BREVE RECOPILACION HISTORICA Y MICROBIOLOGIA BASICA

MICROBIOLOGÍA ... UNA CIENCIA COMPLEJA

La microbiología es el estudio (le los organismos microscópicos (no per­ceptibles a simple vista), microorganismos o simplemente microbios. La mi­crobiología no sólo se ocupa de la clasificación de los microorganismos (taxonomía) sino que también estudia el papel que éstos desempeñan como causantes de enfermedades, los cam­bios que producen en el ambiente y los productos que elaboran.

Los científicos dividen los microorganismos  en virus, bacterias, protozoos, algas, hongos y parásitos,  pue­den restringir su interés a uno o varios de estos grupos. Este es el llamado 'en­foque taxonómico del estudio de la microbiología. Así virología es el es­tudio de los organismos “acelulares” lla­mados virus. Bacteriología es el estu­dio de los organismos unicelulares sin núcleo llamados bacterias. Otras, ra­mas de la microbiología estudian los hongos (micología) y los protozoos (protozoología). Parásitos animales y artrópodos de interés sanitario son es­tudiados por la parasitología.

Los microorganismos también pue­den estudiarse desde un punto de vista  o enfoque funcional y así tenemos la ecología microbiana, que estudia las interacciones entre los microorga­nismos y su entorno. La microbiología industrial es el estudio de las activida­des de los microorganismos aplicables en procesos industriales. La micro­biología sanitaria se ocupa de los mi­croorganismos en relación con la con­servación de la salud y su papel como causantes de enfermedades, etc.

 RECUERDO HISTÓRICO

-   1675. Antonny van Leeuwenhoek,

comerciante holandés, fabricó el primer microscopio y en 1675 ob­servó pequeñísimos animales que se movían, a los que denominó «animálculos».

-   A mediados del siglo xvII,  Francesco Redi demostró la inexistencia de ge­neración espontánea de larvas de insecto.

1750.  Láza­ro Spallanzani efectuó experimen­tos que demostraron que los  microorganismos no se producían por generación espontánea. 1790. Edward Jenner inició la vacu­nación contra la viruela. 1840.  Ignaz  Semmelweiss descu­brió que lo que causaba la enorme mortalidad que se registraba en la maternidad de su hospital era la transmisión por medio de las ma­nos de los estudiantes (que pasa­ban sin lavarse entre las salas de autopsia y los paritorios) de algo que él llamó «materia putrefacta». 1860. Louis Pasteur (1822-1895) ini­ció la microbiología moderna y, en 1860-90, desarrolló gran parte de las técnicas fundamentales que aún se emplean hoy día y estableció que la causa de las enfermedades infeccio­sas eran los microbios. Desarrolló
las primeras vacunas (carbunco y ra-­
bia) y estableció los principios cien­
tíficos de la inmunización (fig. I.)).
1867. Joseph Lister aplicó los prin­-
cipios de Pasteur a la prevención de
la infección quirúrgica y desarrolló,
en 1867, una técnica para eliminar
(destruir) bacterias en heridas y en
el aire (fig. 1.2).                                               

 1887. Robert Koch estableció sus postulados.

1909. Paul Erlich descubrió el Salvarsán (compuesto orgánico que contenía arsénico y era eficaz para el tratamiento de la sífilis) e inició la era de la quimioterapia. 1928. Alexander Fleming informó de la actividad de la penicilina. 1932. Gerhard Domag descubrió las sulfamidas.

1940.  Hovvard  W.  Florey y  Erns Chain iniciaron el uso clínico de la penicilina. 1980. Comenzó la pandemia de sida.

 <En el 2020 vivimos la pandemia del COVID-19 . Actualmente (2024) una epidemia de Dengue sacude nuestro país.

1.3. POSTULADOS DE KOCH

En 1880, Koch estableció los llamarlos postulados de Koch. que deben cumplirse para decidir si un determinado microbio es el agente causal de una de­terminada enfermedad infecciosa.

1.        En una enfermedad infecciosa, el microorganismo causante se encuentra en el enfermo en todos los casos.

2.        El microorganismo debe poder ser cultivado a partir de los productos o secreciones del enfermo en todas las ocasiones.

3.        El microorganismo, cuando es inocu­lado a un animal susceptible, debe reproducir la enfermedad.

4.        El microorganismo debe poder ser de nuevo recuperado (cultivado) a partir del animal experimentalmente infectado.

Con posterioridad al establecimien­to de los postulados de Koch, se des­cubrieron los virus, microorganismos que no crecen en medios artificiales sin células, como hacen las bacterias.

