Descripción Microbiología para enfermería, Resúmenes de Biología

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APUNTES DE MICROBIOLOGÍA

Cátedra de Ciencias Biológicas,

Anatomofisiología I y Anatomofisiología II

Microorganismos

Concepto de microorganismo.

Los microbios o microorganismos son un extenso grupo de seres vivos que solo pueden ser observados usando el microscopio óptico o electrónico. Se pueden encontrar formas libres e independientes (bacterias, algas unicelulares, hongos unicelulares, protozoos) , también se pueden encontrar en forma de colonias. Se incluye en esta definición a los virus, priones y los viroides que son entidades no celulares y microscópicas que necesitan “parasitar” formas de vida más complejas para desarrollar sus ciclos vitales. La diferencia fundamental entre estos microorganismos está en su estructura:

• Bacterias son células procariotas
• Algas, hongos y protozoos son eucariotas
• Los virus son estructuras acelulares Características generales de los microorganismos:
• EL citoplasma presenta un volumen muy pequeño y la superficie de contacto con el medio es muy grande, para poder hacer intercambios con el medio extracelular ya que al disminuir el tamaño aumenta la relación superficie/volumen.
• No hay una compartimentación celular que permita separar sus componentes enzimáticos, así que la pérdida de eficacia por dilución esta disminuida y su metabolismo es muy rápido y eficaz.
• Debido a esta rapidez metabólica y a su elevada tasa de crecimiento las bacterias y los microorganismos en general inundan las superficies con sus desechos metabólicos, alterando rápidamente los parámetros medioambientales. Precisamente estos desechos provocan una disminución progresiva de sus poblaciones conforme pasa el tiempo. Clasificación de los microorganismos: Los estromatolitos del fondo del mar demuestran que las bacterias existieron hace unos 3.500 x 10^6 años. Hace unos 3000 x 10^6 años comenzó la fotosíntesis con la consecuente contaminación de oxígeno haciendo que este grupo de organismos se diversificara extraordinariamente. Usando las secuencias de ARNr de las formas celulares se ha descrito un árbol filogenético que se divide en tres grandes ramas surgidas a partir de un antecesor común:
• Dominio Eucaria: Son organismos eucariotas
• Dominio Bacteria: Son ceulas procarióticas con glicerolípidos de membrana Tienen ARN bacteriano.
• Dominio Archaea: Son células procarióticas cuyas membranas están compuestas por lípidos.

algas y hongos mucosos) y Hongos. Los dos últimos con organización eucariota. Se incluyen también los virus, priones y viroides dentro de los microorganismos como formas acelulares.

Virus

El término “virus” del latín “ veneno ” designaba a cualquier sustancia que causara daños en el organismo humano. No fue hasta el descubrimiento del microscopio electrónico y desarrollo de la bioquímica analítica cuando se pudo estudiar su estructura y composición química. Todos los virus son formas acelulares microscópicas y están constituidos por un fragmento de ácido nucleico rodeado por una cubierta proteica. Aunque son formas muy sencillas, cada virus posee su propia información genética en forma de ADN o ARN, nunca los dos tipos juntos. Algunos autores no lo consideran formas vivas ya que necesitan obligatoriamente una célula hospedadora para poder completar su ciclo vital. Desde esta perspectiva, los virus son siempre parásitos obligados, alternando una fase extracelular inerte y una fase intracelular activa. Precisamente, dependiendo de la célula que parasite se podría clasificar a los virus en: parásitos de bacterias (bacteriófagos), parásitos de plantas y parásitos de animales.

Características típicas de los virus son su pequeño tamaño (0.02 a 0.3  m de

diámetro) y su simplicidad estructural. Por todo lo anterior, la definición más utilizada para describirlos es la de parásitos intracelulares obligados. La partícula vírica o virión está constituida por un fragmento de ácido nucleico encerrado en una cubierta proteica denominada cápside. Algunos están recubiertos por una envoltura membranosa lipídica que procede de la última célula hospedadora que parasitó (virus con envuelta). Otros sin embargo no poseen esta cubierta , (virus desnudos). Virus desnudo Virus con envuelta El ácido nucleico de un virus puede ser ADN o ARN, mono o bicatenario, (alguna vez se ha descrito un ARN bicatenario). Este genoma puede observarse en forma circular o fragmentada (caso de la gripe).

