Microbiologı́a Médica - Murray 9th Edition PDF

# Microbiología médica ## Novena edición **Patrick R. Murray, PhD, F(AAM), F(IDSA)** Vice-President, Microbiology Sparks, Maryland; Adjunct Professor, Department of Pathology University of Maryland School of Medicine Baltimore, Maryland **Ken S. Rosenthal, PhD** Professor of Immunology Augusta U...

# Microbiología médica ## Novena edición **Patrick R. Murray, PhD, F(AAM), F(IDSA)** Vice-President, Microbiology Sparks, Maryland; Adjunct Professor, Department of Pathology University of Maryland School of Medicine Baltimore, Maryland **Ken S. Rosenthal, PhD** Professor of Immunology Augusta University/University of Georgia Medical Partnership Athens, Georgia; Emeritus Professor, Northeastern Ohio Medical University Rootstown, Ohio **Michael A. Pfaller, MD, F(CAP), F(AAM), F(IDSA)** Consultant JMI Laboratories North Liberty, Iowa Professor Emeritus University of Iowa College of Medicine Iowa City, Iowa ## Índice de capítulos ### Sección 1 - Introducción - Introducción a la microbiología médica - El microbioma humano en los estados de salud y enfermedad. - Esterilización, desinfección y antisepsia ### Sección 2 - Principios generales del diagnóstico de laboratorio - Microscopia y cultivo in vitro. - Diagnóstico molecular. - Diagnóstico serológico. ### Sección 3 - Conceptos básicos de la respuesta inmunitaria - Elementos de las respuestas protectoras del huésped. - Respuestas innatas del huésped. - Respuestas inmunitarias específicas contra antígenos. - Respuestas inmunitarias a los microorganismos infecciosos. - Vacunas antimicrobianas. ### Sección 4 - Bacteriología - Clasificación, estructura y replicación de las bacterias. - Metabolismo y genética de las bacterias. - Mecanismos de patogenicidad bacteriana. - Papel de las bacterias en la enfermedad. - Diagnóstico de laboratorio de las enfermedades bacterianas. - Agentes antibacterianos. - Staphylococcus y cocos grampositivos relacionados. - Streptococcus y Enterococcus. - Bacillus. - Listeria y bacterias grampositivas relacionadas. - Mycobacterium y bacterias ácido-alcohol resistentes relacionadas. - Neisseria y géneros relacionados. - Haemophilus y bacterias relacionadas. - Enterobacteriaceae. - Vibrio y bacterias relacionadas. - Pseudomonas y bacterias relacionadas. - Campylobacter y Helicobacter. - Otros bacilos gramnegativos. - Clostridium. - Bacterias anaerobias no formadoras de esporas. - Treponema, Borrelia y Leptospira. - Mycoplasma. - Rickettsia, Ehrlichia y bacterias relacionadas. - Chlamydia. ### Sección 5 - Virología - Clasificación, estructura y replicación vírica. - Mecanismos de patogenia vírica. - Papel de los virus en las enfermedades. - Diagnóstico de laboratorio de las enfermedades víricas. - Fármacos antivirales y control de las infecciones. - Papilomavirus y poliomavirus. - Adenovirus. - Virus del herpes humanos. - Poxvirus. - Parvovirus. - Picornavirus. - Coronavirus y norovirus. - Paramixovirus. - Ortomixovirus. - Rabdovirus, filovirus y bornavirus. - Reovirus. - Togavirus y flavivirus. - Bunyaviridae y Arenaviridae. - Retrovirus. - Virus de las hepatitis. - Enfermedades por priones. ### Sección 6 - Micología - Clasificación, estructura y replicación de los hongos. - Patogenia de las micosis. - Papel de los hongos en la enfermedad. - Diagnóstico de laboratorio de las micosis. - Fármacos antifúngicos. - Micosis superficiales y cutáneas. - Micosis subcutáneas. - Micosis sistémicas causadas por hongos dimórficos. - Micosis oportunistas. - Micosis e infecciones seudomicóticas de etiología atípica o desconocida. ### Sección 7 - Parasitología - Clasificación, estructura y replicación de los parásitos. - Patogenia de las parasitosis. - Papel de los parásitos en la enfermedad. - Diagnóstico de laboratorio de las parasitosis. - Fármacos antiparasitarios. - Protozoos intestinales y urogenitales. - Protozoos sanguíneos y tisulares. - Nematodos. - Trematodos. - Cestodos. - Artrópodos. - Índice alfabético. ## Prefacio Nuestros conocimientos sobre microbiología e inmunología están en constante expansión; si además se construye una buena base teórica desde el principio, resultará mucho más sencillo entender los avances en el futuro. La microbiología médica puede resultar un campo desconcertante para el inexperto. Durante el aprendizaje de la microbiología nos enfrentamos a numerosas preguntas: - ¿Cómo consigo memorizar todos los nombres?, - ¿qué agentes infecciosos producen cada enfermedad?, - ¿por qué?, - ¿cuándo?, - ¿quién presenta riesgo?, - ¿existe tratamiento? Sin embargo, todas estas dudas pueden englobarse en una pregunta fundamental: ¿qué información necesito conocer para diagnosticar y tratar a un paciente