoles, iones de
metales pesados, agentes oxidantes, agentes alquilizantes, detergentes, etc.
ALCOHOLES
Los alcoholes son compuestos con estructura R-CH2OH (donde R es un grupo
alquilo), estos son tóxicos para las células en concentraciones relativamente altas. Los
alcoholes etílico e isopropílico son de uso común, pero pueden emplearse en concentraciones
del 70% en solución acuosa, como desnaturalizantes de proteínas y efectivo contra
microorganismos vegetativos no esporulados, el alcohol metílico es poco bactericida y el
alcohol propílico e isopropílico en concentraciones del 40% al 80% se usan como
desinfectantes de la piel.
FENOL
El fenol y muchos compuestos derivados fenólicos se consideran agentes
antibacterianos fuertes. En concentraciones de 1 a 2% en solución acuosa es como
generalmente se emplea como desnaturalizante de proteínas de la célula dañando membranas
celulares, también se usan para desarrollar técnicas asépticas y con desinfectante.
Las esporas bacterianas y los virus son más resistentes a ellos que las células
vegetativas bacterianas.
Algunos compuestos fenólicos pueden ser bactericidas o fungicidas.
Ciertos factores como la presencia de jabón, un pH alcalino o bajas temperaturas
pueden reducir la actividad antimicrobiana de los compuestos fenólicos.
IONES DE METALES PESADOS
La mayoría de los metales pesados, solos o en ciertos compuestos son dañinos para los
microorganismos.
Los metales que se consideran más efectivos son el Hg, Ag, y Cu. Las sales de estos
metales a altas concentraciones desnaturalizan las proteínas; estas sales son demasiado
perjudiciales para los tejidos humanos por lo que no son usados en esta forma. Comúnmente
se emplean a bajas concentraciones, en estas condiciones actúan combinándose con los grupos
sulfhidrilo. El Hg combinándolo con compuestos orgánicos (p. ej. Mercurochrome,
merthiolate) puede ser empleado. Excepto cuando se utilizan sobre las superficies limpias de
la piel, se consideran de valor práctico dudoso, ya que son inactivados rápidamente por acción
de la materia orgánica extraña.
La Ag como el Cu, aun en pequeñas cantidades ejercen un efecto letal sobre las
bacterias.
En una placa inoculada se coloca un trozo de metal limpio (Cu o Ag), asépticamente
con unas pinzas estériles, se incuba por 24 horas a temperatura de 37ºC y después de la
incubación se observará una zona de inhibición alrededor del metal (no hay crecimiento).
En el caso del HgCl2, tiene efecto inhibidor en las enzimas que contienen grupos
sulfhidrilo inactivándolos. A esta acción se le conoce como OLIGODINAMICA (capacidadd
que tienen los metales pesados de inactivar las enzimas).
AGENTES OXIDANTES
Los agentes oxidantes fuertes inactivan a las células oxidando grupos sulfhidrilos
libres. Entre los agentes útiles se pueden mencionar el H2O2, I2, hipocloritos, Cl2 y
compuestos que liberan cloro lentamente (cloruro de cal). En el caso del I2 es un agente
altamente efectivo y se cree que sea único en cuanto a la efectividad contra toda clase de
bacterias, esporas, hongos y virus.
También se usa como desinfectante de la piel.
AGENTES ALQUILIZANTES
Numerosos agentes reaccionan como compuestos en la célula para sustituir átomos
lábiles de hidrógeno como radicales alquilo. Los dos agentes que se usan comúnmente con
fines de desinfección son el formaldehído ( se vende como solución acuosa al 37%, formalina)
y el óxido de etileno; este gas se inactiva mezclándolo con CO2 al 90% con fluorocarbono,
volviéndolo no explosivo.
El óxido constituye el desinfectante más confiable disponible para superficies secas, en
desinfección de instrumentos quirúrgicos, etc.
DETERGENTES
Son sustancias que rebajan la tensión superficial o agentes humectantes empleados
principalmente para limpiar superficies, p. ej. los jabones que tienen la propiedad de
concentrarse en la interfase por lo que son llamados agentes tensoactivos o detergentes.