La cápside está compuesta por subunidades denominadas capsómeros (subunidades estructurales). Las proteínas de la cápsula se organizan alrededor del ácido nucleico de tal manera que la nucleocápside presenta una determinada estructura que caracteriza la morfología y simetría del virión. Así pues, podemos clasificar a los virus dependiendo de esa simetría en: VIRUS CON SIMETRÍA HELICOIDAL : Son alargados, constituidos por un solo tipo de proteína que se dispone helicoidalmente alrededor del ácido nucleico, como en el caso de VMT (virus del mosaico del tabaco). VIRUS CON SIMETRÍA ICOSAÉDRICA : Presenta la estructura de un icosaedro (20 caras triangulares) y cada capsómero está a su vez formado por 5 0 6 unidades proteicas (virus hepatitis A o el de la poliomielitis). VIRUS COMPLEJOS : Están constituidos por varias partes ensambladas. Cada parte a su vez puede tener distintas simetrías. (Bacteriófago, cabeza icosaédrica y tallo helicoidal) Helicoidal (VMT) Icosaédricos (polio) Complejos (fago) Mientras el virus es extracelular no es capaz de reproducirse, por lo tanto, es necesario que el virión penetre en una célula hospedadora para que comience su ciclo reproductivo y que aparezcan nuevos virus. Este es el denominado ciclo LÍTICO. Sin embargo, existen virus que al penetrar en las células hospedadoras, permanecen en ellas sin que aparezcan nuevas partículas víricas, estos virus siguen un ciclo LISOGÉNICO. CICLO LÍTICO: Todos los virus que siguen este tipo de ciclo presentan en su ciclo vital una serie de etapas comunes:

Ciclo lítico de un virus con envuelta 2- Replicación y síntesis de los componentes vírales: Una vez liberado el ácido nucleico en el citoplasma de la célula hospedadora, se produce la replicación de los componentes vírales. La maquinaria metabólica de la célula huésped se pone a disposición de los genes virales para la síntesis de las estructuras virales.

• Se sintetizan proteínas del virus de replicación, proteínas estructurales de la cápsula y proteínas que intervienen en los procesos de maduración y liberación de nuevos viriones. Estos procesos se hacen en el citoplasma de la célula hospedadora.
• Se replica el ácido nucleico viral en el citoplasma de la célula hospedadora (bacteriófagos, virus animales, virus vegetales con ARN excepto los retrovirus como el virus del sida. También puede replicarse el ARN viral en el núcleo de la célula hospedadora (virus con ADN tanto animales como vegetales). Los retrovirus, como el VIH, causante del síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA), poseen dos copias de ARN monocatenario, que se replican de una forma inusual gracias a la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa que dirige la síntesis del ADN a partir del ARN viral. 3- Maduración: Una vez sintetizados los componentes de los nuevos viriones, las cápsides se ensamblan con el ácido nucleico. Los virus como el de la gripe tienen el genoma fragmentado; si distintos fragmentos se combinan y se encapsidan dan lugar a infecciones muy difíciles de combatir. Esto presupone una dificultad añadida para poder encontrar una vacuna definitiva.

4- Liberación: Cuando concluye el ciclo de multiplicación los nuevos viriones salen de la célula, provocando la lisis celular o por gemación. Mientras se van liberando los virus con envoltura adquieren su membrana a partir de la membrana celular del hospedador gracias a la actividad de proteínas sintetizadas por el virus. CICLO LISOGÉNICO: Lo hacen los virus que infectan a las bacterias que son virus complejos denominados fagos que no tienen envuelta. Su material genético puede ser ARN o ADN. En este ciclo se pueden observar las típicas fases de adsorción, penetración, ensamblaje y liberación mediante lisis de células hospedadoras o por gemación.

Los virus denominados atemperados como el fago  que infecta a Escherichia

coli , pueden incorporar su genoma al genoma bacteriano (estado de profago). A partir de este momento el genoma viral se duplicará junto a la bacteria de una forma indefinida. En un momento determinado y gracias a agentes inductores (físicos y químicos que dañan el ADN) provocan la liberación del ácido nucleico del virus que determinará la aparición de un nuevo ciclo lítico.

