Microbiología Clínica: Bacterias PDF

MICROBIOLOGÍA CLÍNICA Bacterias 2  / 1. Introducción y contextualización práctica 3 / 2. Bacterias. Principales características...

MICROBIOLOGÍA CLÍNICA Bacterias 2  / 1. Introducción y contextualización práctica 3 / 2. Bacterias. Principales características 4 / 3. Estructuras bacterianas más representativas 4 3.1. Movilidad bacteriana 6 / 4. Caso práctico 1: “Morfología bacteriana. Ejemplo de agrupación bacteriana” 6 / 5. Reproducción bacteriana 7 / 6. Caso práctico 2: “Origen de las pruebas bioquímicas” 8 / 7. Taxonomía bacteriana 9 / 8. Bacterias Gram positivas más representativas 10 8.1. Bacterias Gram negativas más representativas 11 / 9. Patologías asociadas a bacterias 12 / 10. Caso práctico 3: “Infección por Staphylococcus aureus” 13 / 11. Resumen y resolución del caso práctico de la unidad 13 / 12. Bibliografía 14 © MEDAC ISBN: 978-84-19348-95-1 Reservados todos los derechos. Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción, transmisión y distribución total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, incluidos la reprografía y el tratamiento informático.  Estudiar las particularidades de las bacterias como grupo taxonómico. Conocer los principales grupos bacterianos con capacidades patógenas. Comprender cómo las particularidades propias de estos microorganismos influyen en la identificación y posterior tratamiento. / 1. Introducción y contextualización práctica Una vez vistos, en la unidad anterior, los distintos tipos de microorganismos existentes en la naturaleza, en el presente tema profundizaremos en las particularidades de las bacterias. En este sentido, será necesario aprender a reconocer las estructuras propias de estas, pudiendo así identificar las diferencias entre unas y otras. Estas diferencias, además, son las que determinarán el tratamiento a aplicar, por lo que es necesario tenerlas en mente durante las distintas pruebas que ayuden a aislar y cultivar bacterias. A continuación, vamos a plantear un caso a través del cual podremos aproximarnos, de forma práctica, a la teoría de este tema. Escucha el siguiente audio, donde planteamos la contextualización práctica de esta unidad. Encontrarás su resolución en el apartado ‘Resumen y resolución del Fig.1. Esquema de formas bacterianas en manuales de principios del caso práctico’. siglo XX. Audio intro. “Otra vez antibióticos” https://bit.ly/3qwhszl  TEMA 2. BACTERIAS Microbiología clínica /4 / 2. Bacterias. Principales características Como ya vimos en el primer tema, existe un grupo de seres vivos de organización celular procariota (sin núcleo celular definido) y unicelulares. Hablamos de las bacterias, microorganismos de gran importancia para el ser humano por sus implicaciones médicas, alimentarias y tecnológicas, y de cuyo estudio se encarga una rama de la biología denominada bacteriología. Como procariotas, las bacterias carecen de núcleo, tienen un genoma y ribosomas, pero no verdaderos orgánulos. Por ello las distinguiremos por otras estructuras adicionales, como pueden ser la pared celular o bacteriana, la presencia de una cápsula, elementos motrices o elementos concretos que funcionan como antígenos. Las bacterias son un grupo bastante abundante y heterogéneo, adaptadas a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático, incluso cuando las condiciones del medio les sean adversas. Esto es gracias a la diversidad de sustancias que pueden usar como aceptores de electrones en sus rutas metabólicas (aceptores que utilizan para oxidar totalmente un sustrato y obtener energía) y la capacidad de muchas de formar esporas, células especializadas no reproductivas (no todas) ENDOSPORAS BACTERIANAS que aseguran la supervivencia de la bacteria cuando las condiciones ambientales son desfavorables. En el ámbito de la microbiología clínica, las bacterias que nos interesan son patógenas. Estos patógenos suelen ser siempre heterótrofos, y nos usan como fuente de materia orgánica. Para realizar