infectado? Es cierto que existen diversas teorías acerca de lo que el estudiante necesita saber y cómo enseñárselo, lo que supuestamente justifica la gran cantidad de libros de microbiología que han inundado las librerías en los últimos años. Aunque no reclamamos la posesión del método perfecto para la enseñanza de la microbiología médica (algo que en realidad no existe), hemos basado las revisiones de esta obra en la experiencia adquirida a lo largo de años de enseñanza a estudiantes de medicina, residentes y médicos que se están especializando en enfermedades infecciosas, así como en el trabajo invertido en las ocho ediciones anteriores. Hemos intentado presentar con claridad y concisión los conceptos básicos de la microbiología médica, de forma que sean de utilidad para diferentes tipos de lectores. El texto está redactado de un modo sencillo, con la esperanza de proporcionar explicaciones simples de conceptos complejos. En esta edición, nuestro reto ha sido mejorar aún más el proceso de aprendizaje. y hemos usado las nuevas tecnologías a través de StudentConsult.com (recursos en inglés) para optimizar el acceso al material. En la edición previa, al inicio de los capítulos sobre microorganismos se añadieron resúmenes y palabras clave, y en la versión electrónica en inglés se proporcionaban enlaces a las secciones correspondientes en cada capítulo. En la versión electrónica de la novena edición hemos añadido una presentación en Power Point, en inglés, sobre enfermedades infecciosas que presenta los microorganismos por sistemas de órganos y por patologías, con hipervínculos al capítulo correspondiente del libro. Esto facilitará el estudio de la disciplina para quienes tengan un plan de estudio con un abordaje por sistemas o por patologías. Al igual que en las ediciones previas, se han incluido figuras nuevas y mejoradas para ayudar en el aprendizaje. Los detalles se resumen en forma de tablas, en lugar de intercalarse a lo largo del texto, y se incluyen ilustraciones a todo color para favorecer un aprendizaje más visual. Los casos clínicos ponen de manifiesto la necesidad de vincular los conocimientos correspondientes a las ciencias básicas con la práctica clínica. Los aspectos más relevantes se destacan en cuadros para ayudar a los estudiantes en su revisión; y las preguntas y los casos clínicos abordan aspectos importantes de cada capítulo. Las secciones correspondientes a bacterias, virus, hongos y parásitos comienzan con un capítulo que resume las enfermedades microbianas y también proporciona material de repaso. Nuestros conocimientos microbiológicos e inmunológicos están aumentando con rapidez, gracias a los nuevos y fascinantes descubrimientos en todas las áreas. Nos hemos servido de nuestra experiencia como autores y docentes para incluir en esta obra la información y las explicaciones que creemos más relevantes. Todos los capítulos han sido cuidadosamente actualizados y ampliados para incluir nuevos descubrimientos importantes desde el punto de vista médico. En cada uno de ellos hemos intentado presentar el material que creemos que puede ayudar a que el estudiante aumente su interés y obtenga un conocimiento claro acerca de la importancia de cada microorganismo y las enfermedades que provoca. Con cada edición de Microbiología médica perfeccionamos y actualizamos nuestra presentación. En esta novena edición se recogen muchos cambios, tanto en la versión impresa como en la electrónica. El libro comienza con una introducción general a la microbiología y capítulos sobre el microbioma humano y la epidemiología de las enfermedades infecciosas. El microbioma humano (es decir, la población normal de microorganismos que residen en nuestros cuerpos) puede considerarse ya como otro sistema orgánico con un número de células 10 veces superior al de las células humanas. Esta microbiota educa la respuesta inmunitaria, ayuda a digerir los alimentos y nos protege de otros microorganismos dañinos. Otros capítulos de la sección introductoria presentan las técnicas empleadas por los microbiólogos y los inmunólogos, y vienen seguidos de los capítulos dedicados al sistema inmunitario funcional. Se destacan los avances recientes en la identificación rápida de los microorganismos. Se describen las células y los tejidos que componen el sistema inmunitario, y a continuación se presentan capítulos actualizados sobre la inmunidad innata, la inmunidad específica del antígeno, la inmunidad antimicrobiana y las vacunas. Cada una de las secciones sobre bacterias, virus, hongos y parásitos se introduce con los capítulos relevantes de ciencias básicas, y a continuación con un capítulo resumen que destaca las enfermedades microbianas