La interfase entre la membrana de una célula bacteriana que contiene lípidos y el
medio acuoso que la rodea, atraen especialmente a una clase particular de compuestos
tensoactivos y en forma específica a los que tienen un grupo liposoluble y un grupo
hidrosoluble.
Los microorganismos quedan atrapados en la espuma del jabón.
En el caso de las sales de amonio cuaternarias, modifican la carga eléctrica de la
membrana haciendo que la célula estalle.
AGENTES QUÍMICOS ANTIMICROBIANOS
Mucha sustancias químicas son capaces de inhibir o matar a los microorganismos y
van desde los elementos o metales pesados hasta moléculas orgánicas complejas.
Estas sustancias ejercen su efecto antimicrobiano por diferentes caminos y sobre
diferentes grupos de microorganismos.
En su efecto puede variar sobre algunas superficies y/o materiales sobre los que se
aplica, esto significa que:
a) Algunas son compatibles.
b) Otros son destructores.
Debido a esto es necesario conocer el comportamiento de un agente químico antes de
utilizarlo, tomando en cuenta que ningún agente químico antimicrobiano es el mejor para
todas las finalidades ya que un desinfectante ideal necesitaría poseer una gran cantidad de
características (para tantos microorganismos).
Comúnmente se hace uso de los siguientes términos en relación con los agentes
antimicrobianos y su empleo:
BACTERIOSTÁTICO: Sustancia que tiene la propiedad de inhibir la multiplicación o
desarrollo de las bacterias sin matarlas; pero esta multiplicación se reanuda en cuanto se retira
el agente.
BACTERICIDA: Sustancia que tiene la propiedad de matar a las bacterias. Su acción
difiere a la de la bacteriostasis en que es irreversible; es decir, que el organismo muerto no
puede reproducirse más, aun cuando sea retirado el agente.
DESINFECTANTE: Sustancia química empleada para matar microorganismos sobre
superficies, pero demasiado tóxica por lo que no se aplica directamente a tejidos; capaz de
matar las formas en desarrollo pero no esporas de patógenos.
ANTISÉPTICO: El término aséptico está caracterizado por la falta de
microorganismos patógenos. Sustancia que se opone a la sépsis, impide el desarrollo o acción
de microorganismos, sustancia que se puede aolicar al cuerpo.
SEPSIS: Término caracterizado por la presencia de microorganismos perjudiciales en
el tejido vivo.
GERMICIDA: Agente que destruye las formas de desarrollo. Su acción es igual a la de
un desinfectante, pero no destruye las esporas.
SANEAMIENTO: Los agentes utilizados para el saneamiento se aplican a objetos
inanimados, para el cuidado de equipos, utensilios, lecherías, plantas de alimentos, etc. Su
función es reducir la población microbiana a niveles no peligrosos.
El modo de acción de los agentes antimicrobianos es:
a) Lesión al DNA
b) Desnaturalización de la proteína
c) Rompimiento de la membrana o de la pared celular
d) Remoción de grupos sulfhidrilo libres
e) Antagonismo químico.
Fijadores como Tween 80.
En cuanto este fija la muestra, se procede a teñir, para su observación al microscopio.
El colorante que se va a usar, generalmente es un colorante básico de la anilina.
Inicio
VII. IMPACTO DE LOS MICROORGANISMOS EN LA INGENIERÍA GENÉTICA
VIII. INTERACCIÓN E IMPACTO DE MICROORGANISMOS EN EL MEDIO AMBIENTE
BIBLIOGRAFÍA
Michael J. Pelczar (1982), Microbiología. Editorial Mc. Graw Hill, Cuarta Edición, México.
Jawetz Ernest / Melnick y Adelberg (1985), Microbiología Médica, El Manual Moderno,
Undécima edición, México.
Koneman / Allen (1990), Diagnóstico Microbiológico, Editorial Médica Panamericana,
México.
Bailey / Scott (1991), Diagnóstico Microbiológico, Editorial Médica Panamericana, Séptima
edición, México.