sus procesos, además, pueden requerir oxígeno (aerobias) o la ausencia del mismo (anaerobias), incluso algunos grupos toleran las dos condiciones (anaerobias facultativas). En general, las bacterias patógenas en humanos tienen tamaños relativamente estables. En la naturaleza existen bacterias gigantes, pero las que estudiaremos suelen ser mucho menores que las células humanas. Fig.2. Estructura genérica de una bacteria. / 3. Estructuras bacterianas más representativasjIMPORTANTEL d Se ha señalado anteriormente que podemos diferenciar grupos representativos de bacterias en función de estructuras concretas. Para ello, debemos comprender mejor estas estructuras. Podemos diferenciar en las bacterias las siguientes estructuras: Pared celular o bacteriana. Envoltura rígida situada externamente a la membrana plasmática, da forma a la bacteria. Compuesta por peptidoglucanos o mureína, macromoléculas que aportan rigidez. Gracias a la pared celular, podremos diferenciar dos grandes grupos: » Gram positivas, bacterias que se tiñen de color morado con la tinción de Gram. Tienen una pared celular simple y gruesa. Más difíciles de ver » Gram negativas, bacterias que se tiñen de color rosado-rojizo con la tinción de Gram. Tienen una pared más fina y una membrana externa.  TEMA 2. BACTERIAS /5 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional Existen excepciones a esta generalidad. Membrana plasmática. Similar al modelo de bicapa lipídica de las células eucariotas, formada por fosfolípidos principalmente. Se caracteriza por tener unas invaginaciones llamadas mesosomas, que contienen sistemas enzimáticos los cuales les permiten realizar procesos como la respiración celular o la duplicación del ADN. La membrana plasmática envuelve al citoplasma. Citoplasma. De composición semejante a cualquier célula, con ribosomas, pero sin verdaderos orgánulos. Nucleoide. Región del citoplasma donde se localiza el material genético o ADN bacteriano. No existe membrana nuclear rodeando a este material. Flagelos, fimbrias y pili. Prolongaciones exteriores que ayudan a la locomoción y determinan su forma de vida. Se diferencian porque: » Los flagelos suelen ser pocos y grandes. » Las fimbrias suelen ser muchas y pequeñas. » Los pili conectan bacterias. El número y localización de estas estructuras es importante. A continuación, en el siguiente apartado de la unidad, ampliaremos el contenido sobre movilidad bacteriana. Fig.3. Esquema de la pared bacteriana.  TEMA 2. BACTERIAS Microbiología clínica /6 3.1. Movilidad bacteriana Aunque tratemos a las bacterias de forma colectiva, no hay que olvidar que cada una de ellas es un organismo con comportamiento propio. Cada bacteria posee una bioquímica determinada, pero también movimiento, que se puede producir: De forma activa, por ejemplo, usando flagelos para impulsarse por el medio con un gasto energético o empleando otras estructuras externas como los pili. Estos movimientos responden generalmente a una taxia. Cuando hablamos de taxia nos referimos a un movimiento causado por un estímulo, sea para acercarse o alejarse. La bacteria capta el estímulo y se mueve de forma activa. Se clasifican por la naturaleza del estímulo: » Quimiotaxia. Responde a gradientes de concentración de químicos concretos como, por ejemplo, nutrientes. » Fototaxia. Fuentes de luz. » Termotaxia. Gradientes de temperatura. » Hidrotaxia. Presencia de agua. » Tigmotaxia. Esfuerzo mecánico, como vibración o presión. » Geotaxia. Aceleraciones, como la gravedad. De forma pasiva. Las bacterias también pueden desplazarse por el medio o adherirse a superficies, pero estos procesos no responden a Fig.4. Distintas ordenaciones de los flagelos una taxia. bacterianos. Audio 1. “Nota sobre la movilidad” https://bit.ly/3IyRAsR / 4. Caso práctico 1: “Morfología bacteriana. Ejemplo de agrupación bacteriana” Planteamiento: Además de poder clasificar a las bacterias por sus requerimientos nutricionales o por su movilidad, también podemos diferenciarlas por su morfología. Podemos encontrar los siguientes tipos básicos: Cocos, con forma esférica. Bacilos, forma alargada, de bastoncillo. Helicoidales, espirales de distintas formas y comportamiento. Existen excepciones, pero lo más común es que estas formas básicas se agrupen creando grupos de dos o cuatro, llegando a disponerse en cadenas o grupos irregulares.  