Introducción a la microbiología médica

Introducción a la microbiología médica

• Antón van Leeuwenhoek descubrió un mundo de "animálculos" al examinar una gota de agua con lentes de microscopio en 1674
• Otto Müller amplió los estudios de Van Leeuwenhoek y clasificó las bacterias en géneros y especies siguiendo los métodos de Carlos Linneo
• En 1840, Friedrich Henle propuso criterios para demostrar que los microorganismos causan enfermedades en humanos, conocida como la "teoría de los gérmenes"
• Robert Koch y Louis Pasteur confirmaron la teoría de los gérmenes en la década de 1870 y 1880, demostrando que los microorganismos causan carbunco, rabia, peste, cólera y tuberculosis
• La era de la quimioterapia comenzó en 1910 cuando Paul Ehrlich descubrió un compuesto antibacteriano para la sífilis
• Alexander Fleming descubrió la penicilina en 1928, Gerhard Domagk descubrió la sulfanilamida en 1935 y Selman Waksman descubrió la estreptomicina en 1943
• John Enders cultivó virus en cultivos celulares en 1946, permitiendo producción a gran escala de cultivos virales y el desarrollo de vacunas
• El mundo descubierto por Van Leeuwenhoek incluía protozoos y bacterias, pero hoy la microbiología médica es muy compleja
• Se conocen miles de microorganismos que viven en o alrededor del ser humano, y cientos pueden causar enfermedades graves
• Los microorganismos se subdividen en virus, bacterias, hongos y parásitos, cada uno con su propia complejidad

Virus

• Los virus son las partículas infecciosas más pequeñas, de 18 a 600 nm de diámetro, la mayoría, menores de 200 nm, invisibles al microscopio óptico
• Los virus generalmente contienen ADN o ARN, pero no ambos; los Mimivirus descritos recientemente contienen ambos
• Los ácidos nucleicos virales necesarios para la replicación están envueltos en una cubierta proteica, con o sin una membrana lipídica
• Los virus son parásitos verdaderos que requieren células huésped para replicarse, y las manifestaciones clínicas dependen de la célula infectada y la respuesta del huésped
• Se han descrito más de 2.000 especies de virus, unas 650 infectan a personas y animales
• La infección puede resultar en replicación rápida y destrucción celular, o relación crónica latente con integración viral en el genoma del huésped
• La infección por VIH puede causar infección latente de linfocitos CD4 o replicación activa con destrucción de estas células, propagándose a otras células susceptibles (células microgliales del cerebro), lo que provoca manifestaciones neurológicas del SIDA
• La gravedad de las enfermedades virales varía desde resfriados comunes y gastroenteritis hasta la rabia, el ébola, la viruela y el SIDA

Bacterias

• Las bacterias tienen una estructura relativamente simple y son microorganismos procariotas unicelulares sin membrana nuclear
• Se reproducen por división asexual
• La pared celular es compleja y existen dos formas básicas: grampositiva (gruesa capa de peptidoglucano) y gramnegativa (delgada capa de peptidoglucano y membrana externa)
• Algunas bacterias carecen de pared celular y sobreviven solo dentro de células huésped o en ambientes hipertónicos
• Para una clasificación preliminar de las bacterias se utiliza:
  • Tamaño (de 1 a 20 μm o más)
  • Forma (esferas, bastoncillos, espirales)
  • Disposición espacial (células aisladas, en cadenas, formando cúmulos)
• La clasificación definitiva se basa en sus propiedades fenotípicas y genotípicas
• El organismo humano está habitado por miles de especies de bacterias distintas
• Algunas bacterias mantienen una relación parasitaria temporal, otras habitan en el ser humano de manera permanente
• También se encuentran en el ambiente como el aire que se respira, el agua que se bebe y los alimentos que se comen
• Muchas son relativamente avirulentas, otras son capaces de provocar enfermedades potencialmente mortales
• La enfermedad puede deberse a los efectos tóxicos de los productos bacterianos (toxinas) o bien a la invasión de regiones corporales que acostumbran a ser estériles