específicas antes de profundizar en la descripción de los microorganismos individuales, el «desfile de microbios». Cada capítulo sobre microorganismos específicos comienza con un resumen que incluye palabras clave. Al igual que en ediciones anteriores, se ofrecen numerosos cuadros con resúmenes, tablas, fotografías clínicas y casos clínicos originales. Los casos clínicos han sido incluidos porque creemos que los estudiantes los encontrarán especialmente interesantes e instructivos, y porque son una forma muy eficaz de presentar esta compleja materia. Cada capítulo del «desfile de microbios» comienza con preguntas relevantes para estimular y orientar a los estudiantes a medida que exploran el capítulo. Por último, los estudiantes pueden acceder a la nueva página web de StudentConsult.com (recursos en inglés), que proporciona enlaces a lecturas adicionales, fotografías clínicas, animaciones y respuestas a las preguntas introductorias y de repaso de cada capítulo. Muchas de las figuras se presentan paso a paso para facilitar el aprendizaje. Una característica muy importante de StudentConsult.com es el acceso a más de 200 preguntas prácticas de examen que ayudarán a los estudiantes a valorar sus conocimientos en la materia y a preparar el curso y los exámenes de grado. En resumen, esta edición proporciona un texto comprensible, detalles, preguntas, ejemplos y una revisión, todo en la misma obra. ## A nuestros futuros colegas: los estudiantes A primera vista, podría parecer que el éxito en la microbiología médica depende de la memorización. Puede pensarse que la microbiología consiste únicamente en una innumerable acumulación de datos, pero en la microbiología y la inmunología existe una lógica. Como un detective médico, el primer paso consiste en conocer al villano. Los microbios establecen sus nichos en nuestros organismos; algunos son beneficiosos y nos ayudan a digerir los alimentos y a educar al sistema inmunitario, mientras que otros pueden provocar enfermedades. Su capacidad patogénica y las enfermedades que pueden resultar dependen de cómo interaccionen con el huésped y de las respuestas protectoras inmunitarias e innatas que se produzcan. Existen muchas formas de iniciarse en el aprendizaje de la microbiología y la inmunología, pero en último término , cuanto más interactúe con el material por medio de múltiples sentidos, más aprenderá y mejorará su capacidad de retentiva. Un método divertido y efectivo de enfocar el aprendizaje es pensar como un médico y tratar cada microbio y **sus** enfermedades como si se tratase de una infección en **uno** de sus pacientes. Invéntese un paciente para cada infección microbiana y compare y contraste a los diferentes pacientes. Realice representaciones y hágase las siete preguntas básicas cuando se enfrente a este material: ¿quién?, ¿dónde?, ¿cuándo?, ¿por qué?, ¿qué?, ¿cuál? y ¿cómo? Por ejemplo: - ¿quién presenta riesgo de sufrir la enfermedad?, - ¿dónde causa infecciones este microorganismo (región corporal y área geográfica)?, - ¿cuándo es importante el aislamiento de este microorganismo?, - ¿por qué puede causar enfermedades este microorganismo?, - ¿cuáles son las especies y los géneros relevantes desde el punto de vista médico?, - ¿qué pruebas diagnósticas deberían realizarse?, - ¿cómo se trata esta infección? Cada microorganismo encontrado puede examinarse de un modo sistemático. Utilice el siguiente acrónimo para crear un caso clínico y aprender la información esencial sobre cada microorganismo: DIVIRDEPTS. - ¿Cómo se manifiesta la enfermedad (disease) en el paciente y cuál es el diagnóstico diferencial? - ¿Cómo confirmaría el diagnóstico e identificaría el microorganismo causante? - ¿Cuáles son las características de la virulencia del microorganismo? - ¿Cuáles son los aspectos útiles y perjudiciales de las respuestas inmunitaria e innata a la infección? - ¿Cuáles son las condiciones o los mecanismos específicos de replicación del microorganismo? - ¿Cuáles son las características y las consecuencias de la enfermedad (disease)? - ¿Cuál es la epidemiología de la infección? - ¿Cómo puede prevenirse? - ¿Cuál es el tratamiento? - ¿Qué problemas sociales causa la infección microbiana? Contestar a las preguntas de DIVIRDEPTS implica pasar por diferentes partes del capítulo para obtener la información, lo que ayuda a aprender la materia. Familiarícese con el texto y con el material que lo acompaña y de esta forma no solo aprenderá los temas presentados, sino que además tendrá un libro de repaso para el futuro. Para cada uno de los microorganismos, aprenda de tres a cinco palabras asociadas con el microbio, las cuales estimularán su memoria (palabras clave, que se indican en