TEMA 2. BACTERIAS /7 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional I Un punto muy importante a la hora de observar bacterias es ver cómo se ordenan estos microorganismos entre sí; en una muestra de una infección habrá muchas bacterias y será necesario atender a cómo se agrupan. Nudo: ¿En qué puede ayudarnos conocer cómo se agrupan las bacterias? ¿A qué se deben estas agrupaciones? Desenlace: La respuesta es simple. Debido a la forma de saber Identifia e vida y la reproducción de las bacterias, estas presentarán un aspecto característico al microscopio. Así, por ejemplo, las bacterias que no se separen tras dividirse forman ‘diplos’ (dúos), pero si siguen juntas sin dividirse, forman ‘estreptos’ (hilos). Esta ordenación puede variar según la orientación de las divisiones. Este dato es una información adicional que suele tener carácter taxonómico y forma parte de la correcta identificación. Fig.5. Esquema de morfologías y agrupaciones bacterianas. Sabías que... La naturaleza de estas agrupaciones dependerá de los planos y polos que siga la bacteria durante su división. Los estáfalos, por ejemplo, forman racimos, porque rotan el eje de división en cada una de ellas. / 5. Reproducción bacteriana Es extremadamente importante conocer los mecanismos reproductivos de las bacterias, tanto para identificarlas como para tratarlas. De forma básica, las bacterias tienen una reproducción asexual, realizan la fisión bacteriana, un proceso similar a la mitosis. Mediante la fisión bacteriana: La bacteria duplica su material genético y secciona su citoplasma, creando dos células idénticas (no se puede hablar de una célula hija, ya que se trata de dos clones). Esta división implica la creación de un septo en el que la membrana y la pared celular se invaginan para partir la célula. ·solina en e qu Esta división es el método de crecimiento bacteriano, aumenta su número. Pese a tener reproducción asexual, las bacterias son capaces de intercambiar material genético durante su vida normal de unas a otras, mediante tres sistemas: Conjugación. Mediante un pili se transmite directamente. Transformación. Recoge del entorno, por ejemplo, de una bacteria muerta. Transducción. Otro organismo, como un virus, realiza el intercambio del material.  TEMA 2. BACTERIAS Microbiología clínica /8 Este material genético que se intercambia, por lo general, pertenece a plásmidos, pequeños trozos de material genético independientes del genoma bacteriano. Fig.6. Esquema de la fisión bacteriana típica. Investigamos... Hemos mencionado términos típicos de la reproducción bacteriana como, por ejemplo, ‘plásmido’. Estos conceptos tienen implicaciones mucho más allá de la reproducción bacteriana. Te animamos a que realices una búsqueda al respecto para comprobar su influencia. / 6. Caso práctico 2: “Origen de las pruebas bioquímicas” Planteamiento: Actualmente, las pruebas bioquímicas en los laboratorios de microbiología clínica están bien organizadas, con un protocolo propio y acceso a kits comerciales, pero, en los inicios de la microbiología, estas pruebas formaban tanto una herramienta de identificación como una de estudio: cambiar distintos componentes y características de los cultivos permitía aislar nuevas bacterias o descubrir maneras de combatirlas, ya que las bacterias son selectivas para determinados medios y metabolitos. Nudo: ¿A qué se debe esta selectividad que tienen las bacterias por distintos medios y metabolitos? Fig.7. Medio diferencial ‘Agar TSI’ (agar- hierro-triple azúcar). Distingue de forma Desenlace: Una vez más, debemos recordar que tratamos con organismos visual distintos procesos metabólicos en una vivos y estos tienen un metabolismo propio. sola prueba.  