Capítulo 4: Desarrollo, Supervivencia y Muerte de los Microorganismos PDF

Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: Jawetz, Melnick & Adelberg Microbiología Médica, 28e CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos SUPERVIVENCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN EL AMBIENTE NATURAL La población de microorganismos en la biosfera se mantiene má...

Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: Jawetz, Melnick & Adelberg Microbiología Médica, 28e CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos SUPERVIVENCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN EL AMBIENTE NATURAL La población de microorganismos en la biosfera se mantiene más o menos constante, ya que su crecimiento está equilibrado por su muerte. La supervivencia de cualquier grupo microbiano dentro de un nicho ambiental está en última instancia influenciada por la competencia exitosa por los nutrientes y por el mantenimiento de un depósito de todas las células vivas, a menudo compuesta de células humanas y un conglomerado de diferentes microorganismos (conocido como microbioma o microbiota). Comprender la competencia por los recursos nutricionales dentro de un microambiente determinado es esencial para entender el crecimiento, supervivencia y muerte de las especies bacterianas (también conocida como fisiología). Gran parte de nuestro conocimiento de la fisiología microbiana tiene su origen en el estudio de cultivos aislados cultivados bajo condiciones óptimas en laboratorios (exceso de nutrientes). Sin embargo, la mayoría de los microorganismos compite en el medio natural bajo estrés nutricional. Además, un nicho microbiano medioambiental vacante pronto se ocupará con un microbioma diferente. Por otra parte, en la apreciación de las complejas interacciones que aseguran la supervivencia de un microbioma específico está el equilibrio entre la disponibilidad de nutrientes y la eficiencia fisiológica. IMPORTANCIA DEL CRECIMIENTO El crecimiento es el aumento ordenado en la suma de todos los componentes de un organismo. El aumento de tamaño que se produce cuando una célula absorbe agua o deposita lípidos o polisacáridos no es un verdadero crecimiento. La multiplicación celular es una consecuencia de la fusión binaria que conduce a un aumento en el número de bacterias individuales formando una población, llamada cultivo. Medición de las concentraciones microbianas Las concentraciones microbianas se pueden medir en términos de concentración celular (el número de células viables por unidad de volumen de cultivo) o de la concentración de biomasa (peso seco de células por unidad de volumen de cultivo). Estos dos parámetros no son siempre equivalentes porque el peso seco promedio de la célula varía en las diferentes etapas de un cultivo. Tampoco tienen igual significado, por ejemplo, en estudios de genética microbiana o desactivación celular, la concentración celular es quien tiene la cantidad significativa; en estudios sobre bioquímica o nutrición microbiana, la concentración de biomasa es la cantidad importante. A. Recuento de células viables El recuento de células viables (cuadro 4–1) se considera típicamente la medida de la concentración celular. Para esto, un volumen de 1 mL se retira de una suspensión bacteriana y se diluye en serie 10 veces seguidas de la siembra en placa de alícuotas de 0.1 mL en un medio de agar adecuado. Cada una de las bacterias invisibles (o grupo de bacterias) crecerá hasta convertirse en una colonia visible que se puede contar (véase capítulo 5). A efectos estadísticos, las placas que contienen entre 30 y 300 colonias dan los datos más precisos. El conteo de la placa × la dilución × 10 dará el número de unidades formadoras de colonias (CFU, colony forming units)/mL en la suspensión bacteriana sin diluir. Usando este método, las bacterias muertas dentro de la suspensión no contribuyen al recuento bacteriano final. CUADRO 4–1 Ejemplo de un recuento viable Disolución Recuento de placa (colonias)a Sin diluir Demasiadas para contar Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, −1 Demasiadas contar ©202410McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use para Privacy Policy Notice Accessibility 10−2 510 Page 1 / 19 una de las bacterias invisibles (o grupo de bacterias) crecerá hasta convertirse en una colonia visible que se puede contar (véase capítulo 5). A efectos Universidad Pontificia Bolivariana estadísticos, las placas que contienen entre 30 y 300 colonias dan los datos más precisos. El conteo de la placa × la dilución × 10 dará el número de Access Provided by: unidades formadoras de colonias (CFU, colony forming units)/mL en la suspensión bacteriana sin diluir. Usando este método, las bacterias muertas dentro de la suspensión no contribuyen al recuento bacteriano final. CUADRO 4–1 Ejemplo de un recuento viable Disolución Recuento de placa (colonias)a Sin diluir Demasiadas para contar 10−1 Demasiadas para contar 10−2 510 10−3 72 10−4 5 10−5 1 a Cada recuento es un promedio de tres placas replicadas. B. Turbidez La turbidez es la nubosidad o enturbiamiento de un fluido causado por grandes cantidades de partículas individuales que generalmente son invisibles a simple vista. Para la mayoría de los propósitos, la turbidez de un cultivo, medida por medios fotoeléctricos, puede relacionarse con el recuento viable utilizando una curva estándar. Como alternativa una estimación visual aproximada a veces es posible, por ejemplo, una suspensión apenas turbia de Escherichia coli contiene aproximadamente 107 células por mililitro y una suspensión bastante turbia contiene alrededor de 108 células por mililitro. La correlación entre turbidez y el recuento viable puede variar durante el crecimiento y la muerte de un cultivo; las células pueden perder viabilidad sin producir una pérdida en la turbidez del cultivo. C. Densidad de biomasa En principio, la biomasa se puede medir directamente determinando el peso seco de un cultivo microbiano después de haber sido lavado con agua destilada. En la práctica, este procedimiento es engorroso, y el investigador prepara habitualmente una curva estándar que correlaciona el peso seco con el recuento de células viables. Alternativamente, la concentración de biomasa se puede estimar indirectamente midiendo un componente celular importante, como la proteína, o determinando el volumen ocupado por las células que se han sedimentado. CRECIMIENTO EXPONENCIAL Constante de la tasa de crecimiento La tasa de crecimiento de las células sin limitación de nutrientes es de primer orden: la tasa de crecimiento (medida en gramos de biomasa producida por hora) es el producto del tiempo (t), la constante de tasa de crecimiento (k) y la concentración de biomasa B: (1) La reestructuración de la ecuación (1) demuestra que la constante de tasa de crecimiento es la velocidad a la que las células producen más células: (2) Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 2 / 19 Una constante de la tasa de crecimiento de 4.3 h−1, una de las más altas registradas, significa que cada gramo de células produce 4.3 g de células por Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: La reestructuración de la ecuación (1) demuestra que la constante de tasa de crecimiento es la velocidad a la que las células producen más células: (2) Una constante de la tasa de crecimiento de 4.3 h−1, una de las más altas registradas, significa que cada gramo de células produce 4.3 g de células por hora durante este periodo de incremento. Los organismos de crecimiento más lento pueden tener constantes de tasas de crecimiento tan bajas como 0.02 h−1. Con esta constante de tasa de crecimiento, cada gramo de células en el cultivo produce 0.02 g de células por hora. Integración de los resultados de la ecuación (2) (3) El logaritmo natural de la relación de B1 (la biomasa en el tiempo 1 [t1]) y B0 (la biomasa en el instante cero [t0]) es igual al producto de la constante de la tasa de crecimiento (k) y la diferencia de tiempo (t1 – t0). El crecimiento que obedece a la ecuación (3) se denomina exponencial debido a que la biomasa aumenta exponencialmente con respecto al tiempo. Las correlaciones lineales del crecimiento exponencial se producen al representar el logaritmo de la concentración de biomasa (B) como una función del tiempo (t). Cálculo de la constante de la tasa de crecimiento y predicción de la magnitud de crecimiento Las bacterias se reproducen por fisión binaria, y el tiempo promedio requerido para que la población, o la biomasa, se duplique se conoce como tiempo de generación o tiempo de duplicación (td). Normalmente, el td se determina graficando la cantidad de crecimiento en una escala semilogarítmica como una función del tiempo; el tiempo requerido para duplicar la biomasa es td (fig. 4–1). La constante de la tasa de crecimiento puede calcularse a partir del tiempo de duplicación sustituyendo el valor 2 por B1/B0 y td por t1 – t0 en la ecuación (3), lo cual es igual a: (4) FIGURA 4–1 Una gráfica de biomasa versus tiempo de duplicación que muestra el crecimiento exponencial lineal que ocurriría en un sistema cerrado. La biomasa (B) se duplica con cada tiempo de duplicación (td). Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 3 / 19 FIGURA 4–1 Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: Una gráfica de biomasa versus tiempo de duplicación que muestra el crecimiento exponencial lineal que ocurriría en un sistema cerrado. La biomasa (B) se duplica con cada tiempo de duplicación (td). Un tiempo de duplicación rápido corresponde a una elevada constante de la tasa de crecimiento. Por ejemplo, un tiempo de duplicación de 10 minutos (0.17 horas) corresponde a una constante de la tasa de crecimiento de 4.1 h−1. El tiempo de duplicación relativamente largo de 35 horas indica una constante de la tasa de crecimiento de 0.02 h−1. La constante de la tasa de crecimiento calculada se puede usar para determinar la cantidad de crecimiento que se producirá en un periodo específico o para prever el tiempo requerido para un crecimiento determinado. El crecimiento dentro de un periodo específico se puede predecir con base en el siguiente despeje de la ecuación (3): (5) Es posible determinar el crecimiento que se produciría si un cultivo con una constante de la tasa de crecimiento de 4.1 h−1 creciera exponencialmente durante 5 horas: (6) En este ejemplo el aumento de la biomasa es de 10−9; una sola célula bacteriana con un peso seco de 2 × 10−13 g daría lugar a 2 × 10−4 g (0.2 mg) de biomasa, una cantidad que poblaría densamente un cultivo de 5 mL. Otras 5 horas de crecimiento a este ritmo producirían 200 kg de peso seco de biomasa, o aproximadamente 1 tonelada de células. Esto supone que los nutrientes son ilimitados, lo que es una suposición que no ocurre en la naturaleza. Otro despeje de la ecuación (3) permite el cálculo de la cantidad de tiempo requerido para que tenga lugar una cantidad específica de crecimiento. En la ecuación (7), que se muestra a continuación, N, concentración celular, se sustituye por B, concentración de biomasa, para permitir el cálculo del tiempo requerido para un aumento específico en el número de células. (7) Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 Page 4 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Usando la ecuación (7), es posible, por ejemplo, determinar el tiempo requerido para que un organismo de crecimiento lento con una constante de la tasa de crecimiento de 0.02 h−1 prolifere de una célula a una suspensión de células ligeramente turbias con una concentración de 107 células por Otro despeje de la ecuación (3) permite el cálculo de la cantidad de tiempo requerido para que tenga lugar una cantidad específica de crecimiento. En Universidad Pontificia Bolivariana la ecuación (7), que se muestra a continuación, N, concentración celular, se sustituye por B, concentración de biomasa, para permitir el cálculo del Access Provided by: tiempo requerido para un aumento específico en el número de células. (7) Usando la ecuación (7), es posible, por ejemplo, determinar el tiempo requerido para que un organismo de crecimiento lento con una constante de la tasa de crecimiento de 0.02 h−1 prolifere de una célula a una suspensión de células ligeramente turbias con una concentración de 107 células por mililitro. (8) La resolución de la ecuación (8) revela que se necesitarían aproximadamente 800 horas, un poco más de un mes, para que ocurra este nivel de crecimiento. La supervivencia de los organismos de crecimiento lento implica que la carrera por la supervivencia biológica no siempre es tan rápida: estas especies prosperan y compiten con éxito por los nutrientes y evitan la aniquilación por parte de los depredadores y otros riesgos ambientales. CURVA DE CRECIMIENTO EN CULTIVOS DISCONTINUOS Si un volumen fijo de un medio líquido es inoculado con células microbianas tomado de un cultivo que ha sido previamente cultivado hasta la saturación y el número de células viables por milímetro está determinado periódicamente y graficado usualmente se obtiene una curva del tipo que se observa en la figura 4–2. Las fases de la curva del crecimiento bacteriano mostradas en la figura 4–2 son reflejo de los eventos que ocurren en una población de células, no en células individuales. Este tipo de cultivo es llamado cultivo discontinuo. La curva de crecimiento típica puede ser analizada en términos de cuatro fases (cuadro 4–2). El cultivo discontinuo es un sistema cerrado con recurso limitados; es muy diferente del ambiente del hospedero humano donde los nutrientes son metabolizados por bacterias y células humanas. No obstante, la comprensión del crecimiento del cultivo discontinuo provee un conocimiento fundamental acerca de la genética y la fisiología de la replicación bacteriana, incluyendo las fases que comprenden este proceso: latente, exponencial, estacionaria y de muerte. CUADRO 4–2 Fases de la curva de crecimiento microbiano Fase Tasa de crecimiento De latencia Cero Exponencial Constante Estacionaria máxima Cero De declinación Negativa (muerte) FIGURA 4–2 Curva de crecimiento bacteriano ideal representando la concentración celular viable logarítmicamente versus tiempo. Nótese en la figura las fases latente, exponencial, estacionaria y de muerte con las tasas aproximadas de incremento o decrecimiento representando lo que se puede observar con la inoculación de una colonia bacterial individual en un sistema cerrado de cultivo discontinuo. Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 5 / 19 FIGURA 4–2 Universidad Pontificia Bolivariana Curva de crecimiento bacteriano ideal representando la concentración celular viable logarítmicamente versus tiempo. Nótese en la figura las fases Access Provided by: latente, exponencial, estacionaria y de muerte con las tasas aproximadas de incremento o decrecimiento representando lo que se puede observar con la inoculación de una colonia bacterial individual en un sistema cerrado de cultivo discontinuo. Fase de latencia La fase de latencia representa un periodo durante el cual las células agotadas de metabolitos y enzimas como resultado de condiciones desfavorables que existieron al final de su historia previa en cultivo, se adaptan a su nuevo medio. Las enzimas y sustancias intermedias se forman y acumulan hasta que están presentes en concentraciones que permiten la reanudación del crecimiento. Si las células son tomadas de un medio enteramente diferente, con frecuencia sucede que son incapaces de desarrollarse en el nuevo medio. En estos casos, la fase latente es prolongada y representa el periodo necesario para que unas cuantas mutantes en el inóculo se multipliquen lo suficiente como para que sea evidente un incremento neto en el número de células. Fase exponencial Durante la fase exponencial, las células están en un estado estable y crecen como se modela en las ecuaciones (5) a (7). El nuevo material celular se está sintetizando a una velocidad constante, pero el nuevo material es en sí mismo