el resumen del capítulo), y organice los conocimientos en un cuadro lógico. Desarrolle **asociaciones alternativas**. Por ejemplo, este libro presenta los microorganismos siguiendo una estructura taxonómica sistemática (denominada con frecuencia «desfile de microbios», que los autores creemos que es la forma más sencilla de explicar los microorganismos). Piense en una propiedad de virulencia determinada (p. ej., producción de toxinas) o en un tipo de enfermedad (p. ej., meningitis) y enumere los microorganismos que comparten dichas propiedades. Imagine que un enfermo ficticio está infectado por un microorganismo específico y elabore un caso clínico. Explique el diagnóstico a su enfermo imaginario y también a sus futuros compañeros de profesión. En otras palabras, no intente simplemente memorizar página tras página de datos, sino que es mejor utilizar técnicas que estimulen su mente y su comprensión de los datos presentados a lo largo de la obra: así será más divertido. Utilice el resumen al inicio de cada sección de microorganismos para repasar y ayudar a perfeccionar su «diagnóstico diferencial» y a clasificar los microorganismos en «cuadros» lógicos. Ningún libro de esta magnitud tendría éxito sin la contribución de numerosos profesionales. Queremos agradecer la valiosa ayuda profesional y el apoyo proporcionado por el equipo de Elsevier, especialmente Jeremy Bowes, Joanne Scott y Andrew Riley. También queremos dar las gracias a los numerosos estudiantes y a los colegas de profesión que han proporcionado consejos y críticas constructivas a lo largo de la elaboración de esta novena edición de Microbiología médica. ## Agradecimientos Queremos expresar nuestro agradecimiento a todos los editores y al personal que nos ha ayudado a desarrollar y elaborar este libro. ## Microbiología e inmunología en la consulta Un número relativamente pequeño de microorganismos se clasifica como siempre patógeno (p. ej., virus de la rabia, Bacillus anthracis, Shigella, Sporothrix schenckii), mientras que algunos causan enfermedades solo bajo circunstancias bien definidas o bajo ciertas condiciones (p. ej., infecciones oportunistas de personas inmunodeprimidas). Algunas enfermedades surgen cuando una persona se expone a microorganismos de fuentes externas, lo que se denomina infección exógena (p. ej., virus de la gripe, C. tetani, Neisseria gonorrhoeae, Coccidioides immitis y Entamoeba histolytica), pero la mayoría de las enfermedades humanas se deben a microorganismos de la propia flora microbiana de la persona que se diseminan a localizaciones corporales normalmente estériles (p. ej., sangre, cerebro, pulmones. cavidad peritoneal) donde se puede producir una enfermedad (infecciones endógenas). Algunas infecciones causan una única enfermedad bien definida, que en ocasiones se debe a la acción de un factor de virulencia, como una toxina (p. ej., C. tetani [tétanos]), mientras que otras pueden provocar varias manifestaciones patológicas (p. ej., Staphylococcus aureus causa endocarditis, neumonía, infecciones de heridas, toxiinfecciones alimentarias). La misma enfermedad también puede deberse a microorganismos diferentes (p. ej., la meningitis puede estar causada por virus, bacterias, hongos y parásitos). Cuando se conocen las características del microorganismo y la respuesta del huésped a la infección, se puede aplicar un enfoque parecido al de Sherlock Holmes al patógeno microbiano para resolver el caso clínico de la enfermedad infecciosa. Además, se pueden adoptar las precauciones adecuadas para protegerse a uno mismo y a los demás de la infección, y se puede diseñar una estrategia idónea para prescribir el tratamiento apropiado ## Tabla 1.1 Indicios de una infección * Fiebre * Recuento de neutrófilos elevado * Neumonía * Diarrea * Exantema * Absceso * Síntomas seudogripales * Escalofríos * Linfadenopatía * Hepatomegalia o esplenomegalia * Pérdida de peso inexplicada * Faringitis * -itis-> * Sepsis * Articulación caliente Al valorar a un paciente con una enfermedad infecciosa, hay cuatro preguntas que deben responderse (cuadro 1.1). - La pregunta inicial y el primer paso a la hora de tratar una enfermedad infecciosa es reconocer y distinguir una infección de otras enfermedades. Las infecciones suelen acompañarse de fiebre, inflamación, linfadenopatías y otros síntomas (tabla 1.1). Muchas de estas presentaciones patológicas se deben a la respuesta inflamatoria a la infección. Las mismas presentaciones pueden estar causadas por otros síndromes patológicos. - La siguiente pregunta es ¿dónde está la infección? Conocer el foco de infección puede proporcionar pistas de los posibles microorganismos que la causan y es importante a la hora de