TEMA 2. BACTERIAS /9 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional De la misma manera que un humano no puede digerir celulosa o necesita ciertas vitaminas, distintas especies de bacterias tienen requisitos o cualidades distintas (relacionadas, por ejemplo, con nutrientes o con sustancias antibióticas), lo que significa que se pueden preparar medios capaces de distinguir entre especies bacterianas de distinta naturaleza. Sabías que... El medio de cultivo de la Figura 7 distingue entre grupos de bacterias concretos, es un ejemplo muy elegante de cómo usar la bioquímica para lograr herramientas sencillas. Con observar los cambios de color, podremos interpretar los resultados, sin necesidad de equipos complejos. / 7. Taxonomía bacteriana La clasificación bacteriana ha ido evolucionando y cambiando constantemente debido al continuo avance científico y tecnológico, de ahí que la nomenclatura que se ha ido utilizando haya quedado obsoleta cada poco tiempo: Originalmente, las pruebas se basaban en fenotipos, clasificación por caracteres que tiene gran peso en los métodos para identificar microorganismos. Otro tipo de pruebas eran las basadas en las técnicas filogenéticas, que usan diferencias en el material genético. El resultado no tiene por qué coincidir exactamente con la clasificación fenotípica. entre ambas Actualmente, se usa una aproximación polifásica, es decir, una aproximación donde se ponderan tanto las pruebas basadas en fenotipos como las fundamentadas en técnicas filogenéticas. Existen distintos manuales y colecciones tipo para su clasificación e identificación. La taxonomía está, por lo tanto, muy ligada a: Los caracteres con capacidad de diferenciar entre especies, es decir: » Su forma y agrupación (cocos, bacilos, etc.). » Su requerimiento de oxígeno (aerobias, anaerobias…). » El pH en que se desarrollan (acidófilas, neutrófilas y basófilas). » Su temperatura óptima para crecer: termófilas (50-60 °C), mesófilas (20-40 °C) y psicrófilos (10-20 °C). » Los requerimientos nutricionales (autótrofas o heterótrofas). » Su pared celular (Gram positiva o Gram negativa). » Etc. La historia evolutiva de las mismas, buscando ordenar las especies en relaciones de parentesco.  TEMA 2. BACTERIAS Microbiología clínica / 10 Un ejemplo de clasificación bacteriana puede ser atendiendo a los resultados obtenidos de la tinción de Gram; en los próximos apartados, destacaremos algunos de los géneros bacterianos más representativos de bacterias Gram positivas y bacterias Gram negativas. Fig.8. Taxonomía general. En las bacterias puede verse que los grandes grupos están ordenados y nombrados por las características mencionadas durante la unidad, como, por ejemplo, la tinción de Gram. IMPORTANTE / 8. Bacterias Gram positivas más representativas Atendiendo a los resultados de la tinción de Gram, podemos diferenciar entre bacterias Gram positivas y bacterias Gram negativas. En relación con las bacterias Gram positivas, y diferenciándolas según su forma y agrupación, los géneros más representativos son: Cocos grampositivos. Tres grandes géneros, todos anaerobios facultativos. » Streptococcus. Se aíslan en medios de agar sangre. Se agruparán por su capacidad hemolítica. Destaca la especie Streptococcus pneumoniae (microorganismo relacionado con patologías como la meningitis o la neumonía). » Staphylococcus. Típicos de piel y mucosas, virulentos. No todos son patógenos. Destaca la especie Staphylococcus aureus (también, al igual que S. pneumoniae, relacionada con enfermedades como la meningitis o la neumonía). » Enterococcus. Causan infecciones urinarias y abdominales. Bacilos grampositivos. Cuatro géneros con importancia clínica. Aerobios o anaerobios facultativos y catalasa positivos. Las colonias muestran características distintivas. » Bacilus. Forman esporas de resistencia. Destaca la especie Bacillus anthracis (causa la enfermedad denominada carbunco). Las demás suelen ser oportunistas. » Listeria. Cocobacilos sin cápsula, son oportunistas. Destaca la especie Listeria monocytogenes (causante de la listeriosis). Móviles a baja temperatura. » Corynebacterium. Bacterias inmóviles y sin cápsula. Requieren biotina para crecer. Destaca la especie Corynebacterium diphtheriae (microorganismo causante de la difteria).  