Hongos

• A diferencia de las bacterias, la estructura celular de los hongos es más compleja
• Son microorganismos eucariotas que poseen un núcleo bien definido, mitocondrias, aparato de Golgi y retículo endoplasmático
• Los hongos pueden existir en una forma unicelular (levadura) capaz de replicarse de manera asexual, o en una forma filamentosa (moho), capaz de replicarse de manera tanto asexual como sexual
• La mayor parte de los hongos existen en forma de levadura o bien en forma de moho
• Algunos de ellos pueden adoptar ambas morfologías, son los denominados hongos dimórficos, como Histoplasma, Blastomyces y Coccidioides

Parásitos

• Los parásitos son los microorganismos con mayor grado de complejidad
• Todos los parásitos se clasifican como eucariotas, algunos son unicelulares y otros son pluricelulares
• Su tamaño oscila desde protozoos diminutos de tan solo 1-2 µm de diámetro (el tamaño de muchas bacterias) hasta platelmintos que pueden llegar a los 10 metros de longitud y artrópodos (pulgas)
• Su ciclo vital es complejo, algunos establecen una relación permanente con el ser humano y otros atraviesan etapas en una serie de huéspedes animales
• Es importante comprender el conjunto de las enfermedades causadas por los parásitos, como también conocer la epidemiología de las infestaciones para entender el modo de controlarlas y prevenirlas

Inmunología

• Es difícil analizar la microbiología humana sin discutir también las respuestas innatas e inmunitarias frente a los microorganismos
• Nuestras respuestas innatas e inmunitarias evolucionaron para protegernos de las infecciones
• Al mismo tiempo, los microorganismos que viven en nuestros cuerpos como flora normal o como microorganismos productores de enfermedades deben ser capaces de soportar o escapar a esas protecciones del huésped durante el tiempo suficiente para poder establecer su nicho dentro de nuestros cuerpos o diseminarse a nuevos huéspedes
• El daño periférico que se produce durante la guerra entre las protecciones del huésped y los invasores microbianos contribuye o puede ser la causa de los síntomas de la enfermedad
• En último término, las respuestas innatas e inmunitarias son la mejor prevención y la mejor curación para las enfermedades microbianas

Enfermedades microbianas

• Uno de los motivos más importantes para el estudio de los microorganismos es conocer las enfermedades que provocan y el modo de controlarlas
• Concretamente, aunque los microorganismos rara vez provocan una enfermedad bien definida, existen algunos que sí lo hacen (ej: Clostridium tetani, agente causal del tétanos; virus Ébola, agente causal de la enfermedad de Ébola; género Plasmodium, agente causal del paludismo)
• En cambio, es más frecuente que un microorganismo dado origine la aparición de numerosas manifestaciones clínicas de enfermedad (ej: Staphylococcus aureus, agente causal de endocarditis, neumonía, infecciones de heridas e intoxicaciones alimentarias) o bien que varios microorganismos produzcan una misma enfermedad (ej: meningitis por virus, bacterias, hongos o parásitos)
• Asimismo, son relativamente pocos los microorganismos de los que puede decirse que siempre son patógenos (ej: virus de la rabia, Bacillus anthracis, Sporothrix schenckii, género Plasmodium)
• De hecho, la mayoría de los microorganismos tan solo provoca enfermedad en unas condiciones bien definidas (ej: introducción de un microorganismo potencialmente patógeno en una localización normalmente estéril como el cerebro, el pulmón y la cavidad peritoneal)
• Algunas enfermedades aparecen cuando un individuo se expone a los microorganismos a través de fuentes externas (infecciones exógenas), por ejemplo, las enfermedades causadas por el virus de la gripe, Clostridium tetani, Neisseria gonorrhoeae, Coccidioides immitis y Entamoeba histolytica
• La mayor parte de las enfermedades del ser humano se deben a la infección por microorganismos presentes en su microflora que se diseminan a localizaciones del organismo en las que pueden producir enfermedad (infecciones endógenas)
• La interacción entre un microorganismo y el ser humano es compleja, puede producir una colonización transitoria, una relación simbiótica crónica o bien la aparición de una enfermedad
• El resultado final de esta interacción se encuentra determinado por la virulencia del microorganismo, el lugar de la exposición y la capacidad de respuesta del hospedador
• Por tanto, las manifestaciones clínicas de la enfermedad pueden variar desde síntomas leves hasta el fracaso multiorgánico y la muerte
• El organismo humano está muy adaptado a controlar la exposición a microorganismos patógenos
• Con distintas barreras físicas que impiden la invasión por los microorganismos; las respuestas innatas reconocen patrones moleculares característicos de los componentes microbianos y activan los mecanismos de defensa local y las respuestas inmunitarias específicas que actúan contra el microorganismo con el propósito de eliminarlo
• Para mejorar la capacidad de prevención de la infección del organismo humano, se puede potenciar el sistema inmunitario mediante la transferencia pasiva de anticuerpos incluidos en preparaciones de inmunoglobulinas o mediante la vacunación con componentes microbianos (vacunas)
• Las infecciones también se pueden controlar mediante compuestos quimioterápicos
• No obstante, los microorganismos pueden mutar y compartir información genética, seleccionándose y perdurando los que no son reconocidos por la respuesta inmunitaria o que son resistentes a los antibióticos
• Por consiguiente, persiste la batalla por el control entre el microorganismo y el hospedador, sin que ninguno de ellos haya proclamado aún la victoria