catalítico, y la masa aumenta de manera exponencial. Esto continúa hasta que sucede una de dos cosas: uno o más nutrientes en el medio se agotan o los productos metabólicos tóxicos se acumulan e inhiben el crecimiento. Para los organismos aerobios, el nutriente que se vuelve limitante suele ser el oxígeno. Cuando la concentración celular excede aproximadamente 1 × 107/mL, la tasa de crecimiento disminuye a menos que se introduzca oxígeno por medio de agitación o introduciendo aire en forma de burbujas. Cuando la concentración bacteriana alcanza 4–5 × 109/mL, la tasa de difusión del oxígeno no puede satisfacer la demanda, incluso en un medio ventilado, por lo que la tasa de crecimiento disminuye de manera progresiva. Fase estacionaria Finalmente, el agotamiento de los nutrientes o la acumulación de productos tóxicos hace que el crecimiento cese por completo. En la mayoría de los casos, sin embargo, el recambio celular se produce en la fase estacionaria: hay una pérdida lenta de células a través de la muerte, que se equilibra con la formación de nuevas células a través del crecimiento y la división. Cuando esto ocurre, el recuento total de células aumenta lentamente, aunque el recuento viable se mantiene constante. Fase de muerte Después de un periodo en la fase latente, la viabilidad celular comienza a disminuir a una velocidad definida. Esto varía con el organismo y con las condiciones de cultivo; la tasa de mortalidad aumenta hasta que alcanza un nivel estable. Las cifras matemáticas del proceso de muerte en estado estacionario se explican a continuación. En la mayoría de los casos, la tasa de muerte celular es mucho más lenta que la del crecimiento exponencial. Con frecuencia, después de que la mayoría de las células ha muerto, la tasa de mortalidad disminuye drásticamente, por lo que un pequeño número de sobrevivientes puede persistir durante meses o incluso años. Esta persistencia puede, en algunos casos, reflejar el recambio celular, algunas células que crecen a expensas de los nutrientes liberados por las células que mueren y sufren lisis. Downloaded IP isbacterianos 200.3.145.12 Se cree que un2024­2­13 fenómeno5:1 de P losYour cultivos conocido como células viables pero no cultivables (VBNC, viable but not culturable) es el Page 6 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte deen loslasmicroorganismos, resultado de una respuesta genética desencadenada células sin nutrientes en fase estacionaria. Al igual que algunas bacterias forman esporas ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility como mecanismo de supervivencia, otras pueden quedarse inactivas sin cambios en la morfología. Cuando las condiciones adecuadas están disponibles (p. ej., el paso a través de un animal), los microbios VNBC reanudan su desarrollo. condiciones de cultivo; la tasa de mortalidad aumenta hasta que alcanza un nivel estable. Las cifras matemáticas del proceso de muerte en estado estacionario se explican a continuación. En la mayoría de los casos, la tasa de muerte celular es mucho más lenta queUniversidad la del crecimiento exponencial. Pontificia Bolivariana Con frecuencia, después de que la mayoría de las células ha muerto, la tasa de mortalidad disminuye drásticamente,Access por lo que by: un pequeño número Provided de sobrevivientes puede persistir durante meses o incluso años. Esta persistencia puede, en algunos casos, reflejar el recambio celular, algunas células que crecen a expensas de los nutrientes liberados por las células que mueren y sufren lisis. Se cree que un fenómeno de los cultivos bacterianos conocido como células viables pero no cultivables (VBNC, viable but not culturable) es el resultado de una respuesta genética desencadenada en las células sin nutrientes en fase estacionaria. Al igual que algunas bacterias forman esporas como mecanismo de supervivencia, otras pueden quedarse inactivas sin cambios en la morfología. Cuando las condiciones adecuadas están disponibles (p. ej., el paso a través de un animal), los microbios VNBC reanudan su desarrollo. MANTENIMIENTO DE CÉLULAS EN LA FASE EXPONENCIAL El quimiostato Las células se pueden mantener en la fase exponencial transfiriéndolas repetidamente a un medio nuevo de composición idéntica mientras aún crecen exponencialmente. Esto se conoce como cultivo continuo. En el laboratorio, los cultivos se pueden mantener en un estado de cultivo continuo en un rango de tasas de crecimiento utilizando un dispositivo de cultivo continuo o quimiostato. Este dispositivo consiste en un recipiente de cultivo equipado con un rebosadero con sifón y una bomba dosificadora o una válvula, que agrega medio fresco desde un reservorio a una velocidad regulada. El medio en el recipiente de cultivo se agita con una corriente de aire estéril; cada gota de medio fresco que entra provoca la salida de una gota de cultivo a través del sifón. El medio se prepara de tal manera que un nutriente limita la tasa de crecimiento. El contenedor es inoculado y las células crecen hasta que se agota el nutriente limitante; el medio fresco del reservorio se deja fluir a una velocidad tal que las células agotan el nutriente limitante tan rápido como se suministra. En estas condiciones, la concentración celular, que está determinada por la concentración del nutriente limitante, permanece constante; la tasa de crecimiento es directamente proporcional a la tasa de flujo del medio. El cultivo continuo se parece más a las condiciones que los organismos encuentran en el mundo real (p. ej., el cuerpo humano), donde los nutrientes limitantes se reemplazan constantemente. CRECIMIENTO EN BIOPELÍCULAS Se ha reconocido cada vez más que muchas infecciones son causadas por bacterias que no crecen de forma individual (planctónica); más bien, existen en comunidades multicelulares complejas en las que los microbios son sésiles. Por lo general, las comunidades microbianas se forman en las superficies, por tanto, en “biopelículas”. Por ejemplo, es habitual que desbridemos nuestros dientes todos los días para eliminar la biopelícula bacteriana que se acumula mientras dormimos. De manera similar, las biopelículas se asocian con Streptococcus viridans en las válvulas cardiacas, las infecciones pulmonares por Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus en los catéteres o la colonización por Legionella pneumophila de los sistemas de agua de los hospitales, entre muchos otros. En la naturaleza, las biopelículas a menudo consisten en varias especies microbianas diferentes (véase capítulo 10). Comprender el crecimiento de las biopelículas bacterianas se ha convertido en un aspecto cada vez más importante de la microbiología médica. Una variedad de factores estresantes desencadena la formación de biopelículas y cada microorganismo es único en las señales a las que responde. Las biopelículas comienzan con una única bacteria que se adhiere a una superficie seguida por una fisión binaria y, en última instancia, a la formación de una comunidad íntima de bacterias de la progenie (véase capítulo 10). Eventualmente, esta comunidad bacteriana se rodea con un glucocáliz para la protección del medio ambiente. El glucocáliz también sirve para mantener intacta la comunidad de biopelículas. Las bacterias dentro de una biopelícula producen moléculas pequeñas, como la homoserina lactona, que son absorbidas por bacterias adyacentes y sirven funcionalmente como un sistema de “telecomunicación” de colonias, que informa a las bacterias individuales para activar ciertos genes en un momento determinado (percepción de quórum). Estas señales son conocidas como sensores de quórum. Conceptualmente, la estrategia de formación de biopelículas es lógica. Promueve el aumento de la diversidad metabólica. Por ejemplo, las bacterias en la periferia de la biopelícula pueden tener más acceso al oxígeno y otros nutrientes que los organismos en las partes internas de la película. Por otro lado, las células en las partes internas pueden estar protegidas de la depredación por células inmunes o de antibióticos. Las bacterias unidas íntimamente pueden ser capaces de transferir genes de manera eficiente que darían como resultado una versatilidad fenotípica en comparación con las células planctónicas. Debido a todas estas variables, es difícil modelar matemáticamente el crecimiento de la biopelícula en comparación con el crecimiento en el cultivo discontinuo. Esta es un área importante de la microbiología médica que debe considerarse en el contexto más amplio de las enfermedades infecciosas. DEFINICIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE MUERTE Significado de muerte Downloaded 2024­2­13 5:1 Pbacteriana Your IP is 200.3.145.12 Page 7 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, Para una célula microbiana, la muerte significa la pérdida de la capacidad de reproducirse (crecer y dividirse). Notando la excepción de los ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. 