TEMA 2. BACTERIAS / 11 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional » Nocardia. Aerobios estrictos, filamentosos, inmóviles y catalasa positivos. Son difíciles de distinguir entre sí. Fig.9. Streptococcus pneumoniae. Curiosamente, en esta microscopía la especie se presenta como diplococos, en parejas. 8.1. Bacterias Gram negativas más representativas En cuanto a las bacterias Gram negativas, y siguiendo la diferenciación según su forma y agrupación, podemos citar: Bacilos gramnegativos. En lugar de familias taxonómicas, se engloban en grupos clínicos. » Enterobacterias. Patógenos y oportunistas, generalmente habitan el digestivo. Dentro de las enterobacterias, podemos destacar la especie Escherichia coli, microorganismo hallado en las heces; se aísla del tubo intestinal de los animales de sangre caliente. » No fermentadores. Oportunistas en su mayoría, son difíciles de identificar. Dentro de este grupo podemos destacar las especies Pseudomonas aeruginosa y Acinetobacter baumanii. » Exigentes. Difíciles de detectar. Suelen requerir medios moleculares o genéticos. Hay bastantes géneros de interés, entre ellos Haemophilus, Bordetella o Legionella. » Otros. Microorganismos que se aíslan en medios acuáticos. Los más importantes son el género Aeromonas (bacterias asociadas a alteraciones en el organismo del tipo gastroenteritis) y la especie Vibrio cholerae (bacteria causante de la enfermedad del cólera). Cocos gramnegativos. Se identifican mediante una combinación de medios de cultivo y pruebas de azúcares. Entre todas las bacterias Gram negativas con forma de coco, podemos destacar el género Neisseria y la especie Moraxella catarrhalis. » Neisseria. Suelen atacar la faringe. Destacan el meningococo y el gonococo también. La especie Neisseria gonorrhoeae es la causante de la gonorrea. Fig.10. Microscopía electrónica de barrido » Moraxella catarrhalis. Infecciones respiratorias difíciles de de Escherichia Coli. Esta enterobacteria es, eliminar. quizás, la bacteria más estudiada del mundo. Vídeo 1. “Chlamydia, Mycoplasma y IMPORTANTE Rickettsia” https://bit.ly/35dK6Oi MUCHO  TEMA 2. BACTERIAS Microbiología clínica / 12 / 9. Patologías asociadas a bacterias Durante los apartados anteriores, se han ido mencionando algunas enfermedades de gran importancia, pero merece la pena profundizar en el peso de estos patógenos en la vida humana. Las infecciones bacterianas representan gran parte de las infecciones y enfermedades que han acosado al ser humano durante toda su historia. Estas patologías casi siempre van acompañadas de fiebre, que es un mecanismo del cuerpo para combatirlas. Algunas de ellas han sido tan importantes como la peste bubónica producida por la especie Yersinia pestis, que arrasó el mundo medieval, o el cólera, generado por la especie Vibrio cholerae, que fue uno de los factores limitantes en el desarrollo de las ciudades. Otras infecciones de gran importancia son: Las meningitis, enfermedad que puede ser causada por especies bacterianas como Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis o Haemophilus influenzae. El tétano, producido por la especie Clostridium tetani, bacilo Gram positivo. Distintos tipos de fiebres: Fiebre tifoidea (causada por la especie Salmonella typhi), borreliosis (causada por algunas de las bacterias del género Borrelia), etc. Infecciones oportunistas del aparato digestivo o el urinario (por ejemplo, la especie Escherichia coli enterotoxigénica). La rickettsiosis, originada por el género bacteriano Rickettsia, género dentro del grupo de bacterias Gram negativas. Etc. Por suerte, la medicina moderna ha ido estudiando maneras de combatir la mayoría de estas patologías. Fig.11. Mapa de distribución de una epidemia de cólera en Londres, por John Snow.  