Microbiología


La microbiología es la rama de la biología encargada del estudio de los microorganismos, seres vivos pequeños (del griego «μικρος» mikros "pequeño", «βιος» bios, "vida" y «-λογία» -logía, tratado, estudio, ciencia), también conocidos como microbios. Es la ciencia de la biología dedicada a estudiar los organismos que son sólo visibles a través del microscopio: organismos procariotas y eucariotas simples. Son considerados microbios todos los seres vivos microscópicos, estos pueden estar constituidos por una sola célula (unicelulares), así como pequeños agregados celulares formados por células equivalentes (sin diferenciación celular); estos pueden ser eucariotas (células con núcleo) tales como hongos y protistas, procariotas(células sin núcleo definido) como las bacterias]. Sin embargo la microbiología tradicional se ha ocupado especialmente de los microorganismos patógenos entre bacterias, virus y hongos, dejando a otros microorganismos en manos de la parasitología y otras categorías de la biología.



Historia de la microbiología

La microbiología es una ciencia muy nueva, aunque los organismos que estudia hayan sido los primeros en poblar la tierra. Hasta el siglo XVII no se empezó a suponer la existencia de microorganismos.

1676, Leeuwanhoeck. Comerciante holandés que se dedicó a pulir lentes y a observar todos los tejidos que iba construyendo. Estudió granos de polen, fluidos corporales, sarro de los dientes, y vio unas pequeñas estructuras que podían moverse y las llamó animáculos. La Royal Society entró en el asunto. Entonces surgió la pregunta siguiente, de donde provienen estos animáculos?

Por un lado están los partidarios partidarios de la generación espontanea, por otro lado están los partidarios de que parten de otros animáculos o de otro organismo diferente.

1688, Francisco Redi. Acaba con la idea de la generación espontánea (Experimento de Redi). Utiliza unos botes de cristal con trozos de carne, dichos botes los tapa con unas gasas que permiten el paso del aire pero de nada más, entonces no se generan "animáculos" en estos trozos de carne. La solución está en las larvas que son depositadas por moscas que se posaban en la carne, en los botes sin tapar, y hacían posible la aparición de esos "animáculos".

1765-1775 Spallauzani. El calentamiento puede evitar la aparición de los animáculos, pero cuando aparecían era por el aire que entraba, por lo que se dedujo que estaban en el aire.

A principios del siglo XIX aparece la industria conservera (Método de la apertización), que consiste en el sistema que tienen las latas de conservas que actualmente consumimos.

Al mismo tiempo Lavoisier estudia la química de los gases y hace un estudio en profundidad del oxígeno (vital para todo), trata de echar por tierra la teoría de Spallauzani, tanto Appert como Spallauzani dicen que el problema es que no hay oxígeno y por eso no se desarrollan los animáculos.

1861, Luis Pasteur. Demuestra que hay animáculos en el aire, pasando un tubo con aire y un algodón en el medio impregnado de eter. Lo miraba al microscopio y veía organismos, pero en cambio cuando lo hacía con aire caliente no veía absolutamente nada.

Tindal. Trabaja con una serie de infusiones de caldo caliente y veía que no se desarrollaban microorganismos. Con 5 o 10 minutos en las de carne tampoco se desarrollaban organismos. Luego probó con heno y si que aparecían microorganismos. Tindal pensó que debía haber microorganismos que formaran estructuras de resistencia. Tindalización: Método por el cual se realizan calentamientos cortos pero dejando un espacio largo de tiempo entre medias.

Cohen. Generación de estructuras de resistencia llamadas esporas (aguantaban los 100º de Tindal).

Lille. Utilizan los métodos de Pasteur para su fabricación de alcohol partiendo de remolacha.

Pasteur descubrió que había diferentes microorganismos cuando el proceso de la fabricación del alcohol salía bien y otros cuando salía mal. Pasteur se pasó mucho tiempo estudiando el fenómeno de las fermentaciones. Estudió la fermentación butírica, y se dio cuenta que en ausencia de oxígeno también podían aparecer microorganismos. Pasteur es el primero que introduce los términos de aerobio y anaerobio. (aerobio=los microorganismos aparecen con oxígeno, anaerobio=organismos que pueden aparecer sin oxígeno).

Pasteur llegó a la conclusión que estos microorganismos que veía y estudiaba, podían estar implicados en las "enfermedades" de las fermentaciones.

1850, Rayer. Observó que en la sangre de animales enfermos, había organismos que podían ser causantes de la enfermedad. Carbunco y Antrax son enfermedades con las que estudió Rayer.