escoger un antimicrobiano que pueda llegar al tejido o a la localización infectada. - Las respuestas a la tercera pregunta son los temas principales de este libro: ¿qué microorganismo causa la infección y cómo la provoca? Aunque las infecciones bacterianas, víricas, fúngicas y parasitarias en ocasiones pueden distinguirse a partir de la anamnesis y los signos físicos del paciente, algunas pruebas de laboratorio pueden ayudar a centrar el diagnóstico. Por ejemplo, las infecciones bacterianas suelen acompañarse de aumentos de la concentración sérica de proteína C reactiva y procalcitonina, que son componentes de una respuesta inflamatoria. Cuando se obtiene un diagnóstico diferencial (una lista de los patógenos más probables), las pruebas confirmatorias pueden identificar el microorganismo causante de la enfermedad. En los capítulos 4-6 se describen los distintos tipos de pruebas y su aplicación a cada uno de los microorganismos que se deben sospechar. Además de saber cuáles son las pruebas más apropiadas para un microorganismo o síndrome microbiano, también es importante conocer las limitaciones, la sensibilidad y la especificidad de las pruebas. - Cada vez más personas presentan inmunodeficiencias debidas a tratamientos antineoplásicos, enfermedades autoinmunes o infecciones (p. ej., síndrome de inmunodeficiencia adquirida). Estas personas adquieren una sensibilidad a las infecciones causadas por microorganismos menos virulentos o no virulentos que no afectan a otras personas. La importancia de la inmunodeficiencia queda claramente de manifiesto cuando se trata de proteger frente a estos microorganismos. - Las enfermedades bacterianas suelen estar determinadas por los factores de virulencia del microorganismo. Para algunos de ellos existe una correspondencia uno a uno, como en el caso de las bacterias productoras de toxina Corynebacterium diphtheriae, Vibrio cholera y C. botulinum. En otros casos, la enfermedad puede deberse a colonización, a metabolitos tóxicos o a las respuestas inmunitaria e inflamatoria frente al microorganismo. Las respuestas inmunitaria e inflamatoria se desencadenan por estructuras del microorganismo. Las estructuras microbianas repetitivas proporcionan patrones moleculares asociados al patógeno que inducen respuestas innatas, mientras que las estructuras específicas son reconocidas por la respuesta inmunitaria. Además, las estructuras bacterianas y fúngicas extracelulares suelen desencadenar la activación de una cascada de proteínas solubles del sistema del complemento, que recluta macrófagos y neutrófilos al foco de infección, inicia la inflamación, activa la producción de anticuerpos y produce un poro de membrana molecular en el microorganismo. Las infecciones intracelulares, incluidos los virus, las bacterias, los hongos y los parásitos, requieren una respuesta inmunitaria diferente, y las consecuencias también son distintas. Las células humanas responden a una infección microbiana intracelular desactivando los procesos celulares y activando las respuestas celulares citolíticas (respuestas de linfocitos citolíticos naturales, linfocitos T y de macrófagos) que destruyen o lisan las células infectadas. Se producen anticuerpos para inactivar las toxinas, para impedir la unión del microorganismo y para facilitar su fagocitosis y eliminación por los macrófagos y neutrófilos. La naturaleza de la enfermedad y la susceptibilidad de una persona a un patógeno están determinadas por la precocidad con la que la respuesta protectora puede actuar sobre la infección, la eficacia de la respuesta y las consecuencias inmunopatológicas de dicha respuesta. La inflamación acompaña a la mayoría de las respuestas inmunitarias y en ocasiones es igual de importante tratar dicha inflamación como la infección para reducir la gravedad de la enfermedad. La cuarta pregunta debería motivar una reflexión considerable: ¿debería tratarse el microorganismo? En caso afirmativo, ¿cuál es el mejor tratamiento? Es necesario diseñar el tratamiento apropiado para las infecciones que no se resuelven de forma espontánea. Aunque el tratamiento antibiótico es seguro, puede alterar la flora normal, lo que puede permitir el desarrollo de bacterias u hongos más patógenos. Un tratamiento apropiado requiere administrar la cantidad suficiente del fármaco antimicrobiano correcto a una diana sensible del microorganismo en la localización corporal de la infección. La potencia y el espectro de actividad antimicrobianos, así como las propiedades farmacológicas del fármaco, dependen de su estructura y del modo de acción. Los microorganismos pueden presentar una resistencia natural, mutar o adquirir información genética para adquirir resistencia