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Notando la excepción de los organismos VBMC descritos anteriormente, la prueba empírica de la muerte es el cultivo de células en medios sólidos: una célula se considera muerta si no da lugar a una colonia en el medio apropiado. Obviamente, entonces, la confiabilidad de la prueba depende de la elección del medio y las condiciones: por ejemplo, un cultivo en el cual 99% de las células aparecen “muertas” en términos de la capacidad de formar colonias en un medio puede demostrar ser 100% viable si se prueba en otro medio. Además, la detección de unas pocas células viables en un gran espécimen clínico puede no ser posible colocando directamente en placa una muestra porque el fluido de la muestra en sí puede ser inhibidor del crecimiento microbiano. En tales casos, es posible que la muestra deba diluirse primero en medio líquido, permitiendo el crecimiento de células viables antes de la siembra. Las condiciones de incubación en la primera hora después del tratamiento también son esenciales en la determinación de la “muerte”. Por ejemplo, si las células bacterianas se irradian con luz ultravioleta y se colocan en placas de inmediato en cualquier medio, puede parecer que 99.99% de las células ha muerto. Si dichas células irradiadas se incuban primero en un medio adecuado durante 20 minutos, la siembra puede indicar sólo 10% de muertes. En otras palabras, la irradiación determina que una célula “morirá” si se coloca en placas de inmediato, pero vivirá si se le permite reparar el daño de radiación antes de colocar en placas. Una célula microbiana que no se interrumpe físicamente está, por tanto, “muerta” sólo en términos de las condiciones utilizadas para probar la viabilidad. Cuantificación de muerte bacteriana Cuando se trata de microorganismos, no se valora habitualmente la muerte de una célula individual, sino la muerte de una población. Este es un problema estadístico: bajo cualquier condición que pueda llevar a la muerte celular, la probabilidad de muerte de una célula dada es constante por unidad de tiempo. Por ejemplo, si se utiliza una condición que hace que 90% de las células muera en los primeros 10 minutos, la probabilidad de que una célula muera en un intervalo de 10 minutos es de 0.9. Por tanto, se puede esperar que 90% de las células supervivientes muera en cada intervalo de 10 minutos posterior, y se puede generar una curva de muerte. El número de células que mueren en cada intervalo es, por tanto, una función del número de sobrevivientes presentes, de modo que la muerte de una población se desarrolla como un proceso exponencial según la fórmula general: (9) Donde S0 es el número de sobrevivientes en el instante cero y S es el número de sobrevivientes en cualquier tiempo posterior t. Como en el caso del crecimiento exponencial, k representa la tasa de muerte exponencial cuando la fracción ln(S/S0) se representa en función del tiempo. La cinética de la muerte celular bacteriana es también una función del número de objetivos requeridos para ser golpeados por un agente particular para matar un microbio planctónico específico. Por ejemplo, un solo “encuentro” puede apuntar el cromosoma haploide de una bacteria o apuntar a su membrana celular. Por el contrario, una célula que contiene varias copias del objetivo para ser inactivada exhibe una curva de encuentros múltiples. Este análisis se muestra gráficamente en la figura 4–3. FIGURA 4–3 Curva de muerte de una suspensión de 106 microorganismos viables por mililitro. A. Curva de un solo encuentro. La curva de un encuentro es típica de la cinética de inactivación observada con muchos agentes antimicrobianos. El hecho de que sea una línea recta desde el instante cero (dosis cero) en lugar de mostrar un canto inicial, significa que basta un solo “encuentro” con la sustancia desactivadora para matar a la célula (es decir, sólo se debe dañar un solo objetivo para que toda la célula esté inactivada). B. Curva de encuentros múltiples. Una célula que contiene varias copias del objetivo para ser inactivada. La porción de línea recta extrapola a 6.5, correspondiente a 4 × 106 células. El número de objetivos es, pues, 4 × 106, o cuatro por célula. Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 8 / 19 lugar de mostrar un canto inicial, significa que basta un solo “encuentro” con la sustancia desactivadora para matar a la célula (es decir, sólo se debe Universidad Pontificia Bolivariana dañar un solo objetivo para que toda la célula esté inactivada). B. Curva de encuentros múltiples. Una célula que contiene varias copias del objetivo Access Provided by: para ser inactivada. La porción de línea recta extrapola a 6.5, correspondiente a 4 × 106 células. El número de objetivos es, pues, 4 × 106, o cuatro por célula. CONTROL AMBIENTAL DEL CRECIMIENTO MICROBIANO La naturaleza enérgica del crecimiento microbiano no controlada presenta claramente un conflicto con la vida humana. Para coexistir con las bacterias, las especies superiores tienen que controlar el crecimiento bacteriano. Nosotros, como humanos, hacemos esto en un contexto biológico utilizando un sistema inmune y una limitación de nutrientes. También utilizamos métodos físicos para prevenir la exposición a microorganismos. Términos como esterilización, desinfección, pasteurización y asepsia deben entenderse con precisión para articularlos en un sentido adecuado. En el cuadro 4–3 se proporciona una relación de estos términos y sus definiciones. CUADRO 4–3 Términos comunes relacionados con el control microbiano Término Definición Esterilización Proceso que destruye o elimina todas las formas de vida microbiana de un objeto o entorno. Esto incluye esporas bacterianas altamente resistentes Desinfección Proceso que elimina muchos o todos los microorganismos patógenos, excepto las esporas bacterianas, de un objeto o entorno Pasteurización Proceso de aplicación de calor, generalmente a la leche o al queso, durante un periodo específico con el propósito de eliminar o retardar el crecimiento de bacterias patógenas Saneamiento El proceso por el cual los organismos patógenos se reducen a niveles inocuos en objetos inanimados, lo que reduce la probabilidad de infección cruzada Limpieza La eliminación de la suciedad visible (p. ej., material orgánico e inorgánico) de objetos y superficies normalmente se realiza de forma manual o mecánica utilizando agua con detergentes o productos enzimáticos Biocida Un agente químico o físico, generalmente de amplio espectro, que inactiva los microorganismos Bactericida Un término específico que se refiere a la propiedad por la cual un biocida puede eliminar bacterias. La acción bactericida difiere de la bacteriostasis sólo en ser irreversible (es decir, el organismo “muerto” ya no puede reproducirse incluso después de haber sido retirado del contacto con el agente). En algunos casos, el agente causa la lisis (disolución) de las células; en otros casos, las células permanecen intactas e incluso pueden continuar siendo metabólicamente activas. (Los términos fungicida, esporicida