Los organismos afectados tenían un determinado microorganismos en la sangre.

1876, Koch. Médico rural alemán que observó la presencia de microorganismos en la sangre de animales. Fue el primero que desarrolló o que aisló un microorganismo en cultivo puro. Postulados de Koch: Un microorganismo es el responsable de una enfermedad o de otro proceso cualquiera.

Postulado 1: El microorganismo debe estar presente en animales afectados y ausente en los sanos.

Postulado 2: El microorganismo debe ser aislado en un medio de cultivo puro.

Postulados 3 y 4: Este microorganismo que hemos obtenido, inoculado en un animal sano, nos proporciona otros microorganismos parecidos a los primeros obtenidos y el animal debe enfermar también. Koch realizó cultivos con patatas.

1883, Hesse. Utilizó agar-agar que es lo que se utiliza en la actualidad.

Petri. Inventor de la famosa placa Petri. Estos dos descubrimientos, el de Hesse y el de Petri, potenciaron la microbiología de una forma extraordinaria.

Por esta época se aíslan la mayoría de los responsables de las enfermedades contagiosas que estaban causando estragos en esos años, tales como la difteria, paludismo, cólera...

A finales del siglo XIX se conocían los causantes de la mayoría de las enfermedades infecciosas. Como ya se conocían, los estudios se centraron en el control de éstas y se empieza a hablar de asepsia, quimioterapia y antibioterapia.

Hacia el 1840 se comienza a usar la anestesia en intervenciones quirúrgicas, y con la introducción de estas se mejoran las técnicas quirúrgicas, pero aumentan las enfermedades y las muertes post-operatorias.

1847 Sommerfield. Médico austríaco que recomienda la limpieza de las manos con agua de cal, pero no tiene nada de éxito. (asepsia)

20 años después, en 1867 se recomienda la esterilización de materiales y la utilización de desinfectantes post-operatorios. (Lister)

También se comienzan a buscar sustancias letales para los microorganismos pero que no lo sean para el hombre. (quimioterapia).

Erlhichs. Utiliza un compuesto llamado Salvarsan (compuesto a base de sales arsenicales) para el tratamiento de la sífilis. Al mismo tiempo, Tindal y Pasteur llegan a una conclusión muy importante, piensan que el tratamiento de enfermedades se podía solucionar con bacterias.

FLEMING. Estaba aislando estafilococos, y se le contaminaron con un hongo, pero se dio cuenta que donde estaba ese hongo se inhibía el crecimiento de la bacteria, por lo tanto siguió estudiando este fenómeno.

Florey y Chang. Penicillium notatum Aíslan la penicilina. Fue el primer antibiótico que se desarrolló. La terramicina (1950) y la estreptomicina siguieron a la penicilina.



Taxonomía bacteriana

Cuando los seres humanos tienen que tratar con un gran número de objetos diferentes pertenecientes a una sola categoría es imperativo algún método de agrupación sistemática o clasificación para ordenarlos y catalogarlos. Estos es cierto cuando los objetos en cuestión son naturales, como los elementos químicos, minerales, las estrellas y organismos vivos, o cuando se trata de objetos fabricados por el hombre como los libros.

En la mayoría de los casos no importan los criterios seguidos al establecer los sistemas o clasificación siempre que se cumplan dos condiciones: los criterios han de poderse determinar fácilmente y las categorías que se establezcan han de excluirse mutuamente.

Los organismos vivos también pueden clasificarse de acuerdos con criterios puramente artificiales. Sin embargo, durante los siglos XVII y XVIII, cuando se desarrolló es estudio de la estructura vegetal y animal, poco a poco se hizo aparente que las plantas y animales pertenecen a una variedad de tipos o modelos, cada uno de los cuales posee una gran cantidad de características estructurales comunes que no son necesariamente apreciables de un modo inmediato cuando se realiza un examen superficial. Cuando un gran número de organismos presenta analogías múltiples, conforme a un modelo estructural común es porque pertenecen a un tronco evolutivo único y tienen entre sí relaciones genéticas más i}íntimas que las que lo unen a tras plantas o animales constituidos de acuerdo con un modelo distinto.

La apreciación de este hecho hizo que la clasificación biológica dejase de ser una operación arbitraria y se convirtiera en el arte de agrupar los organismos vivos según la manera que expresada mejor el grado de sus relaciones evolutivas. Una clasificación basada en estos principios es lo que se llama sistema natural o filogenético. Las formas más estrechamente relacionadas se ordenan como especies de un mismo género; los grupos relacionados algo menos íntimamente, como géneros de una misma familia; los que lo hacen más distantemente, como familias del mismo orden y así sucesivamente.

