Microbiología: Conceptos, Clasificación y Relaciones entre Seres Vivos

Introducción a la Microbiología

1.1. Concepto de Microbiología

La microbiología comprende el estudio de los microorganismos, que constituyen un amplio y diverso grupo de seres vivos de pequeño tamaño que pueden presentarse como células individuales o como agrupaciones de células. Hongos, protozoos, helmintos (gusanos) son parásitos eucariotas. Virus (ADN, ARN) y priones (proteínas) son acelulares.

Células Microbianas

Distintas a las células vegetales y animales, ya que estas son capaces de crecer y reproducirse como seres aislados e independientes, mientras que las animales y vegetales no son capaces de vivir solas en la naturaleza, sino en grupos.

Excepciones

Los virus no son considerados como células, ya que no poseen muchos de los atributos de las mismas, y solo los adquieren cuando parasitan a otra célula.

Célula Procariota y Eucariota

Diferencia: en la estructura.

• Eucariota: núcleo verdadero, aislado del citoplasma por membrana nuclear que encierra en su interior los cromosomas.
• Procariota: no núcleo verdadero, no membrana nuclear ni cromosomas, y el material genético lo constituye una única molécula de ADN desnuda.

Procariota

• Pared celular: químicamente compleja. Poseen ácido murámico (mureína), componente exclusivo de los procariotas.
• Composición del citoplasma: muy rico en ribosomas y pobre en el resto de orgánulos. Carece de mitocondrias, aparato de Golgi, etc.
• Región nuclear (diferencia más importante): carecen de membrana nuclear.
• ADN: consta de una sola membrana.
• Reproducción sexual: sin meiosis previa.
• Mitocondrias: no las poseen. La función respiratoria se produce en la membrana citoplasmática (mesosoma).
• Ribosomas: poseen un índice de sedimentación de 70S.

Eucariota

• Pared celular: cuando existe, está compuesta de materiales simples orgánicos e inorgánicos, solo en células vegetales.
• Composición del citoplasma: poseen prácticamente todos los orgánulos.
• Región nuclear (diferencia más importante): sí poseen membrana nuclear.
• ADN: posee varios cromosomas.
• Reproducción sexual: le precede la meiosis. Reducción cromosómica.
• Mitocondrias: las poseen, actuando estas como sistema respiratorio.
• Ribosomas: poseen un índice de sedimentación de 80S.

1.2. Generación Espontánea

Por la lentitud de la comunicación, no se empieza a investigar justamente después de su descubrimiento.

Dos hipótesis:

1. Teoría de la generación espontánea: que afirma que los microorganismos se generan espontáneamente de la materia orgánica en descomposición.
2. Sostiene que cada microbio procede de un microorganismo idéntico al antecedente.

Pasteur: se oponía a la primera hipótesis, y demostró que en el aire había estructuras muy parecidas a los microorganismos vistos en las materias putrefactas; por eso hizo pasar el aire a través de filtros de algodón cuyas fibras detienen las partículas sólidas, posteriormente se disolvía el algodón y se observaban los microorganismos al microscopio, y de aquí sale el origen del tapón. Recipiente de cuello largo y curvo que permite intercambio de aire interior-exterior, quedando así en las paredes las partículas de polvo y bacterias.

1.3. Teoría de la Enfermedad

Hasta el siglo XIX no se descubre que los microbios causan enfermedad.

Koch: demostró la existencia de bacterias patógenas y el germen Bacillus anthracis, causante del carbunco. Demostró que los microorganismos son agentes responsables de enfermedades infecciosas cogiendo sangre de un animal enfermo de carbunco, aislando el germen, que creció e inyectó en otro animal, logrando así que el otro reprodujera la enfermedad a partir del cultivo del microorganismo.