y viricida se refieren a la propiedad por la cual los biocidas pueden eliminar hongos, esporas y virus, respectivamente) Bacteriostático Un término específico que se refiere a la propiedad por la cual un biocida inhibe la multiplicación bacteriana; al retirar el agente, se Séptico Caracterizado por la presencia de microbios patógenos en tejidos vivos o fluidos asociados Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 reanuda la multiplicación. (Los términos fungistático y esporostático se refieren a biocidas que inhiben el crecimiento de hongos y 9 / 19 Page CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, esporas, respectivamente) ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility bacterias, las especies superiores tienen que controlar el crecimiento bacteriano. Nosotros, como humanos, hacemos esto en un contexto biológico Universidad Pontificia Bolivariana utilizando un sistema inmune y una limitación de nutrientes. También utilizamos métodos físicos para prevenir la exposición a microorganismos. Access Provided by: Términos como esterilización, desinfección, pasteurización y asepsia deben entenderse con precisión para articularlos en un sentido adecuado. En el cuadro 4–3 se proporciona una relación de estos términos y sus definiciones. CUADRO 4–3 Términos comunes relacionados con el control microbiano Término Definición Esterilización Proceso que destruye o elimina todas las formas de vida microbiana de un objeto o entorno. Esto incluye esporas bacterianas altamente resistentes Desinfección Proceso que elimina muchos o todos los microorganismos patógenos, excepto las esporas bacterianas, de un objeto o entorno Pasteurización Proceso de aplicación de calor, generalmente a la leche o al queso, durante un periodo específico con el propósito de eliminar o retardar el crecimiento de bacterias patógenas Saneamiento El proceso por el cual los organismos patógenos se reducen a niveles inocuos en objetos inanimados, lo que reduce la probabilidad de infección cruzada Limpieza La eliminación de la suciedad visible (p. ej., material orgánico e inorgánico) de objetos y superficies normalmente se realiza de forma manual o mecánica utilizando agua con detergentes o productos enzimáticos Biocida Un agente químico o físico, generalmente de amplio espectro, que inactiva los microorganismos Bactericida Un término específico que se refiere a la propiedad por la cual un biocida puede eliminar bacterias. La acción bactericida difiere de la bacteriostasis sólo en ser irreversible (es decir, el organismo “muerto” ya no puede reproducirse incluso después de haber sido retirado del contacto con el agente). En algunos casos, el agente causa la lisis (disolución) de las células; en otros casos, las células permanecen intactas e incluso pueden continuar siendo metabólicamente activas. (Los términos fungicida, esporicida y viricida se refieren a la propiedad por la cual los biocidas pueden eliminar hongos, esporas y virus, respectivamente) Bacteriostático Un término específico que se refiere a la propiedad por la cual un biocida inhibe la multiplicación bacteriana; al retirar el agente, se reanuda la multiplicación. (Los términos fungistático y esporostático se refieren a biocidas que inhiben el crecimiento de hongos y esporas, respectivamente) Séptico Caracterizado por la presencia de microbios patógenos en tejidos vivos o fluidos asociados Aséptico Libre de, o uso de métodos para mantener libre de, microorganismos Antiséptico Un agente que destruye o inhibe el crecimiento de microorganismos en o sobre tejidos vivos o fluidos biológicos Preservativo Una sustancia agregada a los productos alimenticios o a una solución orgánica para prevenir el cambio químico o la acción bacteriana Antibiótico Una sustancia natural o semisintética que elimina (bactericida) o inhibe el crecimiento (bacteriostático) de una bacteria Como ejemplo de la importancia de comprender estos términos, hablamos de esterilización como el proceso de eliminar todos los organismos, incluidas las esporas, en una preparación determinada. Comprender este concepto es particularmente importante para los instrumentos quirúrgicos, ya que no se quiere introducir esporas en el sitio quirúrgico. Por el contrario, la “desinfección” de estos instrumentos puede eliminar las células vegetativas pero no las esporas. Además, la “limpieza” física de los instrumentos puede no eliminar todas las células vegetativas y las esporas, sino simplemente disminuir la carga biológica en el instrumento. El punto es que la comprensión de los términos utilizados en el cuadro 4–3 es fundamental para controlar el impacto ambiental de los microorganismos en el contexto de la salud humana. ESTRATEGIAS PARA CONTROLAR LAS BACTERIAS A NIVEL AMBIENTAL Downloaded 2024­2­13 Your IP islos 200.3.145.12 En microbiología médica,5:1 conPfrecuencia antibióticos son considerados el estándar de oro en el tratamiento de infecciones para el control de las Page 10 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, bacterias que infectan a los humanos. Si bien es cierto, la primera línea real es prevenir la exposición a agentes infecciosos. Por ejemplo, casi 240 000 ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility muertes al año ocurren en todo el mundo como resultado del tétanos neonatal. Sin embargo, esta enfermedad es muy rara en los países desarrollados. Un factor importante que contribuye es la incapacidad de “esterilizar” los instrumentos (además de la inmunización de rutina con la vegetativas pero no las esporas. Además, la “limpieza” física de los instrumentos puede no eliminar todas las células vegetativas y las esporas, sino simplemente disminuir la carga biológica en el instrumento. El punto es que la comprensión de los términos utilizados en el cuadro 4–3 es Bolivariana Universidad Pontificia fundamental para controlar el impacto ambiental de los microorganismos en el contexto de la salud humana. Access Provided by: ESTRATEGIAS PARA CONTROLAR LAS BACTERIAS A NIVEL AMBIENTAL En microbiología médica, con frecuencia los antibióticos son considerados el estándar de oro en el tratamiento de infecciones para el control de las bacterias que infectan a los humanos. Si bien es cierto, la primera línea real es prevenir la exposición a agentes infecciosos. Por ejemplo, casi 240 000 muertes al año ocurren en todo el mundo como resultado del tétanos neonatal. Sin embargo, esta enfermedad es muy rara en los países desarrollados. Un factor importante que contribuye es la incapacidad de “esterilizar” los instrumentos (además de la inmunización de rutina con la vacuna contra el tétanos) en muchos países en desarrollo. Si se usaran prácticas adecuadas en regiones subdesarrolladas, la prevalencia de esta enfermedad podría reducirse sustancialmente. Por tanto, uno debe entender los métodos de esterilización, desinfección y pasteurización, entre otros. Las técnicas utilizadas para mitigar la infección microbiana deben entenderse a nivel del mecanismo de acción para aplicarlas en la situación apropiada. El cuadro 4–4 representa una lista no exhaustiva de biocidas utilizados habitualmente. Es importante comprender los términos bacteriostático y bactericida tal como se definen en el cuadro 4–4. Los mecanismos generales por los cuales estos biocidas cumplen su actividad antimicrobiana se resumen en la siguiente sección. CUADRO 4–4 Algunos biocidas comunes utilizados para la antisepsia, desinfección, preservación y otros fines Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 11 / 19 otros. Las técnicas utilizadas para mitigar la infección microbiana deben entenderse a nivel del mecanismo de acción para aplicarlas en la situación Universidad Pontificia Bolivariana apropiada. El cuadro 4–4 representa una lista no exhaustiva de biocidas utilizados habitualmente. Es importante comprender los términos Access Provided by: bacteriostático y bactericida tal como se definen en el cuadro 4–4. Los mecanismos generales por los cuales estos biocidas cumplen