EL REINO PROTOCTISTA (PROTOZOOS)

Agrupa a un conjunto de organismos eucariotas, unicelulares y microscópicos. La estructura anatómica de estos grupos es muy diversa y para definirlos se hace uso de la exclusión (decir lo que no es): NO SON HONGOS (ya que estos carecen de cilios o flagelos y se reproducen por esporas) NO SON PLANTAS (puesto que estas crecen a partir de un embrión) NO SON ANIMALES (ya que estos se originan a partir de la fecundación) NO SON BACTERIAS (ya que estas son procariotas) PROTOZOOS: Organismos microscópicos unicelulares de vida libre que viven en agua dulce o salada. Pueden ser simbiontes, parásitos o comensales. Pueden ser :

• Flagelados : Un solo núcleo, flagelado y a veces con membrana ondulante. Generalmente parásitos. Ejemplos: El Tripanosoma provoca la enfermedad del sueño o la enfermedad de Chagas. o

• Ciliados : Generalmente de vida libre, ejemplo típico: Paramecio.
• Rizópodos. Se mueven y se alimentan mediante los pseudópodos. Vida libre en agua dulce (amebas).

ALGAS Son organismos autótrofos y fotolitótrofos que dependen del agua. Forman parte del fitoplancton y se pueden encontrar sobre cualquier superficie húmeda. También forman asociaciones simbióticas con los hongos (LÍQUENES). Todos poseen pigmentos. Pueden ser unicelulares o pluricelulares.

HONGOS (Reino Fungi) Son heterótrofos unicelulares o pluricelulares siempre sin clorofila. Se reproducen tanto sexualmente como asexualmente, presentando alternancia de generaciones. Tienen una pared celular rígida compuesta por polisacáridos (quitina, glucanos etc.). Viven en ambientes muy diversos, aunque la mayoría son terrestres y son muy importantes en la mineralización de la materia orgánica. Pueden vivir en simbiosis con algas dando los líquenes y también pueden asociarse a células de las raíces de metafitas formando las micorrizas. Dependiendo de su morfología se han descrito tres grupos principales de hongos: hongos filamentosos, mucosos, y levaduras.

• Hongos filamentosos: Son los mohos que afloran en la fruta muy madura, verduras, o pan.
• Hongos mucosos: Filogenéticamente muy separados de los anteriores. Habitan los vegetales en descomposición, alimentándose de bacterias mediante fagocitosis.
• Levaduras: Son unicelulares de forma ovoide. Se reproducen por gemación, presentando alternancia de generaciones. Habitan sobre lugares ricos en azúcares como la piel de frutos, flores y cortezas de árboles. Algunas viven en simbiosis con insectos. Algunas especies son especialmente interesantes en el mundo de la microbiología industrial

BACTERIAS

El dominio bacteria, ( eubacterias o bacterias verdaderas), agrupa a un conjunto muy variado de microorganismos unicelulares procariotas cuyo tamaño oscila

entre 0,3 y 10  m. Están adaptados a vivir en cualquier tipo de ambiente terrestre

o acuático ya que utilizan todas las formas de nutrición conocidas: autótrofas (fotosintética y quimiosintética) además de heterótrofas (saprófitas, simbióticas o parásitas). El papel ecológico de las bacterias resulta esencial en el mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos y en el reciclaje de la materia. MORFOLOGÍA BACTERIANA Las bacterias son organismos unicelulares, aunque dependiendo del medio donde estén creciendo pueden unirse unas a otras formando colonias y películas inmersas en una especie de baba pegajosa que las fija al sustrato y las protege de agresiones externas (placa dental por ejemplo). Os tipos más frecuentes son los siguientes: Cocos; bacilos; espirilos; vibrios; espiroquetas; bacterias con apéndices; bacterias filamentosas. La taxonomía convencional de las bacterias está reunida en un manual de uso muy extendido por todo el mundo biosanitario: El Manual de bacteriología sistemática Bergey que en sus últimas ediciones incluye aportaciones moleculares de varios grupos:

• Bacterias G- de importancia médica y comercial.
• Bacterias G+ de importancia médica y comercial.
• Bacterias G- restantes y Archaea.
• Actinomycetes filamentosos y bacterias relacionadas. Hoy día se está revisando este tipo de clasificación y se tiende a usar los parámetros evolutivos moleculares y genéticos.