1.4. Quimioterapia Microbiológica

Tratamiento con sustancias químicas antimicrobianas. En el siglo XVII se conocía la acción de la quinina en el paludismo. La era científica empieza con el descubrimiento de la arsefenamina en 1909 por P. Ehrlich. Se emplean las sulfamidas como sustancia antibacteriana, G. Domagk 1935. Después, la era de los antibióticos, con el descubrimiento de la penicilina por A. Fleming en 1929, aunque no se utilizó hasta 1940.

2. Taxonomía y Nomenclatura de los Seres Vivos

Taxonomía: disciplina científica que se ocupa de la clasificación y nomenclatura de los seres vivos.

Siglo XVII: inicio de la taxonomía moderna por el sueco Lineo, que añadiendo una palabra al nombre del género, permitía identificar la especie, sistema bidominal, un nombre genérico y otro específico, sistema que se utiliza en la actualidad.

2.1. Criterios Taxonómicos

A lo largo del tiempo han ido cambiando los criterios de elección de las características fundamentales. Hoy en día se emplean como criterios taxonómicos características bioquímicas, inmunológicas, de hibridación del ADN, e incluso patrones de comportamiento. Aplicar correctamente los criterios de clasificación correctos proporciona una abundante información sobre las características biológicas del organismo.

2.2. Sistemática

¿A qué se deben las semejanzas?

Teoría de la evolución: los organismos vivos van cambiando a lo largo del tiempo y a partir de un grupo antecesor, aparecen nuevos grupos relacionados con él, y con características semejantes entre sí.

Objetivo sistemático o taxonomía evolutiva: clasificación de los seres vivos atendiendo al parentesco evolutivo.

2.3. Nomenclatura

Los nombres científicos aplicados a las especies biológicas siguen reglas determinadas.

Nomenclatura bidominal: dos palabras latinas o latinizadas y en cursiva. La primera palabra (nombre genérico) es común a todas las especies del mismo género, con la letra inicial en mayúscula. La segunda palabra identifica la especie dentro del género y se escribe en minúscula.

2.4. Categorías Taxonómicas

Taxones: grupos que se establecen para clasificar los seres vivos.

En el sistema de Lineo, la unidad fundamental es la especie, que está constituida por todos los individuos con características estructurales y funcionales semejantes, que se reproducen entre ellos y originan una descendencia fértil, y que tienen una misma ascendencia. Varias especies forman un género. Varios géneros que presentan características comunes forman una familia. Varias familias agrupan un orden. Un orden forma una clase. Varias clases, un taxón llamado división (en caso de plantas u hongos) o Phylum (en caso de animales y protoctistas). Varias divisiones o phylum forman un reino. El conjunto de reinos forman un Dominio.

3. Los Grandes Grupos de los Seres Vivos

Lineo admitía solo dos reinos: animal y vegetal. Más tarde, Haeckel añade el reino protoctista, constituido por organismos unicelulares eucariotas. Whittaker incorpora el reino fungi (hongos) y monera (bacterias). La definición más amplia del reino protoctista incluye organismos unicelulares y pluricelulares, y algunos hongos inferiores. El tipo de célula (eucariota o procariota) presente en un organismo es una importante característica, por lo que se crea el taxón Dominio, que agrupa reinos cuyos miembros tienen células de uno u otro tipo.

4. Clasificación

Dominio Procariota

Reino Moneras: bacterias, organismos muy antiguos que forman el grupo que ha dado lugar al resto de grupos de seres vivos. Las bacterias, al tener ADN desnudo, se hallan expuestas a sufrir cambios (mutaciones) que favorecen la adquisición de nuevas capacidades y adaptación al medio. Organismos muy importantes a nivel sanitario como ecológico y resultan imprescindibles en infinidad de procesos biotecnológicos (fermentaciones, ingeniería genética).

Dos grupos de bacterias:

• Arqueobacterias: organismos vivos más semejantes a los primeros seres que aparecieron en la tierra, pared celular y metabolismo diferentes de las del resto de las bacterias. Viven en ambientes muy extremos (temperaturas elevadas, pH ácido).
• Eubacterias: resto de bacterias.