Actualmente, también se sabe que existen enfermedades que para su de­sarrollo requieren la colaboración de más de un microorganismo

CLASIFICACIÓN

DE LOS MICROORGANISMOS

Virus: son microorganismos patógenos más pequeños que se conocen, no visibles por el microscopio óptico; son parásitos intracelulares obligados y tienen un solo tipo de ácido nucleico ADN o ARN. pero no los dos. Sus dimensiones oscilan en­tre 20 y 300 nanómetros (10-⁹ metros). Bacterias: más grandes y complejas que los virus , son unicamente  vi­sibles por el microscopio óptico. Se lla­man procariotas por carecer de núcleo celular verdadero, ya que no tienen membrana nuclear. Poseen ambos tipos de ácido nucleico ADN y ARN. Sus di­mensiones oscilan entre 0,2 y 2 micras.

hongos: mayores que las bacterias; son  eucariotas, ya que su material genético está separado del resto del citoplasma por una membrana nuclear. Parásitos: término que se utiliza para referirse a diversos microorganismos protozoos y organismos pluricelulares (principalmente gusanos) capaces de producir enfermedades.

BACTERIAS, MORFOLOGÍA Y AGREGACIÓN

Se denominan bacterias a los organis­-
mos procariotas, es decir, que no con­
tienen un núcleo definido, en contras­
te con los eucariotas, que sí poseen
núcleo. La diferencia fundamental en­
tre bacterias y eucariotas es que el
cromosoma bacteriano o germina bac­
teriano es una única molécula circular
de doble hélice de ADN, no separada
del resto del citoplasma por una mem­
brana nuclear.                                      

Las bacterias, a menudo, contienen plásmidos: pequeñas moléculas de ADN circular no pertenecientes al cromo­soma, que codifican proteínas no fun­damentales.

En general, las bacterias son microorganismos unicelulares mucho más simples que las células eucariotas. Su tamaño puede variar entre 0,2 y 5 mi­cras (milésimas de milímetro), aproxi­madamente.

Las bacterias tienen una envoltura rígida o pared bacteriana que deter-

mina su forma: esférica, cocos; cilin­drica (alargada), bacilos; helicoidal, espiroquetas, etc. (fig. 2.2).

Las bacterias se agregan de dife­rentes formas: cadenas (estreptoco­cos), racimos (estafilococos), conjun­tos de dos (diplococos), en ángulo o empalizada (difteroides) (fig. 2.2). En ocasiones, sobre todo dependiendo de las condiciones de cultivo (edad del cultivo, tipo de medio sólido o líquido, presencia de antibióticos, etc.), una misma especie puede presentar mor­fología variable. A este fenómeno se le denomina pleomorfismo.

capa externa contiene unas moléculas llamadas lipopolisacáridos. Estos li-popolisacáridos de las bacterias gram-negativas son sustancias extraordi­nariamente tóxicas: se denominan endotoxinas y son responsables de al­gunas de las consecuencias más gra­ves de las infecciones.

En las bacterias grampositivas, la capa de peptidoglicán es mucho más gruesa y la pared sólo contiene una capa. El peptidoglicán es un elemento muy importante para la supervivencia de las bacterias. Este compuesto no existe en las células eucariotas y su destrucción por medio de antibióticos es un excelente modo de luchar contra las infecciones bacterianas.

En todas las bacterias, el citoplas­ma y la pared bacteriana están separa­dos por la membrana citoplasmática, que es una fina estructura compuesta de lípidos y proteínas.

Existen algunas bacterias sin pared bacteriana, bien porque carecen de ella (Mycoplasma) o bien porque se ha impedido su síntesis con antibióticos.

En las bacterias existen diversas

estructuras externas que sobresalen

1. Flagelos:   filamentos   largos   que

cuando se mueven hacen moverse

a la bacteria. Los flagelos se sitúan de forma característica en la pared bacteriana. En las bacterias con un solo flagelo, éste se sitúa en general en el extremo de las bacterias alar­gadas (flagelo polar). Si existen múltiples flagelos, éstos pueden es­tar situados como un penacho de flagelos polares o estar dispuestos alrededor de la bacteria.

2.   Fimbrias o pili: filamentos cortos, rígidos y muy finos (no visibles al microscopio óptico), responsables de la adherencia de las bacterias a los tejidos (la adherencia bacteria­na es un requisito importante para que se produzca infección). Algu­nos pili están relacionados con el intercambio de material genético entre bacterias (conjugación, apar­tado 3.3.2).

3.  Cápsula: capa de material amorfo usualmente de naturaleza de polisa-cárido que rodea la pared en mu­chas bacterias. Su presencia es fac­tor importante de virulencia, pues dificulta la fagocitosis.