y los que son resistentes a los antibióticos serán seleccionados y perdurarán. Las elecciones iniciales de antimicrobianos pueden tratar de cubrir todos los patógenos posibles, pero una vez identificado el microorganismo y sus sensibilidades antimicrobianas, se deberían prescribir los antibióticos que sean más específicos, más baratos, más fáciles de administrar y con menos efectos secundarios. Una administración de antimicrobianos apropiada reducirá los costes, los efectos secundarios y el posible desarrollo de cepas resistentes. Los fármacos antimicrobianos se describen en los capítulos 17, 40, 61 y 71. Además de las cuatro preguntas relacionadas con el paciente, el médico también debe saber cómo protegerse a sí mismo y a otras personas de la infección. Entre las preguntas clave se incluyen: - ¿Existe una vacuna?, - ¿qué precauciones de seguridad se deben adoptar?, - ¿cómo pueden desinfectarse las manos, los objetos y las superficies contaminadas? El mejor método de proteger a una persona frente a la infección es evitar la exposición o el contacto, y el segundo es estar inmunizado frente al microorganismo mediante una infección previa o una vacuna. Las técnicas apropiadas de saneamiento y desinfección se describen en el capítulo 3 y las vacunas en el capítulo 11. La restricción del acceso a las personas o áreas infectadas mediante cuarentena ayudó a impedir la diseminación del virus de la viruela, lo que unido a una vacuna eficaz y a un programa de vacunación mundial permitió la eliminación del virus. El conocimiento de las características epidemiológicas del microorganismo ayuda a determinar la posibilidad de exposición y a identificar a las personas con riesgo de infectarse. Esto incluye la forma de diseminación, el vector (si existe), la distribución geográfica y la presencia estacional del microorganismo, así como la influencia de la salud, la genética, los hábitos y el estilo de vida personales, que aumentan el riesgo de infección y de enfermedad. Preguntar a un paciente si ha viajado recientemente se ha convertido en una pregunta clave a la hora de establecer el diagnóstico y es una indicación de la globalización de la enfermedad. ## 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, las generaciones presentes y futuras continuarán 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. ## El microbioma humano en los estados de salud y enfermedad Hasta el momento del nacimiento, el feto humano vive en un entorno muy protegido y prácticamente estéril; sin embargo, esta situación cambia rápidamente cuando el lactante está expuesto a bacterias, arqueas, hongos y virus procedentes de la madre, de otros contactos próximos y del entorno. En los años siguientes se formarán comunidades de organismos (microbiota o flora normal [tabla 2.1]) en la superficie de la piel, las fosas nasales, la cavidad bucal, los intestinos y el aparato genitourinario. El objetivo de este capítulo es conocer la participación de estas comunidades en las funciones metabólicas e inmunitarias de las personas sanas, los factores que regulan la composición de estas comunidades y cómo las alteraciones de estas comunidades pueden dar lugar a enfermedades. ## Proyecto Microbioma Humano Nuestro conocimiento actual del microbioma tiene sus raíces en el éxito de la finalización del Proyecto Genoma Humano, que fue un programa internacional de 13 años de duración iniciado en 1990 que determinó las secuencias de los aproximadamente 3.000 millones de nucleótidos que componen los 23.000 genes codificadores de proteínas que forman el ácido desoxirribonucleico (ADN) humano. De manera muy similar a los intentos de enviar un hombre a la Luna, el principal legado de este trabajo fue el desarrollo de tecnologías que permiten la generación y el análisis de grandes cantidades de datos de secuenciación de ADN y ácido ribonucleico (ARN). El Proyecto Genoma Humano se siguió del Proyecto Microbioma Humano, que fue un estudio multinacional de 5 años de duración para analizar la composición genética de las poblaciones microbianas que viven en el interior y en la superficie de los adultos sanos (microbioma). Para poner en perspectiva la complejidad de este programa se estima que las células bacterianas superan a las células humanas del huésped en una proporción de 10:1 y que la población bacteriana aporta al menos 300 veces más genes formadores de proteínas específicas. El Proyecto Microbioma Humano se puso en marcha en 2007 con la recogida de muestras de la nariz, la boca, la piel, el intestino y la vagina de voluntarios adultos sanos. Se identificaron los microorganismos mediante la secuenciación de regiones específicas del gen 16S del ARN ribosómico, y la