Introducción a la Microbiología

Introducción a la Microbiología

• Microbiología se define como la ciencia dedicada al estudio de los microorganismos.
• El término microbiología proviene de tres palabras griegas: mikros (pequeño), bios (vida) y logos (ciencia).
• Es una disciplina científica que aplica el método científico para generar conocimientos básicos y aplicados.

Ramas de la Microbiología

• Bacteriología: Estudio de las bacterias.
• Virología: Estudio de los virus.
• Micología: Estudio de los hongos.
• Parasitología: Estudio de los parásitos.

Historia de la Microbiología

• Anton van Leeuwenhoek es considerado el padre de la microbiología.
• Leeuwenhoek creó el primer microscopio y observó microorganismos, a los que llamó "animáculos".
• Robert Hooke perfeccionó el microscopio y realizó la primera descripción de un hongo microscópico filamentoso.
• Hooke acuñó el término "célula".
• Louis Pasteur fue pionero de la microbiología moderna, derribando la teoría de la generación espontánea e identificando microorganismos como agentes causales de enfermedades.
• Pasteur desarrolló vacunas atenuadas trabajando con Pasteurella multocida y el virus de la rabia.
• Robert Koch (1876) es considerado el padre de la microbiología moderna, fue la primera persona en describir el agente causal de la tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis).
• Koch creó los postulados de Koch, que permiten establecer la relación de un patógeno con una enfermedad específica.

Bacterias

• Las bacterias son organismos unicelulares procariontes, es decir, no tienen núcleo verdadero.
• Se reproducen por división asexual (mitosis).
• Poseen una pared celular compleja compuesta de peptidoglicano.
• Ejemplos de bacterias son Staphylococcus aureus, Escherichia coli y Mycobacterium tuberculosis.

Virus

• Los virus son partículas infecciosas de tamaño menor a 200 nm.
• Son no visibles por microscopía óptica convencional.
• Son parásitos verdaderos que requieren de la maquinaria celular de otros organismos para su replicación.
• Los virus generan infecciones agudas o latentes.
• Ejemplos de virus son VIH, Ébola, Influenza, Sincicial y VPH.

Hongos

• Los hongos son organismos eucariontes (con núcleo verdadero).
• Son heterótrofos que requieren material orgánico preformado para nutrirse.
• Absorben nutrientes mediante cocteles de enzimas líticas extracelulares.
• Existen en forma levaduriforme o filamentosa.
• Poseen reproducción sexual (no todos) y asexual (todos).
• Están ampliamente distribuidos.

Parásitos

• Los parásitos son organismos eucariontes, unicelulares o pluricelulares de alta complejidad.
• Su tamaño varía desde protozoos diminutos hasta helmintos de hasta 10 metros.
• Poseen un ciclo reproductivo complejo.
• Los humanos pueden ser hospederos definitivos, accidentales o intermediarios de su ciclo sexual.

Procariontes vs. Eucariontes

• Procariontes
  • ADN circular de doble cadena en el nucleoide sin histonas.
  • Ausencia de intrones y splicing alternativo.
  • Sin orgánulos delimitados por membranas, la maquinaria metabólica está concentrada en el citoplasma.
  • Pared celular de peptidoglicano.
  • Apéndices proteicos como flagelos y fimbrias.
  • Puede presentar ADN extracromosomal.
  • Ribosomas 70S.
• Eucariontes
  • ADN altamente compactado organizado en cromosomas en el núcleo.
  • Presencia de intrones y splicing alternativo.
  • Organelos altamente especializados.
  • No tienen pared celular.
  • Ribosomas 80S.
• Similitudes: El código genético (ADN) y la maquinaria de traducción de proteínas son similares.

Material Genético Bacteriano

• Es vital para la supervivencia bacteriana
• Es de doble hebra de forma circular, DNA
• Puede ser pequeño o contener millones de pares de bases
• Su expresión y traducción responde a cambios y condiciones ambientales
• Los plasmidos son su material genético extracromosomal

Pared Bacteriana

• Estructura exclusiva de las bacterias, blanco de antibióticos
• Es rígida, soporta el estrés, mantiene la forma de la bacteria y es importante para la viabilidad célular
• Está hecha en su mayoría de peptidoglicano

Diferencias en la pared bacteriana: Gram (+) vs Gram (-)

• Sistemas de secreción y LPS (endotoxina) Gram(-)
• Enzimas proteolíticas (colagenasa, Beta lactamasa, hialuronidasa) Gram(-)

Tinción de Gram

• Fue descubierta por Hans Christian Gram
• Es el método más importante en la microbiología, permite clasificar los microrganismos
• Permite clasificarlos por su afinidad tintorial, morfología y disposición
• Divide a la gran mayoría de bacterias en 2 grupos según si afinidad tintorial: Gram (+) vs Gram (-).
• Es un proceso rápido que dura menos de 10 minutos

Estructuras accesorias en bacterias (no vitales)