ULTRAESTRUCTURA DE UNA BACTERIA

Basándose en los estudios realizados por microscopía electrónica, técnicas de marcaje con isótopos, centrifugación etc. se han observado las siguientes estructuras: cápsula bacteriana, pared bacteriana, membrana celular, citoplasma, pili sexuales, flagelos, mesosomas, región del nucleoide. Pared Celular Bacteriana La pared bacteriana es la envoltura que le da consistencia a la célula, protegiéndola de posibles roturas osmóticas. Su componente esencial son los peptidoglicanos o mureína que rodea a la bacteria. Dependiendo de si la bacteria es Gram + o Gram- tienen elementos diferentes. Tinción Gram: Es una tinción diferencial de las bacterias desarrollada por Christian Gram en el siglo XIX y que ahora ha cobrado gran interés debido a su trascendencia en la evolución de las bacterias. Consiste en lo siguiente: Se tiñe la preparación con violeta de Genciana durante un minuto. Se usa Lugol durante tres minutos como mordiente para una mejor fijación. Se decolora con una solución de etanol al 95% y después se lava con agua. Las G+ retienen el colorante y las G- pierden el color morado del lugol y el de V. de Genciana. Ahora se añade safranina que les da un color violeta brillante a la G+ y a las G- las tiñe de rojo- rosa. Esta tinción diferencial está relacionada con el tipo de pared que poseen ambos grupos bacterianos.

Pared de las Gram POSITIVAS En estas bacterias el peptidoglicano representa hasta el 90% de la pared formando una red de capas superpuestas, enlazando con en su cara externa con proteínas, polisacáridos y con moléculas derivadas de los ácidos teicoicos. El la tinción Gram al usar el alcohol se deshidrata la bacteria y cierra los poros hasta tal punto que el colorante queda encerrado y no puede lavarse quedando teñido de violeta oscuro. Membrana Plasmática Las bacterias Gram - presentan una doble unidad de membrana de una naturaleza y composición similar a la de las células eucarióticas. La membrana externa es de naturaleza lipopolisacárida (LPS); una auténtica excepción en el mundo celular, parece que esta membrana es la responsable de su resistencia a ciertos tipos de antibióticos. La membrana interna es muy parecida a la membrana plasmática de las células eucariotas, puede plegarse hacia el interior formando unas estructuras denominadas mesosomas , en estos repliegues y también asociados a la membrana interna se pueden encontrar los enzimas responsables de las fermentaciones, de la síntesis de su ADN y de las proteínas necesarias. (En la actualidad está discutida la presencia de mesosomas, considerándolos como artefactos de preparación microscópica)

Las bacterias Gram + carecen de membrana externa y por lo tanto son más vulnerables que las G- a los cambios de permeabilidad selectiva y a la actividad de los antibióticos. Distintos tipos de mesosomas.

CITOPLASMA

En su composición química aparecen los siguientes compuestos: agua (70%), proteínas y ácidos nucleicos en la región del nucleoide. No presenta citoesqueleto y se observan ribosomas e inclusiones de diversa naturaleza. Los ribosomas presentan dos subunidades, una de 30S y otra de 50S, pueden estar formando polirribosomas y lógicamente relacionadas con la síntesis de proteínas. Las inclusiones son generalmente son depósitos de sustancias de reserva (lípidos y ploisacáridos), aunque se ha comprobado la presencia de magnetita cristalizada que permite a las bacterias que lo poseen (acuáticas) orientarse en el campo magnético terrestre. En la región del nucleoide se aprecia el cromosoma bacteriano circular. Los plásmidos son elementos extracromosómicos de doble cadena de ADN que pueden estar integrados o no en el cromosoma bacteriano. En el trasiego de genes entre dos bacterias a través de los “pili” pueden intercambiar estos plásmidos haciendo que la bacteria receptora adquiera algún tipo de ventaja evolutiva.