información sobre el contenido génico de toda la población se determinó mediante la secuenciación de todo el genoma de un grupo de muestras. Estos análisis mostraron que hay una importante variación en la composición de especies y de genes de unas personas a otras y en diferentes partes del cuerpo. Por ejemplo, las bacterias que colonizan el intestino son diferentes de las que hay en la boca, la piel y otras partes del cuerpo. La parte del cuerpo con la mayor diversidad taxonómica y genética fue el intestino, y la vagina fue la menos compleja. Diversos microentornos, como distintas regiones de la boca, el intestino, la superficie cutánea y la vagina, también tenían su propio microbioma específico (fig. 2.1). ## Tabla 2.1 Glosario de términos | Término | Definición | |---|---| | Microbiota | Comunidad de microorganismos que viven en el interior y exterior del individuo; puede variar mucho dependiendo del entorno y los nichos del huésped en estados de salud y enfermedad | | Flora normal | Microbiota | | Microbioma | Conjunto de genomas microbianos que aparecen en la microbiota | |Microbioma central | Especies microbianas compartidas habitualmente entre diversas personas en partes del cuerpo específicas; aunque generalmente están representadas por un escaso número de especies, forman la mayor proporción de la población microbiana | | Microbioma secundario | Especies microbianas que contribuyen a la diversidad específica de los individuos en partes del cuerpo concretas; habitualmente están presentes en cantidades proporcionalmente pequeñas | | Redundancia funcional | Funciones necesarias (p. ej., metabolismo de nutrientes, regulación de la respuesta inmunitaria) que realizan los diversos miembros de la microbiota | | Diversidad taxonómica | Número variable de especies que forman la microbiota | | Proteómica | Estudio de los productos proteicos de la población del microbioma | | Metabolómica | Estudio de la actividad metabólica de la población del microbioma | | Prebiótico | Ingrediente alimentario que estimula la proliferación de uno o más miembros de la microbiota | | Probiótico | Microorganismo vivo que, cuando se ingiere, se cree que ofrece beneficios al huésped | ## Microbioma central La mayoría de las personas comparten un microbioma nuclear, que se define arbitrariamente como las especies que están presentes en una localización específica en al menos el 95% de las personas. Los máximos números de especies compartidas están presentes en la boca, seguida por la nariz, el intestino y la piel, y el menor número de especies compartidas se encuentra en la vagina. Además, los pequeños números de especies que forman el microbioma nuclear son las especies más numerosas, que representan la mayor parte de la población total, mientras que la porción restante de la población (microbioma secundario) está formada por pequeñas cantidades de muchas especies que pueden no estar ampliamente compartidas por diversas personas. Esto implicaría que los miembros del microbioma nuclear tienen una importancia fundamental porque aportan funciones esenciales que se deben conservar para mantener unas actividades metabólicas e inmunitarias normales, y que las funciones que aporta el microbioma secundario también tienen una importancia fundamental, aunque pueden ser aportadas por diversos microorganismos. En otras palabras, aunque hay una gran variación de especies de unas personas a otras, hay menos variación en la composición genética de cada parte del cuerpo. La diversidad taxonómica de una población es elevada, aunque las propiedades funcionales están muy conservadas (redundancia funcional) en los microbiomas asociados al estado de salud. Esto no es sorprendente si se tiene en consideración que el microbioma es una comunidad que mantiene una relación simbiótica con su huésped, aportando funciones metabólicas necesarias, estimulando la inmunidad innata e impidiendo la colonización por patógenos no deseados. Por tanto, puede haber variaciones interpersonales del microbioma en personas sanas siempre que se satisfagan las funciones necesarias. ## Fig. 2.1 Distribución topográfica de las bacterias en regiones de la piel. Como en otras partes del cuerpo, la distribución del microbioma cutáneo depende del microentorno de la zona de la que se ha obtenido la muestra, como superficies sebáceas u oleosas (círculos azules), húmedas (círculos verdes) y secas y planas (círculos naranja). (De Grice, E., Segre, J., 2011. The skin microbiome. Nat Rev Microbiol 9:244-253.) ## Microbiota con depleción ## Fig. 2.2 Protección por la microbiota intestinal frente a las infecciones intestinales. I) La saturación de los puntos de colonización y el consumo de nutrientes