su actividad antimicrobiana se resumen en la siguiente sección. CUADRO 4–4 Algunos biocidas comunes utilizados para la antisepsia, desinfección, preservación y otros fines MECANISMOS DE ACCIÓN GENERALES DE LOS BIOCIDAs Disrupción de la pared celular o de la membrana plasmática La membrana celular actúa como una barrera selectiva, permitiendo que algunos solutos pasen y excluyendo a otros. Muchos compuestos se transportan activamente a través de la membrana, concentrándose dentro de la célula. La membrana también es el sitio de enzimas involucradas en la biosíntesis de los componentes de la envoltura celular. Las sustancias que se concentran en la superficie celular pueden alterar las propiedades físicas Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 y químicas de la membrana, impidiendo sus funciones normales y, por tanto, matando o inhibiendo la célula. Page 12 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility La pared celular actúa como una estructura de corsé (mejor caracterizada como una red de pesca), protegiendo la célula contra la lisis osmótica. Por tanto, los agentes que destruyen la pared (p. ej., la lisozima, que rompe los enlaces de azúcar de peptidoglucano) o impiden su síntesis normal (p. ej., Disrupción de la pared celular o de la membrana plasmática Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: La membrana celular actúa como una barrera selectiva, permitiendo que algunos solutos pasen y excluyendo a otros. Muchos compuestos se transportan activamente a través de la membrana, concentrándose dentro de la célula. La membrana también es el sitio de enzimas involucradas en la biosíntesis de los componentes de la envoltura celular. Las sustancias que se concentran en la superficie celular pueden alterar las propiedades físicas y químicas de la membrana, impidiendo sus funciones normales y, por tanto, matando o inhibiendo la célula. La pared celular actúa como una estructura de corsé (mejor caracterizada como una red de pesca), protegiendo la célula contra la lisis osmótica. Por tanto, los agentes que destruyen la pared (p. ej., la lisozima, que rompe los enlaces de azúcar de peptidoglucano) o impiden su síntesis normal (p. ej., la penicilina, que interrumpe los enlaces cruzados de peptidilo) pueden provocar la lisis de la célula. Desnaturalización de proteínas Las proteínas existen en un estado plegado tridimensional que depende de enlaces disulfuro covalentes intramoleculares y de varios enlaces no covalentes como puentes iónicos, hidrófobos y de hidrógeno. Este estado se llama estructura terciaria de la proteína; es fácilmente interrumpido por varios agentes físicos (p. ej., calor) o químicos (p. ej., alcohol), lo que hace que la proteína deje de funcionar. La disrupción de la estructura terciaria de una proteína se denomina desnaturalización de la proteína. Disrupción de los grupos sulfhidrilo libres Las enzimas que contienen cisteína tienen cadenas laterales que terminan en grupos sulfhidrilo. Además de estos, coenzimas tales como coenzima A y dihidrolipoato contienen grupos sulfhidrilo libres. Tales enzimas y coenzimas no pueden funcionar a menos que los grupos sulfhidrilo permanezcan libres y reducidos. Los agentes oxidantes interfieren con el metabolismo formando enlaces disulfuro entre los grupos sulfhidrilo vecinos: Muchos metales, como el ion mercúrico, también interfieren al combinarse con sulfhidrilos. Hay muchas enzimas que contienen sulfhidrilo en la célula, por lo que los agentes oxidantes y los metales pesados causan daños generalizados. Daño al ADN Varios agentes físicos y químicos actúan dañando el ADN; estos incluyen las radiaciones ionizantes, la luz ultravioleta y los productos químicos reactivos al ADN. Entre las últimas categorías se encuentran los agentes alquilantes y otros compuestos que reaccionan covalentemente con las bases de purina y pirimidina para formar aductos de ADN o enlaces cruzados entre cadenas. La radiación puede dañar el ADN de varias maneras: la luz ultravioleta, por ejemplo, induce a enlaces cruzados entre pirimidinas adyacentes en una u otra de las dos cadenas de polinucleótidos, formando dímeros de pirimidina; las radiaciones ionizantes producen rupturas en hebras simples y dobles. Las lesiones de ADN inducidas por radiación y las inducidas químicamente matan a la célula principalmente al interferir con la replicación del ADN. Véase el capítulo 7 para realizar un análisis de los sistemas de reparación de ADN. Antagonismo químico La interferencia de un agente químico con la reacción normal entre una enzima específica y su sustrato se conoce como antagonismo químico. El antagonista actúa combinándose con alguna parte de la holoenzima (la proteína apoenzima, el activador mineral o la coenzima), evitando así la unión del sustrato normal. (El sustrato aquí se usa en sentido amplio para incluir casos en los que el inhibidor se combina con la apoenzima, evitando así la unión de la coenzima.) Un antagonista se combina con una enzima debido a su afinidad química por un sitio esencial en esa enzima. Las enzimas realizan su función catalítica en virtud de su afinidad por sus sustratos naturales; por tanto, cualquier compuesto que se asemeja estructuralmente a un sustrato en aspectos esenciales también puede tener una afinidad por la enzima. Si esta afinidad es lo suficientemente grande, el “análogo” desplazará el sustrato normal y evitará que se produzca la reacción adecuada. Muchas holoenzimas incluyen un ion mineral como puente entre la enzima y la coenzima o entre la enzima y el sustrato. Los productos químicos que se combinan fácilmente con estos minerales evitarán nuevamente la unión de coenzima o sustrato (p. ej., el monóxido de carbono y el cianuro se combinan con el átomo de hierro en las enzimas que contienen hem impidiendo su función en la respiración). Los antagonistas químicos pueden analizarse convenientemente bajo dos encabezados: a) antagonistas de los procesos que liberan energía y b) antagonistas de los procesos biosintéticos. Los primeros incluyen venenos de enzimas respiratorias (monóxido de carbono, cianuro) y de Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP 200.3.145.12 fosforilación oxidativa (dinitrofenol); losisúltimos incluyen aminoácidos y análogos de ácidos nucleicos. En algunos casos, el análogo simplemente Page 13 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, evita la incorporación del metabolito normal (p. ej., el 5­metiltriptófano evita la incorporación de triptófano a las proteínas), y en otros casos, el ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility análogo reemplaza al metabolito normal en la macromolécula, lo que hace que no sea funcional. La incorporación de p­fluorofenilalanina en lugar de fenilalanina en proteínas es un ejemplo del último tipo de antagonismo. Muchas holoenzimas incluyen un ion mineral como puente entre la enzima y la coenzima o entre la enzima y el sustrato. Los productos químicos que Universidad Pontificia Bolivariana se combinan fácilmente con estos minerales evitarán nuevamente la unión de coenzima o sustrato (p. ej., el monóxido de carbono y el cianuro se Access Provided by: combinan con el átomo de hierro en las enzimas que contienen hem impidiendo su función en la respiración). Los antagonistas químicos pueden analizarse convenientemente bajo dos encabezados: a) antagonistas de los procesos que liberan energía y b) antagonistas de los procesos biosintéticos. Los primeros incluyen venenos de enzimas respiratorias (monóxido de carbono, cianuro) y de fosforilación oxidativa (dinitrofenol); los últimos incluyen aminoácidos y análogos de ácidos nucleicos. En algunos casos, el análogo simplemente evita la incorporación del metabolito normal (p. ej., el 5­metiltriptófano evita la incorporación de triptófano a las proteínas), y en otros casos, el análogo reemplaza al metabolito normal en la macromolécula, lo que hace que no sea funcional. La incorporación de p­fluorofenilalanina en lugar de fenilalanina