4.   Esporas: formas de resistencia pro­ducidas por bacterias dé los géne­ros Bacillus y CLostridium, que les permiten sobrevivir en condiciones adversas. Las esporas son unas es-

tructuras densas en las que se trans­forman las bacterias para resistir el calor o la desecación, y son muy re­sistentes a la acción de los desinfec­tantes. Cuando las condiciones vuel­ven a ser favorables, las esporas germinan y dan lugar de nuevo a bacterias en forma vegetativa.

TINCION La tinción de Gram (llamada así en honor de su descubridor) divide las bacterias en grampositivas y gram ne­gativas. Esta tinción (v. fig. 2.5) consti­tuye uno de los elementos más im­portantes de la clasificación de las bacterias, pues el hecho de que una bacteria sea grampositiva o gramne-gativa depende de la presencia dé

elementos importantes de la composi­ción de la pared bacteriana. A me­nudo, a semejanza de lo que ocurría con la forma, la tinción de Gram puede no ser absolutamente homogénea e in­cluso puede variar en la misma bacte­ria de grampositiva a gram negativa: son las bacterias gram variables. Exis­ten también algunas bacterias que no se tiñen o se tiñen muy mal con el mé­todo de Gram y por ello no son visi­bles en las preparaciones cuando se utiliza esta tinción (p. ej., Legianella).

Tinción de ácido-alcoholresistente o de Ziehl: los bacilos del géne­ro Mycobacterium (p. ej., el bacilo de la tuberculosis Mycobacterium tuberculosis y el de la lepra Myco­bacterium lepraej se observan de color rojo. Para realizar esta tin­ción, primero se tiñe la preparación calentándola con el colorante rojo fucsina, después se decolora con una mezcla de alcohol y ácido, y por último se tiñe otra vez con un colorante azul o verde. Las bacte­rias ácido-alcoholresistentes se ven de color rojo (no se han decolorado con el ácido-alcohol) y las demás se ven azules o verdes.

CRECIMIENTO Y NUTRlCION DE LAS BACTERIAS.        CULTIVOS

Las bacterias se multiplican por divi­sión binaria y las bacterias de crecimiento rápido (p. ej., Escherichia coli) pueden llegar a dividirse cada 20 mi­nutos.

I Al crecimiento bacteriano fuera de su habitat natural (p. ej., cuando se realiza en el laboratorio), se le deno­mina crecimiento en cultivo. Un culti­vo es una población de microrganis-mos que crece en un medio artificial y

I el soporte que permite el crecimiento

! de las bacterias fuera de su habitat se llama medio de cultivo.

| Los medios de cultivo permiten ob­tener poblaciones de bacterias «in vitro», es decir, en el laboratorio, en contraste con el desarrollo de un mi-crorganismo en un huésped viviente o «in vivo».

Las bacterias, como todas las célu­las, requieren nutrientes para multipli­carse;  el  crecimiento  (y  multiplicación) de las bacterias requiere:

1.      Materiales para la síntesis de sus elementos estructurales y para su metabolismo (proteínas, lípidos, ácidos nucleicos, etc.).

2.      Suministro de energía: en algunas bacterias, esta energía puede obte­nerse de forma sencilla, aprove­chando la luz (fotosíntesis) u oxi­dando sales minerales, o de forma compleja, por oxidación o por fer­mentación (oxidación sin oxígeno) de compuestos orgánicos más com­plejos.

En algunas bacterias, los materia­les para la síntesis de sus biomolé-culas pueden obtenerse a partir de elementos muy simples (p. ej., CO2, ni­tratos) y, en otras, se requieren molé­culas preformadas mucho más com­plejas, que han de obtenerse a partir de productos de degradación de ma-cromoléculas complejas (p. ej., de pro­teínas). Este tipo de bacterias que pa­ra crecer en el laboratorio necesitan medios de composición compleja, en cuya fórmula se usan productos de origen biológico, se llaman bacterias exigentes (algunas bacterias exigentes pueden requerir para crecer la presen­cia en el medio de cultivo de sangre, vitaminas, lípidos especiales, etc.).

Análogamente a las técnicas y me­dios utilizados para cultivos de bacte­rias, existen técnicas y medios de cul­tivo aplicables a hongos, protozoos, gusanos y para células animales y ve­getales (cultivos celulares).

Condiciones ambientales y crecimiento bacteriano

1.   Agua: requerimiento absoluto para el crecimiento de las bacterias. En general, al menos el 80% de la masa de las bacterias es agua, por lo que la disponibilidad de agua gobierna el tamaño de muchas poblaciones bacterianas, como ocurre con la cantidad de bacterias que hay en la piel.