TEMA 2. BACTERIAS / 13 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional / 10. Caso práctico 3: “Infección por Staphylococcus aureus” Planteamiento: Vamos a ejemplificar lo aprendido durante la unidad con un caso práctico relacionado con la especie bacteriana Staphylococcus aureus. Se trata de una especie de especial importancia clínica, ya que es la principal causante de las infecciones nosocomiales. Nudo: ¿Qué características presenta esta especie?, ¿qué detalles de interés debemos conocer? Desenlace: Esta bacteria es ubicua, forma parte del microbiota normal en un individuo sano, pero puede actuar sobre mucosas o heridas abiertas y en pacientes de riesgo originando complicaciones en la salud. Como su nombre indica, Staphylococcus aureus es un coco que se agrupa en racimos y sus colonias tienen color dorado. Se puede aislar e identificar mediante una serie de pruebas y cultivos. Es causante de una variedad de síntomas que van desde toxicidad (especialmente en el aparato digestivo), hasta inflamaciones supurativas. Puede infectar de forma oportunista zonas muy delicadas como, por ejemplo, el corazón o las meninges. Como dato curioso, cabe destacar que su presencia en hospitales ha ido incrementando con el tiempo. Un problema común con sus cepas es que desarrollan resistencias a antibióticos habituales (por ejemplo, la penicilina), por lo que es necesario desarrollar protocolos muy estrictos en su tratamiento. Fig.12. Kit de identificación de Staphylococcus aureus. / 11. Resumen y resolución del caso práctico de la unidad Las bacterias son microorganismos que forman parte del ecosistema y los ciclos naturales; muchas de estas originan infecciones en el ser humano, infecciones bacterianas que han sido, durante toda la historia, algunas de las principales causas de enfermedad y muerte en nuestra sociedad. Conocerlas y aprender a combatir las especies patógenas ha supuesto un incremento radical en la esperanza y la calidad de la vida humana. En nuestro trabajo, debemos familiarizarnos con los distintos grupos de bacterias, así como con las herramientas para identificarlas, ya sean técnicas fenotípicas, genotípicas o inmunológicas. Conocerlas a fondo nos permitirá entender el motivo de las pruebas y comprender e interpretar los resultados.  TEMA 2. BACTERIAS Microbiología clínica / 14 En la siguiente imagen encontrarás el esquema resumen del tema. Procariotas Principales características de las bacterias Bacterias patógenas: heterótrofas Pared celular Morfología y estructuras bacterianas más representativas Membrana plasmática BACTERIAS Citoplasma, nucleoide y estructuras de locomoción Reproducción bacteriana Bacterias patógenas: heterótrofas Bacterias Gram positivas más representativas Taxonomía bacteriana Bacterias Gram negativas más representativas Patologías asociadas a bacterias Fig.13. Esquema resumen del tema. Resolución del caso práctico de la unidad Antón ha vuelto a actuar de forma prematura. El personal le ha regañado porque ha usado antibióticos sin haber identificado la infección ni preparar un tratamiento concreto. Este tipo de comportamientos ponen en riesgo futuro a este paciente y a muchos más por potenciales adaptaciones de la infección. Por suerte, no era un caso grave y el personal pudo tratarlo adecuadamente favoreciendo una rápida recuperación. / 12. Bibliografía Prats, G. (2012). Microbiología y parasitología médicas (1.ª ed.). Editorial Médica Panamericana. Prats, G. (2006). Microbiología Clínica/ Clinical Microbiology. Editorial Médica Panamericana. Murray, P. R. (2022). Microbiología Médica (5.ª ed.). Elsevier España. Ruiz, E., Osante, N., Ruiz Ruiz, E. y Porres Osante, N. (2018). Microbiología clínica. Paraninfo. Madigan, M. T. (2015). Brock: Biología de los microorganismos (14.ª ed.). Pearson Educación.