limitan el acceso de los patógenos a los tejidos del huésped; II) la microbiota ceba la inmunidad innata mediante la estimulación de la producción de mucina, inmunoglobulina A (IgA) y péptidos antimicrobianos (PAM); III) la microbiota estimula la expresión de interleucina 22 (IL-22), que aumenta la resistencia del epitelio, y de la producción de IL-1ẞ, que favorece la atracción de células inflamatorias. (De Khosravi, A., Mazmanian, S., 2013. Disruption of the gut microbiome as a risk factor for microbial infections. Curr Opin Microbiol 16:221-227.) ## Evolución del microbioma y flora normal La flora normal de una parte concreta del cuerpo está formada por una comunidad específica de microbiota nuclear y secundaria que ha evolucionado mediante una relación simbiótica con el huésped y una relación competitiva con otras especies. El huésped ofrece un lugar que colonizar, nutrientes y cierta protección frente a especies no deseadas (respuestas inmunitarias innatas). Los microorganismos aportan funciones metabólicas necesarias. estimulan la inmunidad innata y reguladora e impiden la colonización por patógenos no deseados (fig. 2.2). La capacidad de tolerar la cantidad de oxígeno o la falta de esta (estado de oxidorreducción) y el pH y la concentración de sales, además de la fijación de minerales esenciales, la captación y el metabolismo de los nutrientes disponibles, determinan el número y la naturaleza de las especies que pueblan una parte del cuerpo. Las bacterias anaerobias o anaerobias facultativas colonizan la mayoría de las partes del cuerpo debido a la falta de oxígeno en zonas como la boca, el intestino y el aparato genitourinario. La composición de la microbiota depende de la higiene personal (p. ej., uso de jabón, desodorantes, colutorios, exfoliación cutánea, enemas, duchas vaginales), la alimentación, la fuente del agua de bebida, los fármacos (especialmente antibióticos) y la exposición a toxinas ambientales. Beber agua de pozo o agua clorada del suministro de una ciudad, o consumir una alimentación que incluye más o menos fibra, azúcar o grasas, puede seleccionar diferentes bacterias intestinales debido a su capacidad de utilizar los minerales (p. ej., hierro) y los nutrientes esenciales. La alteración del entorno con alimentos o fármacos también puede modificar la microbiota (fig. 2.3). Estos cambios pueden ser aceptables si se mantienen el microbioma y las propiedades funcionales básicas del microbioma, aunque pueden producir enfermedades si se pierden estas funciones. Históricamente, la principal preocupación con el uso de antibióticos de amplio espectro era la selección de bacterias resistentes; sin embargo, la alteración del microbioma y la pérdida de funciones esenciales deberían ser problemas más preocupantes. De las aproximadamente 200 especies únicas de bacterias que colonizan el intestino, la mayoría pertenecen a los filos Actinobacteria (p. ej., Bifidobacterium), Bacteroidetes (p. ej... Bacteroides) y Firmicutes (p. ej., Eubacterium, Ruminococcus, Faecalibacterium, Blautia). Debe señalarse que no se reconoció la importancia de muchas de estas bacterias antes de que se utilizara la secuenciación génica para identificar y cuantificar la microbiota intestinal. En el colon, algunas bacterias libran una guerra entre especies para establecer su nicho con bacteriocinas (p. ej., las colicinas producidas por Escherichia coli), otras proteínas antibacterianas y metabolitos que impiden la proliferación de otras especies. Estas moléculas también benefician al huésped mediante la eliminación de bacterias invasoras, como Salmonella, Shigella, Clostridium difficile, Bacillus cereus y otros patógenos. Las bacterias también deben resistir a los péptidos antimicrobianos y la inmunoglobulina A producida por el huésped y liberada hacia el intestino. El metabolismo de los nutrientes tiene una importancia fundamental en la relación simbiótica entre el huésped humano y los microorganismos. Las bacterias del intestino humano son responsables de metabolizar carbohidratos complejos (como la celulosa) para dar ácidos grasos de cadena pequeña como acetato, propionato y butirato, que se pueden transportar y utilizar fácilmente en las células de nuestro cuerpo. Estos ácidos también limitan la proliferación de bacterias indeseadas. Otras bacterias se nutren de los carbohidratos, las mucinas que tapizan el epitelio o los aceites liberados con nuestro sudor. Bacteroidetes y Firmicutes son más eficientes que otros microorganismos en la degradación de carbohidratos complejos, incluyendo los compuestos de la pared de las células vegetales (celulosa, pectina y xilano), además de carbohidratos derivados del huésped, como los que