2.       Oxígeno: las bacterias difieren en sus necesidades de oxígeno mole­cular para crecer (tabla 2.2). Las

Determinadas bacterias, al crecer en presencia de oxígeno, producen agua oxigenada, que es muy tóxica, y por ello poseen una enzima denomina­da catalasa, que efectúa la destrucción del agua oxigenadatipo de respues-

ta de las distintas bacterias al oxígeno es muy importante (es decir, la deter­minación de si son aerobias, anaero­bias o facultativas) en el trabajo de la­boratorio, ya que las muestras donde se quieren obtener cultivos bacteria­nos han de ser incubadas en la atmós­fera adecuada para su crecimiento.

La necesidad de oxígeno de algu­nas bacterias influye, a veces, en su vi­rulencia y en las enfermedades que producen. Así, determinadas bacterias causantes de infecciones muy graves, como las gangrenas (apartado 9.4) no pueden desarrollarse en tejidos nor­males que tengan un suministro de oxígeno adecuado.

3.  Anhídrido carbónico: muchas bac­terias patógenas requieren para su cultivo un contenido de un 5-10% de C0₂ en la atmósfera.

4.  Temperatura: las bacterias también difieren en su temperatura óptima de crecimiento. Psicrófilas: óptimo por debajo de 20 °C. Mesófilas: en-

bacterias que crecen en la atmósfe­ra habitual (aerobiosis, 21% de oxí­geno, aproximadamente) se deno­minan aerobias. Aquellas bacterias que crecen sin la presencia de oxí­geno (anaerobiosis) se denominan anaerobias. Son bacterias aerobias estrictas aquellas que no pueden crecer en anaerobiosis y anaero­bias estrictas aquellas que no pue­den crecer en aerobiosis; bacterias facultativas son las que crecen en aerobiosis y anaerobiosis.

tre 20 y 40 °C. 

Termófilas: entre 55 y 80 °C. La mayoría de las bacterias patógenas son mesófilas y crecen mejor a temperaturas de alrededor de 37 °C (temperatura del cuerpo humano). 5. pH: como cabía esperar, el pH ópti­mo para el desarrollo de las bacte­rias que producen enfermedad en el hombre es el pH fisiológico 7,2-7,4

crecimiento de bacterias en placas de Petri

jarra  anaeróbica para cultivo en laboratorio

ANTIBIOGRAMA

sensibilidad de un mismo microorganismo a distintos antibióticos.

DEFENSAS NATURALES CONTRA LA INFECCIÓN

El hombre es resistente a la mayoría de los microorganismos patógenos, ex­cepto cuando se expone a un germen muy virulento o tiene sus defensas al­teradas.

Los mecanismos de defensa pue­den ser no específicos, y por ello efi­caces frente a una amplia variedad de microorganismos, o específicos. Los mecanismos no específicos compren­den las barreras físicas y químicas a la entrada de microorganismos y los me­canismos de respuesta inmune no es­pecífica, innata o natural, que sólo dis­tingue entre las moléculas propias, que son respetadas, y las moléculas extrañas, que son agredidas. Los me­canismos específicos (respuesta in­mune específica) sólo son efectivos contra algunos tipos de gérmenes y son dependientes de mecanismos in-munológicos (inmunidad humoral e in­munidad normal celular).

Estos mecanismos defensivos pro­vocan que la mayoría de los microorganismos potencialmente patógenos que se ponen en contacto con el hombre sean destruidos antes de causar infec­ción

5.3.1. RESISTENCIA NATURAL BARRERAS FÍSICAS Y QUÍMICAS

La resistencia a algunos agentes infec­ciosos varía entre las distintas espe­cies de animales. Así, el perro no se in­fecta con el virus del sarampión y el hombre no se infecta con el moquillo. Esta distinta resistencia natural de di­ferentes especies puede deberse a di­versas causas, como la diferente tem­peratura corporal.

 Así, por ejemplo,

los mamíferos (temperatura 37° C) pueden infectarse con el carbunco , pero las aves no, ya que a la temperatura corporal de las aves (40°C)  la bacteria causante  no se desarrolla ade­cuadamente.

Las barreras mecánicas impiden la entrada de microrganisrnos en los teji­dos: piel, cubiertas mucosas de diver­sos epitelios, células ciliadas del trac­to respiratorio.

Los sistemas mecánicos expulsan activamente los microrganisrnos que se ponen en contacto con las muco­sas: tos, expectoración, orina, lagri­meo, peristaltismo, etc.

Las barreras químicas destruyen o impiden el crecimiento de los microor­ganismos pH ácido en vagina y en estómago, lisozima en lágrimas, complemento.

Las barreras químicas destruyen o impiden el crecimiento de los inicror­ganismos pH ácido en vagina, píl áci-, fio en estómago, lisozima en lágrimas, complemento.^