Dominio Eucariota

Reino Protoctista: unicelulares o pluricelulares (aunque nunca forman verdaderos tejidos), heterótrofos (hongos) o autótrofos (algas), alternan las dos formas. Protozoos. Viven ligados a ambientes acuáticos o a líquidos internos, como en el caso de algún parásito.

Reino Hongos: grupo de organismos eucariotas caracterizado por ser portadores de esporas, nutrición por absorción, nutrición heterótrofa, carecer de clorofila, ser capaces de reproducirse tanto asexual como sexualmente. Ciencia que estudia los hongos: micología. Enfermedades producidas por hongos: micosis.

Reino Plantas: organismos eucariotas y pluricelulares, forman verdaderos tejidos y presentan nutrición autótrofa y fotosintética.

Reino Animal: organismos eucariotas pluricelulares; obtienen alimento por ingesta de materia orgánica que forma el cuerpo de otro organismo (plantas o animales), heterótrofos.

5. Formas Acelulares

Virus: parásitos intracelulares obligados, pero que no están formados por células, sino que son un paquete de información genética (ARN o ADN, pero no los dos a la vez), rodeada de una cápside de proteínas. La gran mayoría de ellas no tienen enzimas, por lo que no presentan metabolismo propio. Necesitan parasitar las células de otros organismos para poder reproducirse, el ácido nucleico del virus, tras desalojarse del resto de los componentes, se integra en el ácido nucleico de la célula que parasita y dirige su maquinaria metabólica para reproducirse.

Virión: virus fuera de la célula.

Viroides: moléculas de ARN que carecen de cualquier protección. Causan enfermedades en vegetales, estas moléculas aparecen en el núcleo de la célula hospedadora e interfieren en la regulación de los genes que se expresan.

Priones: partícula patógena constituida por una proteína infecciosa. En estado normal se encuentran en células nerviosas y linfocitos sin ser dañinas, pero pueden alterarse y adquirir su carácter dañino. Pueden provocar enfermedades degenerativas del sistema nervioso, como las encefalopatías espongiformes. Resistentes a los procedimientos que normalmente destruyen bacterias, virus y agentes patógenos que contienen ácido nucleico. Dogma central de la biología.

El Individuo y su Entorno

1. Relaciones entre los Seres Vivos

Los animales se relacionan para conseguir comida. En los ecosistemas se establecen cadenas alimentarias, cadenas tróficas, que representan la secuencia en que unas especies sirven de alimento a otras, de manera que se transfiere la materia y la energía dentro de los diferentes ecosistemas que forman la biosfera. El primer nivel en las relaciones de unos seres vivos con otros, es el conjunto de relaciones entre individuos de la misma especie, que se establecen porque pueden defenderse mejor de sus depredadores, o pueden defender mejor su territorio, o para ejercer sus funciones de reproducción, o para facilitarse la obtención de alimentos (caza en grupo). Por eso todos los individuos de la misma especie que habitan un área determinada están relacionados entre sí.

Población: conjunto de individuos de la misma especie que habita un área determinada y a las relaciones que establecen entre ellos, se les llama relaciones intraespecíficas. Destacamos las familiares, por razón de parentesco; gregarias para el transporte o locomoción de los animales; coloniales, los individuos están unidos físicamente entre sí y se establecen comunicaciones entre ellos, formando colonias. Pólipos (corales) y medusas. También las bacterias crecen en colonias.

1.1. Relaciones Interespecíficas

En un área determinada también hay individuos de distintas especies que pueden depender unos de otros.

Tres tipos:

• En relación con el alimento, ya que unos pueden servir de alimento a otros. Herbívoros se alimentan de plantas, carnívoros de animales herbívoros.
• En relación con la defensa y protección, ya que unas especies se protegen de la agresividad de otras mediante la huida, la ocultación o el ataque.
• En relación con la reproducción, ya que muchas especies necesitan del concurso de otras para reproducirse, como es el caso de las plantas que necesitan de los insectos para polinizar las flores.