• Cápsula: Capa laxa de proteínas o polisacáridos alrededor de la bacteria, anti-genica y anti-fagocítica
  • Sirve como factor de virulencia.
  • Ayuda la adhesión a superficies o células humanas.
  • Ejemplo: Streptococcus pneumoniae y Streptococcus mutans.
• Slim layer: Moco protector de algunas bacterias.
• Biopelícula: También denominada biofilm, matriz extracelular secretada de polisacáridos.
• Flagelos: Apéndices filamentosos extracelulares helicoidales que movilizan la bacteria.
  • Existen diferentes patrones de flagelación según la especie.
  • Monotricas: Ej. Vibrio sp.
  • Lofotricas: Ej. Helicobacter pylori.
  • Anfitricas: Ej. Spirillum sp.
  • Peritricas: Ej. Escherichia coli.
• Fimbria: Involucradas en la adhesion bacteria-célula.

Enfermedad Infecciosa

• Son enfermedades causadas por bacterias (ENFERMEDADES INFECCIOSAS), que son de carácter transmisible
• Estructura de la bacteria
• Mecanismos Patogenicos
• Reservorio de transmisión
• Diagnóstico de laboratorio
• Tratamiento con antimicrobianos

Patogenicidad Bacteriana

• Es la capacidad de un microrganismo en generar daño
• Depende de: Factores de virulencia, persistencia e invasión
• Existen bacterias patógenas, oportunistas y no patógenas (microbiota)

Transferencia Horizontal de Genes

• Es un mecanismo de adaptación y evolución bacteriana
• El material genético puede ser captado por diferentes maquinarias bilógicas
• Los genes hacen que las bacterias sean resistentes a los ATB (antibióticos)

Crecimiento Exponencial

• También llamado Crecimiento Logarítmico (Progresión Geométrica)
• 20 / 21 / 22 / 23/ 24

Curva de Crecimiento Bacteriano

• Fase lag: Crecimiento lento (etapa de acondicionamiento ambiental).
• Fase exponencial o logarítmica: Crecimiento bacteriano a máxima capacidad.
• Fase estacionaria: Detención del crecimiento, no del metabolismo (estrés, hambruna).
• Fase de decaimiento: Muerte celular (agotamiento del cultivo).

Factores que afectan el crecimiento bacteriano

• Temperatura
• pH
• Disponibilidad de agua y nutrientes
• Disponibilidad de oxígeno

Consecuencias moleculares de la temperatura en el crecimiento bacteriano

• Las reacciones enzimáticas van aumentando con la temperatura hasta que ocurre la congelación o el rompimiento de la membrana

Salinidad

• No halófilos: No toleran concentraciones moderadas de sal
• Halotolerantes: Toleran concentraciones moderadas de sal; crecen mejor sin ella.
• Halófilos: Leves (1 a 6% NaCl) y Moderados (6 a 15% NaCl).
• Halófilos extremos: 15 a 30% NaCl.

Acidez

• Se clasifican por pH

Metabolismo bacteriano

• Son las reacciones químicas una célula u organismo de reacciones catalizadas en las rutas metabólicas
• Se dividen en dos procesos: Anabolismo o biosíntesis y Catabolismo o destrucción

Según su fuente de carbono, las bacterias se clasifican en:

• Heterótrofas: Obtienen el carbono a partir de moléculas más complejas. Ej.: hidratos de carbono, aminoácidos, lípidos.
• Autótrofas: Obtienen el carbono a partir de moléculas simples. Ej.:CO2 y CH4 y La gran mayoría de las bacterias de interés clínico son heterótrofas

Según fuente de energía

• Quimiotróficas o Quimiosintéticas: Obtienen su energía a partir de reacciones químicas.
• Fototróficas o Fotosintéticas: Obtienen su energía captándola de la luz solar.
• Quimiorganotrofos: Obtienen su energía a través de sustancias químicas orgánicas.
• Quimiolitótrofos: Obtienen su energía a través de sustancias químicas inorgánicas.
• Nutrientes Bacterianos:
  • Macronutrientes: Se requiere en gran cantidad de Carbono, Nitrógeno, Hidrógeno, Oxígeno, etc
  • Micronutrientes: Son requeridos en pequeña cantidad de Cromo, Cobalto, Cobre, etc

Respiración celular

• Puede ser aeróbica o anaeróbica.
• Puede realizar ambos tipos de respiración dependiendo el ambiente.

Clasificación según necesidad de oxígeno: ANAEROBIOS

• Anaerobias estrictas: Carecen de SOD, catalasa y peroxidasa, muy tóxico O2. O2 > 0,5, Clostridium haemolyticum
• Anaerobias moderadas: O2 de 2 - 8%. 60-90 minutos, Bacteroides fragilis
• Anaerobias aerotolerantes: Nivel de enzimas Ej. Lactobacillus spp., Leuconostoc spp.

Clasificación según necesidad de oxígeno

• Microaerófilas:presiones de O₂, menores a la atmósfera Capnofílicas, Campylobacter spp.
• Anaerobias facultativas: Metabolismo dependiendo ambiente Ej. Escherichia coli
• Aerobias estrictas: Solo presencia de O2, Pseudomonas sp.