La necesidad de establecer un orden jerárquico de los organismos vivos, lleva al estudio de cada uno de los grupos y a la búsqueda de técnicas que permitan llevar a cabo una caracterización para poder establecer un orden jerárquico más amplio y adecuado.

En el caso de las bacterias, como organismos simples que son en cuanto a su estructura morfológica, hoy, gracias a las herramientas que nos provee la biología molecular como así también la ingeniería genética está a nuestro alcance poder ampliar ese orden jerárquico utilizando las técnicas que nos permiten conocer y estudiar el genoma de estos organismos y de esta forma poder ordenarlos y clasificarlos de acuerdo a un criterio mucho más amplio y no solamente limitarnos a ordenarlos por su morfología, fisiología y/o por estudios bioquímicos como por ejemplo, el metabolismo del organismo.



Clasificación de las Bacterias

* Por su forma y agrupación

Los modelos de agrupamiento celular de las bacterias son característicos de especies definidas y se utiliza como uno de los criterios de clasificación

Cuando las células microbianas como los cocos se dividen, pueden permanecer unidas unas con otras, formando arreglos característicos.
Los bacilos se dividen únicamente en un plano pero en algunas ocasiones pueden encontrarse células unidas por los extremos o por los lados debido a la etapa del desarrollo en que se encuentren o a las condiciones del cultivo.

Las bacterias en espiral generalmente no se agrupan, crecen individuales y aisladas.
* Por su requerimiento de oxigeno
Otro aspecto a tener en cuenta en la clasificación de bacterias es la necesidad de oxígeno para poder vivir. Dependen en buena medida de la disponibilidad de las enzimas eliminadoras de peróxidos y superóxidos.
Aerobias estrictas: Dependen de O2 para su crecimiento.

Anaerobias estrictas: se desarrollan en ausencia total de O2, utilizan aceptores finales distintos del oxígeno: CO2, H2 y N2, o poseen metabolismo estrictamente fermentativo.
Anaerobias Facultativas: pueden desarrollarse en presencia o ausencia de O2, aunque predominan en medios anaeróbicos.

Microaerófilas: sólo se pueden desarrollar en presencia de bajas tensiones de O2(menor del 12% en lugar del 20% que es la atmosférica) y altas tensiones de CO2.

* Por su óptimo de temperatura

Según la temperatura óptima de crecimiento las bacterias se clasifican en:

Termófilas: se desarrollan entre 25 y 80°C, óptima 50 y60°C
Mesófilas: se desarrollan entre 10 y 45°C, óptima 20 y 40°C
Psicrófilas: se desarrollan entre -5y 30°C, óptima 10 y 20°C.

* Según el pH en que se desarrollan

Las bacterias se clasifican en:

Acidófilas: Se desarrollan a pH entre 1.0 y 5.0

Neutrófilas: Se desarrollan a pH entre 5.5 y 8.5

Basófilas: Se desarrollan pH entre 9.0 y 10.0

* Por su forma de nutrición

Según su metabolismo interno, las bacterias presentan requerimientos nutricionales diversos y se clasifican en:

ENERGÍA:

Fototrofos: utilizan luz como fuente de energía.

Quimiotrofos: la fuente de energía es química.

CARBONO:

Autótrofas quimiosintéticas o fotosintéticas, Las autótrofas fotosintéticas utilizan la luz del sol y el bióxido de carbono para fabricar su alimento. Las autótrofas quimiosintéticas utilizan compuestos inorgánicos, por ejemplo, el azufre para fabricar su alimento y su fuente de energía es el CO2

Heterótrofas (por absorción) pueden utilizar fuente de carbono orgánico para su alimentación

ELECTRONES:

Litotrofos: utiliza moléculas inorgánicas

Organotroficos: utiliza moléculas inorgánicas

NITRÓGENO: El nitrógeno es utilizado por las bacterias para formar aminoácidos, pirimidinas, purinas, etc., y puede provenir de fuentes diferentes. Aminoácidos, carbohidratos y lípidos cofactores de enzimas.
AZUFRE: El azufre puede ingresar en la célula reducido (grupos sulfhidrilos), como sulfato (debe ser reducido dentro de la célula para metabolizarse) o como aminoácidos azufrados. El azufre es utilizado para la síntesis de aminoácidos azufrados como la cisteína o metionina, que tienen un papel muy importante en la estructura terciaria de las proteínas (formación de puentes S-S) y en el sitio catalítico de enzima

Las bacterias pueden vivir como parásitos afectando los organismos donde habitan, como simbiontes formando parte de la flora bacteriana normal de la piel, cavidades y tracto digestivo del hombre y de los animales y saprofitas la gran mayoría, ayudando a la descomposición de la materia orgánica muerta.