Por eso puede decirse que todas las poblaciones de un área determinada están relacionadas entre sí.

Comunidad o Biocenosis: conjunto de todas las poblaciones que habitan un área natural y a las relaciones de dependencia que establecen entre sí los individuos de distintas especies, les llamamos relaciones interespecíficas.

Tipos de Relaciones Interespecíficas

A) Mutualismo y Simbiosis: individuos de las dos especies que se relacionan resultan favorecidos.

• Mutualismo: más corriente entre los animales. Ejemplo: cangrejo ermitaño y las actinias, el primero introduce su abdomen blando en la concha vacía de un caracol marino, y sobre ella fija una o varias actinias; el cangrejo se beneficia porque la actinia le defiende de sus agresores, y la actinia se beneficia porque al desplazarse sobre el cangrejo puede conseguir alimento con más facilidad. En el sistema nervioso no se sintetiza vitamina K en el organismo.
• Simbiosis: propia de las plantas. Se diferencia en que los individuos asociados unen íntimamente sus cuerpos y viven con dificultad por separado. Ejemplo: líquenes, que resultan de la asociación de un alga y un hongo, las algas quedan incluidas en el cuerpo del hongo, ellas quedan beneficiadas porque reciben más humedad y sales minerales y el hongo recibe de las algas los alimentos que sintetizan mediante la función clorofílica.

B) Comensalismo e Inquilinismo: los individuos de una especie quedan beneficiados, y los de la otra no reciben ningún perjuicio.

• Comensalismo: pez rémora que posee una ventosa encima de su cuerpo con la que se fija al vientre del tiburón sin causarle daño, y se suelta para aprovechar los residuos de alimento que dejan los tiburones.
• Inquilinismo: se diferencia en que el individuo beneficiado vive en el interior del otro. Algunos cangrejos que se refugian en el interior de conchas de grandes moluscos.

C) Depredación y Parasitismo: los individuos de una especie quedan beneficiados y los de la otra quedan perjudicados.

• Depredación: individuo de vida libre se alimenta de otro individuo, causándole la muerte, o al menos consumiendo gran parte de su cuerpo.
• Parasitismo: se distingue en que los individuos beneficiados no producen inmediatamente la muerte al perjudicado, sino que se alimentan a sus expensas, además el individuo beneficiado suele ser más pequeño y muchas veces no lleva una vida libre. Al beneficiado, parásito. Perjudicado, hospedador o huésped.

Tipos de Parásitos

• Externos: pulgas y piojos, que viven en el exterior del hospedador.
• Internos: como los gusanos intestinales que viven en el interior del hospedador.
• Temporales: cuando solo está en contacto con el hospedador en el momento de alimentarse (mosquitos).
• Permanentes: si permanecen siempre unidos al hospedador (tenia).

2. Concepto de Enfermedad Infecciosa e Infección

Enfermedad: proceso que supone una alteración en el funcionamiento normal de alguna parte del organismo. Tiene una duración variable.

Infección: entrada, establecimiento y reproducción de microorganismos en la superficie o en el interior de otros organismos, incluido el ser humano.

Enfermedad infecciosa: conjunto de alteraciones, más o menos graves, que un organismo experimenta a consecuencia de la infección. Las infecciones no siempre son perjudiciales para el huésped u hospedador (persona sana susceptible de padecer la enfermedad infecciosa), pero las enfermedades infecciosas siempre presentan signos o síntomas, o ambas. Que una determinada infección origine o no una enfermedad infecciosa depende tanto de las características de los gérmenes como de las del huésped. Entre las primeras destaca el número de microbios que penetran en el organismo en un momento determinado, y la virulencia o agresividad de los mismos, que es su capacidad de lesionar o alterar los tejidos orgánicos en que se establecen. Entre las segundas, la más importante es la capacidad defensiva del huésped: estado de conservación de sus barreras protectoras como piel y mucosas y la capacidad de reacción de su sistema inmunológico. Las enfermedades infecciosas se producen cuando el organismo es infectado por un gran número de gérmenes o por gérmenes muy virulentos, o bien cuando por alguna razón aceleradamente de lo que es normal o penetran en tejidos profundos, o bien el sistema inmunológico del huésped está alterado. Reservorio o agente infeccioso (fuente infecciosa) → hospedador → mecanismo de transmisión.