Diagnóstico microbiológico

• El laboratorio de microbiología clínica desempeña un importante papel en el diagnóstico y en el control de las enfermedades infecciosas
• La capacidad del laboratorio para realizar estas funciones se encuentra limitada por factores como la calidad de la muestra recogida en el paciente, el medio de transporte de la muestra al laboratorio y las técnicas utilizadas para demostrar la presencia del microorganismo
• Puesto que la mayoría de las pruebas diagnósticas se basa en la capacidad de crecimiento del microorganismo, las condiciones del transporte han de asegurar su viabilidad
• Asimismo, incluso los protocolos de recogida de muestras más sofisticados carecen de valor cuando la muestra recogida no es representativa del foco de la infección y se contaminan durante el proceso de recogida con microorganismos que colonizan las mucosas
• Ya que la mayor parte de las infecciones se deben a microorganismos endógenos, es prácticamente imposible interpretar los resultados de las pruebas realizadas con muestras contaminadas
• El laboratorio también puede determinar la actividad antimicrobiana de los fármacos quimioterápicos
• El laboratorio tan sólo debe estudiar los microorganismos capaces de producir enfermedades y los fármacos antimicrobianos médicamente más significativos
• La evaluación de todos los microorganismos aislados o una selección indiscriminada de fármacos puede dar lugar a resultados equívocos y a consecuencias potencialmente peligrosas
• Por ello, puede ocurrir que un paciente reciba un tratamiento inapropiado basado en antibióticos innecesarios y, además, que no se identifique al verdadero microorganismo patógeno en el amplio abanico de microorganismos aislados y estudiados
• Finalmente, la determinación in vitro de la susceptibilidad de un microorganismo a diversos antibióticos tan solo representa un aspecto más de una compleja situación
• En la planificación del tratamiento de un paciente también se deben tener en cuenta la interacción huésped-parásito y aspectos como la virulencia del microorganismo, la zona de la infección y la capacidad de respuesta del paciente frente a los efectos de la infección

Resumen

• Es importante entender que los conocimientos sobre el mundo microbiano experimentan una evolución continua
• Del mismo modo que los primeros microbiólogos basaron sus descubrimientos en los principios establecidos por sus predecesores, continuaremos descubriendo nuevos microorganismos, nuevas enfermedades y nuevos tratamientos
• Los capítulos que siguen pretenden proporcionar los fundamentos básicos para ampliar los conocimientos sobre los microorganismos y las enfermedades que provocan