Identificación de Bacterias por composición de la pared celular que reacciona a la tinción de Gram

Un método de identificación de las bacterias es la Tinción diferencial de Gram que permite identificar la morfología de la célula bacteriana en cocos y bacilos gram positivos y gram negativos según la estructura de su pared celular.

Se puede discriminar entre dos grandes grupos de bacterias: Gram positivas (se tiñen de color violeta) y Gram negativas (se tiñen de color rosado) debido a las diferencias en la composición de su pared celular.

Como se mencionó anteriormente la pared celular esta formada por peptidoglucano, la diferencia consiste en que la pared de las bacterias gram positivas es gruesa y está formada por varias capas de peptidoglucano aproximadamente 80%-90% y algo deácido teicoico, mientras que la pared de las bacterias gram negativas está formada por una sola capa delgada de peptidoglucano aproximadamente hasta un 20% la cual está rodeada por una membrana exterior compuesta de fosfolípidos, lipopolisacáridos, y lipoproteínas.

Hay otro grupo de bacterias denominadas bacilos ácido alcohol resistentes que son diferenciados utilizando la coloración de Ziehl Nielsen, éstas bacterias son resistentes a la decoloración ácida permanaciendo teñidos de fucsia.

ESTRUCTURA BACTERIANA
• Las bacterias pertenecen al reino Procaryotae.

• Son elementos unicelulares sin un nucleo verdadero.

• Su tamaño aproximado es de 1-3 micras.

Elementos bacterianos

A los elementos bacterianos los podemos dividir en:

Elementos obligados:

• Pared bacteriana.

• Membrana citoplasmatica.

• Citoplasma.

• Ribosomas.

• Nucloide (Nucleoide) o cromosoma bacteriano.

Elementos facultativos:

• Capsula.

• Flagelos.

• Fimbrias o pili.

• Esporo.

• Glicocalix.

• Plasmidos.

• Transposones.
Pared celular

Se pone de manifiesto con la tinción de Gram:

o Tincion desarrollada por Hans Christian Gram (1853-1938).

o Permite dividir a las bacterias en dos grandes grupos:

 Grampositivos y Gramnegativos.

• Es una estructura compleja y fundamental para la bacteria formada porpeptidoglicanos (mureína o glucopeptido), cuyo componentes básicos son:

o El N-acetilglucosamina (NAG)

o El N-acetilmurámico (NAM).

o Un tetrapeptido:

 Compuesto por aminoacidos que se alternan en sus configuraciones L y D. De estos aminoacidos, el D-glutamato, D-alanina y el acido mesodiaminopimelico no se encuentran en otra proteina conocida.

• El peptidoglicano representa el 5-20 % de la composicion de la pared de las bacterias Gramnegativas y el 90 % en las Grampositivas.
• Su espesor varia segun se trate de bacterias grampositivas o gramnegativas:

o En las bacterias grampositivas es una capa sólida de 50-100 moléculas de peptidoglicanos

o En las bacterias gramnegativas tiene un espesor de solo una o dos moleculas.

• Por su rigidez le da su forma peculiar a la bacteria

• La protege de los cambios de la presión osmótica del medio que la rodea.

• Es el lugar donde se localizan numerosos determinantes antigénicos que permiten diferenciar a las bacterias entre si.

• La endotoxina de algunos grupos también se encuentra aquí.

• La pared celular se constituye (se "fabrica") mediante una serie de etapas enzimáticas en las que participan al menos 30 enzimas.

• Es el sustrato donde actuan antimicrobianos como los beta-lactámicos.

• Participa en la division celular.

Membrana citoplasmática
• Esta formada por fosfolipidos y proteinas, y a diferencia de las eucariotas, no contiene esteroles (excepto el mycoplasma).

• Las enzimas del transporte electronico se encuentran aquí (produce energia).

• Componentes de la capsula y la pared celular son sintetizados aquí.