en proteínas es un ejemplo del último tipo de antagonismo. ACCIONES ESPECÍFICAS DE BIOCIDAS SELECCIONADOS Los agentes físicos y químicos importantes seleccionados se describen en las siguientes secciones. Métodos físicos A. Calor La aplicación de calor es el medio más simple de esterilización de materiales, siempre que el material sea resistente al daño por calor. Una temperatura de 100 °C matará a todos menos a las esporas de las eubacterias, en 2 a 3 minutos en cultivos a escala de laboratorio; se usa una temperatura de 121 °C durante 15 minutos para matar las esporas. El vapor se utiliza generalmente, ya que las bacterias se eliminan más rápidamente con la humedad y porque el vapor proporciona un medio para distribuir el calor a todas las partes del recipiente de esterilización. A nivel del mar, el vapor debe mantenerse a una presión de 15 lb/pulgada cuadrada (psi) por encima de la presión atmosférica para obtener una temperatura de 121 °C; para este propósito se utilizan autoclaves u ollas a presión. En altitudes más altas, la presión debe ser superior a 15 psi para alcanzar 121 °C. Para los materiales de esterilización que deben permanecer secos, hay disponibles hornos eléctricos con circulación de aire caliente; debido a que el calor es menos efectivo en el material seco, es habitual aplicar una temperatura de 160 a 170 °C durante 1 hora o más. En estas condiciones (es decir, temperaturas excesivas aplicadas durante largos periodos), el calor actúa desnaturalizando las proteínas celulares y los ácidos nucleicos y rompiendo las membranas celulares. Este tratamiento, si se realiza adecuadamente, es esporicida. B. Radiación La radiación ultravioleta (UV) que tiene una longitud de onda de aproximadamente 260 nm hace que los dímeros de timidina den como resultado la incapacidad del ADN bacteriano para replicarse. Generalmente es bactericida pero puede que no sea esporicida. La radiación ionizante de 1 nm o menos (rayos gamma o rayos X) causa la formación de radicales libres que dañan las proteínas, el ADN y los lípidos. Estos tratamientos son tanto bactericidas como esporicidas. Agentes químicos Las estructuras químicas y los usos de los biocidas se muestran en el cuadro 4–4; las actividades selectivas de estos se describen en las siguientes secciones. C. Alcoholes Estos agentes eliminan eficazmente el agua de los sistemas biológicos. Por tanto, actúan funcionalmente como “desecantes líquidos”. El alcohol etílico, alcohol isopropílico y el n­propanol exhiben una actividad antimicrobiana rápida y de amplio espectro contra bacterias vegetativas, virus y hongos, pero no son esporicidas. La actividad es óptima cuando se diluyen a una concentración de 60 a 90% con agua. Esta estrategia de tratamiento generalmente se considera bactericida pero no esporicida. D. Aldehídos Los compuestos como el glutaraldehído o el formaldehído se utilizan para la desinfección a baja temperatura y la esterilización de instrumentos, endoscopios así como herramientas quirúrgicas. Normalmente se utilizan como una solución a 2% para lograr la actividad esporicida. Estos compuestos son generalmente bactericidas y esporicidas. E. Biguanidas Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 La clorhexidina se usa ampliamente en el lavado de manos y productos orales y como desinfectante y conservante. Estos compuestos son bactericidas Page 14 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, pero noMcGraw esporicidas. micobacterias, debido a suofenvoltura única Policy de células cerosas, son generalmente muy resistentes a estos compuestos. ©2024 Hill. Las All Rights Reserved. Terms Use Privacy Notice Accessibility F. Bisfenoles Los compuestos como el glutaraldehído o el formaldehído se utilizan para la desinfección a baja temperatura y la esterilización de instrumentos, Universidad Pontificia endoscopios así como herramientas quirúrgicas. Normalmente se utilizan como una solución a 2% para lograr la actividad esporicida. EstosBolivariana compuestos son generalmente bactericidas y esporicidas. Access Provided by: E. Biguanidas La clorhexidina se usa ampliamente en el lavado de manos y productos orales y como desinfectante y conservante. Estos compuestos son bactericidas pero no esporicidas. Las micobacterias, debido a su envoltura única de células cerosas, son generalmente muy resistentes a estos compuestos. F. Bisfenoles Los bisfenoles son ampliamente utilizados en jabones antisépticos y enjuagues para manos. En general, tienen una actividad microbicida de amplio espectro, pero tienen poca actividad contra P. aeruginosa y mohos. El triclosán y el hexaclorofeno son bactericidas y esporostáticos (no esporicidas). G. Agentes liberadores de halógenos Los tipos más importantes de agentes liberadores de cloro son el hipoclorito de sodio, el dióxido de cloro y el dicloroisocianurato de sodio, que son agentes oxidantes que destruyen la actividad celular de las proteínas. El ácido hipocloroso es el compuesto activo responsable del efecto bactericida de estos compuestos. A concentraciones más altas, este grupo es esporicida. El yodo (I2) es rápidamente bactericida y esporicida. Los yodóforos (p. ej., yodo povidona) son compuestos de yodo y un agente solubilizante o transportador, que actúa como un depósito del I2 activo. H. Derivados de metales pesados La sulfadiazina de plata (Ag+), una combinación de dos agentes antibacterianos, Ag+ y sulfadiazina, tiene un amplio espectro de actividad. La unión a componentes celulares como el ADN es principalmente responsable de sus propiedades inhibitorias. Estos compuestos no son esporicidas. I. Ácidos orgánicos Los ácidos orgánicos se utilizan como preservantes en las industrias farmacéutica y alimentaria. El ácido benzoico es fungistático, mientras que el ácido propiónico es bacteriostático y fungistático. Tampoco son esporicidas. J. Peroxígenos El peróxido de hidrógeno (H2O2) tiene una actividad de amplio espectro contra virus, bacterias, levaduras y esporas bacterianas. La actividad esporicida requiere concentraciones más altas (10 a 30%) de H2O2 y tiempos de contacto más largos. K. Fenoles El fenol y muchos compuestos fenólicos tienen propiedades antisépticas, desinfectantes o preservantes. En general, estos no son esporicidas. L. Compuestos de amonio cuaternario Estos compuestos tienen dos regiones en sus estructuras moleculares, una la forma un grupo repelente al agua (hidrófobo) y la otra un grupo que atrae el agua (hidrófilo). Los detergentes catiónicos, ejemplificados por los compuestos de amonio cuaternario (QAC, quaternary ammonium compounds), son antisépticos y desinfectantes útiles. Los QAC se han utilizado para una variedad de propósitos clínicos (p. ej., la desinfección preoperatoria de la piel intacta), así como para limpiar superficies duras. Son esporostáticos; inhiben el crecimiento de esporas, pero no el proceso de germinación real. Los QAC tienen un efecto en virus envueltos pero no en los no envueltos. En general, estos no son esporicidas. M. Esterilizadores en fase de vapor Los dispositivos médicos sensibles al calor y los suministros quirúrgicos se pueden esterilizar eficazmente mediante sistemas en fase de vapor utilizando óxido de etileno, formaldehído, peróxido de hidrógeno o ácido peracético. Estos son esporicidas. RELACIÓN ENTRE LA CONCENTRACIÓN DE BIOCIDAS Y EL TIEMPO DE MUERTE ANTIMICROBIANA Cuando los biocidas descritos anteriormente se utilizan para afectar a poblaciones microbianas, se deben considerar las variables de tiempo y Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP isque 200.3.145.12 concentración. Se observa comúnmente la concentración de la sustancia utilizada está relacionada con el tiempo requerido para matar a una Page 15 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, fracción dada de la población por la siguiente expresión: ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility (10) utilizando óxido de etileno, formaldehído, peróxido de hidrógeno o ácido peracético. Estos son esporicidas. Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: RELACIÓN ENTRE LA CONCENTRACIÓN DE BIOCIDAS Y EL TIEMPO DE MUERTE ANTIMICROBIANA Cuando los biocidas descritos anteriormente se utilizan para afectar a poblaciones microbianas, se deben considerar las variables de tiempo y concentración. Se observa comúnmente que la concentración de la sustancia utilizada está relacionada con el tiempo requerido para matar a una fracción dada de la población por la siguiente expresión: (10) En esta ecuación, C es la concentración de biocida, t es el tiempo requerido para matar una fracción dada de las células, y n y K son constantes. Esta expresión dice que, por ejemplo, si n = 6 (como lo es para el fenol), duplicar la concentración del fármaco reducirá el tiempo requerido para lograr el mismo grado de inactivación 64 veces. El hecho de que la eficacia de un biocida varíe con la sexta potencia de la concentración sugiere que se requieren seis moléculas del biocida para inactivar una célula, aunque no existe evidencia química directa para esta conclusión. Para determinar el valor de n para cualquier biocida, se obtienen curvas de inactivación para cada una de varias concentraciones, y se determina el tiempo requerido en cada concentración para inactivar una fracción fija de la población. Por ejemplo, deje que la primera concentración utilizada se anote como C1 y el tiempo requerido para desactivar 99% de las células sea t1. De manera similar, sea C2 y t2 la segunda concentración y el tiempo requerido para desactivar 99% de las células. De la ecuación (10), vemos que: (11) Resolviendo para n se obtiene: (12) Por tanto, n puede determinarse midiendo la pendiente de la línea que se conforma cuando el log t se grafica contra el log C (fig. 4–4). Si n se determina experimentalmente de esta manera, se puede determinar K sustituyendo los valores observados por C, t y n en la ecuación (10). FIGURA 4–4 Relación entre la concentración de biocida (C) y el tiempo requerido (t) para matar una fracción dada de una población celular. Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 16 / 19 determina experimentalmente de esta manera, se puede determinar K sustituyendo los valores observados por C, t y n en la ecuación (10). Universidad Pontificia Bolivariana FIGURA 4–4 Access Provided by: Relación entre la concentración de biocida (C) y el tiempo requerido (t) para matar una fracción dada de una población celular. Reversión de la actividad de los biocidas Además de la cinética dependiente del tiempo y la concentración, otras consideraciones de la actividad biocida involucran la capacidad de revertir la actividad antimicrobiana. El cuadro 4–5 resume una lista de mecanismos que pueden revertir la actividad de los biocidas. Estos incluyen la eliminación de agentes, la competencia de sustratos y la inactivación de agentes. La neutralización de los biocidas debe considerarse como parte de la estrategia de esterilización/desinfección. CUADRO 4–5 Ejemplos de mecanismos que pueden revertir la actividad de los biocidas Mecanismo Ejemplo Retiro del Cuando las células que son inhibidas por la presencia de un agente bacteriostático se eliminan mediante el enjuague de la superficie o la agente centrifugación, lo cual elimina las bacterias de la sustancia bacteriostática, la multiplicación normal se reanuda Competencia Cuando un antagonista químico del tipo análogo se une reversiblemente a una enzima, es posible desplazarlo agregando una alta de sustratos concentración de su sustrato normal. Tales casos se denominan inhibición competitiva. La relación de la concentración del inhibidor a la concentración de sustrato que invierte la inhibición se denomina índice antimicrobiano; por lo general, es muy alto (100–10 000), lo que indica que la enzima tiene una afinidad mucho mayor por el análogo que por su sustrato normal Inactivación Un agente a menudo se puede inactivar agregando una sustancia que se combina con él al medio, evitando así su interacción con los del agente constituyentes celulares. Por ejemplo, el ion mercúrico se puede inactivar mediante la adición al medio de compuestos sulfhidrilo así como de ácido tioglicólico Downloaded 2024­2­13 5:1 P Your IP is 200.3.145.12 RESUMEN DEL CAPÍTULO Page 17 / 19 CAPÍTULO 4: Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Apreciar el crecimiento y la muerte de las bacterias es fundamental para comprender la interacción compleja que existe entre las bacterias patógenas y sus hospederos. Si no se controla por un sistema inmune intacto y la limitación de nutrientes, el crecimiento logarítmico de las bacterias superaría Inactivación Un agente a menudo se puede inactivar agregando una sustancia que se combina con él al medio, evitando así su interacción con los del agente constituyentes celulares. Por ejemplo, el ion mercúrico se puede inactivar mediante la adición al medio de compuestos sulfhidrilo así Universidad Pontificia Bolivariana como de ácido tioglicólico Access Provided by: RESUMEN DEL CAPÍTULO Apreciar el crecimiento y la muerte de las bacterias es fundamental para comprender la interacción compleja que existe entre las bacterias patógenas y sus hospederos. Si no se controla por un sistema inmune intacto y la limitación de nutrientes, el crecimiento logarítmico de las bacterias superaría rápidamente al hospedero por los nutrientes. El control ambiental del crecimiento microbiano por los biocidas limita la exposición a microorganismos potencialmente patógenos. Los conceptos de esterilización, desinfección, pasteurización y otros son fundamentales para el control bacteriano y, en última instancia, para la salud humana. Al final, comprender el desarrollo y la muerte de los microbios es el primer paso hacia el control efectivo de las enfermedades infecciosas. CONCEPTOS CLAVE 1. Las bacterias en los seres humanos existen como biosistemas complejos conocidos como microbiota. 2. La cuantificación de células bacterianas se puede lograr utilizando un recuento de células viables, turbidez y biomasa. 3. La biomasa y el tiempo de generación están relacionados matemáticamente. 4. La inoculación de una única colonia bacteriana en un volumen fijo de medio líquido se conoce como cultivo discontinuo. En este sistema, el crecimiento bacteriano exhibe cuatro fases: latente, exponencial, estacionaria y de muerte. 5. Algunas bacterias existen en un estado que se define como viable pero no cultivable. 6. El crecimiento en cultivo continuo o como una biopelícula se aproxima más al crecimiento bacteriano dentro del hospedero humano. 7. La esterilización, la desinfección, la pasteurización, así como otros términos (véase el cuadro 4–3) son fundamentales para comprender y comunicar la ciencia de la microbiología. 8. Se deben entender las estructuras generales de los biocidas (véase cuadro 4–4) y los mecanismos de acción. 9. Dependiendo del mecanismo de acción, los diferentes biocidas son bacteriostáticos, bactericidas y/o esporicidas. 10. La actividad biocida depende del tiempo y la concentración. Esta actividad se puede revertir mediante la eliminación del agente, la competencia de sustratos y la inactivación del agente. REFERENCES Barcina I, Arana I: The viable but nonculturable phenotype: a crossroads in the life­cycle of non­differentiating bacteria? Rev Environ Sci Biotechnol 2009;8:245–255. Block SS (editor): Disinfection, Sterilization, and Preservation , 5th ed. Lippincott Williams & Wilkins, 2001. Colwell RR, Grimes DJ (editors): Nonculturable Microorganisms in the Environment. American Society for Microbiology Press, 2000. Fraise A, Maillard J­Y, Sattar S (editors): Russell, Hugo & Aycliffe’s Principles and Practice of Disinfection, Preservation and Sterilization , 5th ed. Blackwell Scientific Publications, 2013. Gerhardt P, et al (editors): Manual of Methods for General Bacteriology. American Society for Microbiology, 1981. Hans­Curt F, Jost W: The biofilm matrix. Nat Rev Microbiol 2010;8:623–633. 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