3. Mecanismos de la Infección

3.1. Cadena Epidemiológica

Las enfermedades infecciosas son producidas por agentes patógenos que pueden pasar de unos huéspedes a otros. Al paso de dichos agentes y propagación de la enfermedad infecciosa se le llama cadena epidemiológica y consta de:

A) Fuente de Infección: nicho ecológico desde el cual los microorganismos se propagan hacia el organismo (huésped) en el que provocan la infección. Generalmente, el hábitat natural de un germen constituye a la vez la fuente de infección. Las fuentes de infección contienen un número elevado de microorganismos y estos pueden reproducirse de manera rápida. En algunos casos las fuentes de infección constituyen únicamente el reservorio de unos gérmenes determinados en el cual estos no pueden reproducirse con rapidez, pero pueden allí sobrevivir y mantener su capacidad de infección. Las fuentes pueden ser:

• Exógenas, aquellas que se localizan fuera del organismo en el cual se produce la infección. Incluyen el organismo de otros seres animales o humanos, sus secreciones o cualquier elemento que contenga un número elevado de agentes infecciosos, como por ejemplo el agua, alimentos u objetos de uso común (fómites). Por otra parte, los reservorios que tienen un número limitado de agentes infecciosos (suelo, aguas) también se incluyen entre las fuentes de infección exógenas.
• Autógenas: aquellas que se localizan en la superficie o el interior del organismo del mismo individuo en el cual se desarrolla el proceso infeccioso. Son: la piel y mucosas del organismo con su flora normal o bien otros gérmenes que se establecen de manera transitoria entre estos tejidos y también los focos infecciosos.

B) Mecanismos de Transmisión: recorrido que efectúan los agentes infecciosos desde las fuentes de infección, incluidos los reservorios, hasta contactar con el huésped (hospedador) o persona susceptible de contraer la enfermedad. Cada especie de agente infeccioso suele efectuar un recorrido relativamente específico desde la fuente de infección hasta el hospedador de manera que los mecanismos de transmisión son muy numerosos, pero de manera esquemática se considera que hay dos tipos de vías o mecanismos de transmisión: directo e indirecto.

• Mecanismo de transmisión directo: la fuente de infección es el organismo o las secreciones orgánicas de otro organismo humano, y el contagio se produce por contacto directo o proximidad entre ambos organismos (fuente de infección y hospedador).

Ejemplos:

• Procesos infecciosos de las vías respiratorias, como resfriado común, gripe, sarampión, tuberculosis, se transmiten a través del aire que expulsan las personas infectadas mediante respiración, tos.
• Procesos infecciosos digestivos (fiebres tifoideas), que se pueden contagiar por contacto relativamente directo entre las materias fecales de la persona infectada y la cavidad oral del hospedador. Mecanismo de transmisión oral-fecal. Habitual entre los niños.
• Transmisión sexual (sífilis, gonorrea) a través de relaciones íntimas.
• Transmisión materno-fetal: numerosos procesos infecciosos que padece una mujer embarazada puede transmitirlos al feto. Vía trasplacentaria, cuando los agentes infecciosos que penetran en la sangre de la madre son capaces de atravesar la barrera placentaria y llegar al feto, o bien por vía del canal del parto, durante el mismo parto cuando entran en contacto con la piel y mucosas vaginales de la madre y la piel del feto y pueden producirse heridas que permiten la entrada eventual de gérmenes de la sangre de la madre o de su mucosa vaginal al organismo del feto.