Flora microbiana comensal y patógena en el ser humano

• La microbiología médica estudia las interacciones entre animales (principalmente el ser humano) y microorganismos, enfocándose en enfermedades pero reconociendo el papel de los microorganismos en la supervivencia humana
• Una población comensal metaboliza alimentos, proporciona factores de crecimiento, protege contra gérmenes virulentos y estimula la inmunidad
• La flora microbiana en humanos está influenciada por la edad, la dieta, el estado hormonal, la salud y la higiene
• El feto es estéril, pero el recién nacido se coloniza con microorganismos tras la exposición del parto y del ambiente
• La hospitalización puede alterar esta flora, por ejemplo, reemplazando bacterias no virulentas en la bucofaringe con bacilos gramnegativos
• La exposición a microorganismos puede llevar a colonización transitoria, colonización permanente o enfermedad
• Es importante distinguir entre colonización y enfermedad
• La enfermedad ocurre cuando la interacción microbiana con el ser humano causa un proceso anatomopatológico
• Algunas infecciones son causadas por patógenos estrictos, pero la mayoría son causadas por patógenos oportunistas
• Los patógenos oportunistas son microorganismos que forman parte de la microflora normal del paciente (p. ej., Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans), que no producen enfermedad en condiciones normales
• El Human Microbiome Project comenzó a comprender mejor la flora microbiana del ser humano
• La información que se incluye en este capítulo se basa en los datos obtenidos de cultivos sistemáticos

Cabeza y aparato respiratorio

• Las vías respiratorias superiores están colonizadas por numerosos microorganismos y existen entre 10 y 100 bacterias
• El microorganismo que coloniza más a menudo el oído externo es Staphylococcus coagulasa-negativo
• Otros microorganismos que colonizan la piel, así como patógenos potenciales como S. pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa y especies de la familia Enterobacteriaceae han sido aislados también en esta localización
• La superficie ocular está colonizada por estafilococos negativos para coagulasa, así como por microorganismos poco frecuentes que se asocian a la nasofaringe
• La enfermedad se relaciona habitualmente con con S. pneumoniae, S. aureus, H. influenzae, N. gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis, P. aeruginosa y Bacillus cereus.
• La laringe, la tráquea, los bronquiolos y las vías respiratorias inferiores suelen ser estériles, aunque puede tener lugar una colonización transitoria por secreciones de las vías respiratorias superiores
• Por regla general la enfermedad aguda de las vías respiratorias inferiores se debe a bacterias orales más virulentas (como S. pneumoniae, S. aureus y especies de la familia Enterobacteriaceae como Klebsiella.
• La aspiración crónica puede ocasionar una enfermedad polimicrobiana en la que predominan los microorganismos anaerobios

Tubo digestivo

• El tubo digestivo es colonizado por microorganismos ya desde el nacimiento, y sigue albergando una variada población de microbios durante toda la existencia del organismo huésped
• Aunque la ingestión de alimentos y agua supone cada día una oportunidad de colonización por nuevos microorganismos, la población microbiana permanece relativamente estable
• Se pueden aislar levaduras y bacterias orofaríngeas, así como bacterias que colonizan el estómago, a partir de muestras del esófago
• Puesto que el estómago contiene ácido clorhídrico y pepsinógeno, los únicos microorganismos presentes son un pequeño número de bacterias con tolerancia a los ácidos, como las bacterias productoras de ácido láctico (géneros Lactobacillus y Streptococcus) y Helicobacter pylori

Aparato genitourinario

• En general, la porción anterior de la uretra y la vagina son las únicas localizaciones del aparato genitourinario que están colonizadas por microorganismos de manera permanente
• Puede haber una colonización transitoria por bacterias que migran desde la uretra en dirección ascendente, pero estos microorganismos deben ser eliminados con rapidez por la actividad bactericida de las células uroepiteliales y la acción de arrastre de la orina expulsada

Piel

• Aunque un gran número de microorganismos están en contacto con la superficie cutánea, este ambiente relativamente hostil no es favorable para la supervivencia de la mayoría de ellos Los microorganismos que se encuentran con mayor frecuencia en la superficie cutánea son bacterias grampositivas (p. ej., Staphylococcus coagulasa-negativo y, con menos frecuencia, S. aureus, corinebacterias y propionibacterias)
• Los estreptococos son capaces de colonizar la piel de forma transitoria, si bien los ácidos grasos volátiles producidos por las propionibacterias anaerobias resultan tóxicos para estos microorganismos
• Los bacilos gramnegativos, con la excepción de Acinetobacter y algunos otros géneros menos frecuentes, generalmente no se cultivan de la piel humana