• Es una barrera osmótica, selectiva y activa:

o Actúa como barrera osmótica para la célula.

o Contiene sistemas de transporte para los solutos y regula el transporte de productos celulares hacia el exterior.

• Las bacterias gramnegativas tienen dos membranas: una interna y otra externa, mientras que las grampositivas, solo poseen una membrana (interna).

• Es sitio de acción de detergentes y antibióticos polipeptídicos como la polimixina (Por ejemplo: colistin).

Citoplasma

Formado 85 % por agua. Contiene los ribosomas y el cromosoma bacteriano.

Ribosomas

Compuestos por ARN ribosomico. Su importancia radica en ser el sitio de accion de numerosos antibioticos: Aminoglucosidos, tetraciclinas, cloranfenicol, macrolidos y lincosamidas.

Nucleoide o cromosoma bacteriano

Llamado tambien equivalente nuclear. No posee membrana nuclear (de alli el termino nucleoide). Esta formado por un unico filamento de ADN apelotonado (superenrollado). Confiere sus peculiaridades geneticas a la bacteria. Regula la sintesis proteica.

Capsula

Estructura polisacarida de envoltura. Factor de virulencia de la bacteria. Protege a la bacteria de la fagocitosis y facilita la invasion. Permite la diferenciacion en tipos serologicos.

Flagelos

Estructuras proteicas, de mayor longitud que los pili. De estructura helicoidal ylocomotores (responsables de la motilidad bacteriana). Según la posicion de los flagelos tenemos bacterias: Monotricas: un flagelo en un extremo o ambos.Logotricas: varios flagelos en un extremo o ambos. Peritricas: flagelos en toda la superficie.

Fimbrias o pili

Son estructuras cortas parecidas a pelos. Visibles solo al Microscopio Electronico. Carentes de motilidad. Los poseen fundamentalmente las Gramnegativas. Intervienen en la adherencia de las bacterias al huesped. Facilitan el intercambio de ADN durante la conjucion bacteriana. Tiene capacidad antigenica.

Esporas

Estructura presente en algunas especies bacterianas exclusivamente bacilares. Le permite a la celula sobrevivir en condiciones extremadamente duras. El material genetico de la celula se concentra y es rodeado por una capa protectora, que hace que la celula sea impermeable a la desecacion, al calor y numerosos agentes quimicos. Se coloca en una situacion metabolica de inercia. Puede permancer meses o años asi. Cuando las condiciones son mas favorables se produce lagerminacion, con la formacion de una celula unica que despues se reproduce con normalidad. El esporo no se tiñe con los colorantes habituales y se identifica como una zona clara, redondeada u ovalada, que contrasta con el resto de la bacteria que aparece coloreada.

Glicocalix

Entramado de fibrillas polisacaridas situadas en posicion extracelular. Facilita la adherencia.
Plásmidos y transposones

Los plásmidos (plasmidios) son elementos extracromosómicos compuestos por ADN de doble cadena, con frecuencia circular, autoreplicativos y autotransferibles.

Los transposones (genes saltarines o móviles) son elementos compuestos de ADN que pueden moverse de forma autosuficiente a diferentes partes del genoma bacteriano. No poseen la capacidad de autoreplicarse pero pueden transferirse a traves de plasmidios. El transposon al cambiar d posicion puede arrastrar una secuencia de ADN contigua y originar cambios fenotipicos en la bacteria.

Desarrollo bacteriano

¿Qué factores condicionan el desarrollo de las bacterias?

Se los puede clasificar en intrínsecos o propios de cada alimento (nutrientes, PH, actividad acuosa, potencial de oxido reducción, estructuras biológicas y componentes antimicrobianos) y extrínsecos o dependientes del medio ambiente (humedad relativa ambiente y temperatura). La combinación de estos factores es la que condiciona que las bacterias mueran, se reproduzcan o sobrevivan en los alimentos. Además, hay otras clases de factores que pueden influir sobre los microorganismos vinculados a la interrelación entre las distintas bacterias y al procesamiento de los alimentos.

¿Qué se puede decir de los nutrientes?

Sin los nutrientes las bacterias no podrían vivir. Los manjares favoritos de las bacterias son los alimentos húmedos y ricos en proteínas como el pollo, carne, pescado, huevo, aunque también pueden utilizar otros nutrientes como los carbohidratos, vitaminas, minerales, entre otros.

¿Qué es el PH?

El PH es una medida de la acidez o alcalinidad de un medio o una sustancia. Para expresarlo se utiliza una escala de 0 a 14, en la que 0 es muy ácido y 14 muy alcalino. El número intermedio, 7, corresponde a la neutralidad. La mayoría de los alimentos tienen valores ligeramente ácidos, cercanos al neutro. Lo que coincide con el PH que les gusta a muchas de las bacterias alterativas y patógenas. Aunque, para complicar las cosas, muchas de ellas son capaces de crecer en rangos de PH entre 4 y 9. Por eso, la modificación del PH hacia los extremos, por ejemplo: preparar un alimento con vinagre o jugo de limón es una de las formas de limitar el de¬sarrollo bacteriano. De una manera general podemos dividir a los alimentos en poco ácidos cuando su PH es superior a 4,6 y ácidos cuando es inferior a dicho valor

Crecimiento bacteriano

El crecimiento se muestra como L = log(núm) donde núm es el número de colonias por mL con actividad reproductora positiva, frente a T (tiempo.)

El crecimiento bacteriano es la división de una bacteria en dos células hijas en un proceso llamado fisión binaria. Previniendo que no se produzca ningún caso de mutación las células hijas resultantes serán genéticamente idénticas a la célula original. De este modo tiene lugar la "duplicación local" de la población bacteriana. Los dos células hijas creadas tras la división no sobreviven necesariamente. Sin embargo, si el número de supervivientes supera la unidad, en promedio, la población bacteriana experimenta un crecimiento exponencial. La medición de una curva del crecimiento exponencial de las bacterias en un cultivo ha sido tradicionalmente una parte de la formación de todos los microbiólogos. Los procesos fundamentales empleados para ello son la enumeración bacteriana (recuento celular) por métodos directos e individuales (microscopía, citometría de flujo ), por métodos directos y masivos (biomasa), por métodos indirectos e individuales (conteo de colonias), o por métodos indirectos y en bloque (número más probable, turbidez, absorción de nutrientes). Los modelos permiten conciliar la teoría con las mediciones.

Fases

En estudios autoecológicos, el crecimiento bacteriano en un cultivo de lotes se pueden modelar suponiendo cuatro fases diferentes: fase de adaptación (A), fase exponencial (B), fase estacionaria (C), y fase de declive (D).

1. Durante la fase de adaptación, las bacterias se adaptan a las condiciones de crecimiento. Es el período en el que las bacterias individuales están madurando y no tienen aún la posibilidad de dividirse. Durante la fase de adaptación del ciclo de crecimiento de las bacterias, se produce la síntesis de ARN, enzimas y otras moléculas. Así que en esta fase los microorganismos no están latentes.

2. La fase exponencial (a veces llamada fase logarítmica) es un período caracterizado por la duplicación celular. El número de nuevas bacterias que aparecen por unidad de tiempo es proporcional a la población actual. Si el crecimiento no se limita, la duplicación continuará a un ritmo constante, por lo tanto el número de células y la tasa de crecimiento de la población se duplica con cada período de tiempo consecutivo. Para este tipo de crecimiento exponencial, representando el logaritmo natural del número de células frente al tiempo se obtiene una línea recta. La pendiente de esta línea es la tasa de crecimiento específica del organismo, que es una medida del número de divisiones por célula y por unidad de tiempo. La tasa real de este crecimiento (es decir, la pendiente de la recta en la figura) depende de las condiciones de crecimiento, que afecta a la frecuencia de los eventos de división celular y a la probabilidad de que ambas células hijas sobrevivan. Bajo condiciones controladas, las cianobacterias pueden duplicar su población cuatro veces al día. El crecimiento exponencial no puede continuar indefinidamente, sin embargo, porque el medio llega pronto al agotamiento de nutrientes mientras se acumulan los desechos.

3. Durante la fase estacionaria, la tasa de crecimiento disminuye como consecuencia del agotamiento de nutrientes y la acumulación de productos tóxicos. Esta fase se alcanza cuando las bacterias empiezan a agotar los recursos que están disponibles para ellas. Esta fase se caracteriza por un valor constante del número de bacterias a medida que la tasa de crecimiento de las bacterias se iguala con la tasa de muerte bacteriana.

4. En la fase de declive o muerte, las bacterias se quedan sin nutrientes y mueren.

Este modelo de crecimiento del cultivo básico en lotes se mantiene y pone su énfasis en los aspectos de la proliferación de bacterias que pueden diferir de las del crecimiento de la macrofauna. Se hace hincapié en clonalidad, división asexual binaria, el breve tiempo de desarrollo en relación con la replicación en sí, la tasa de mortalidad aparentemente baja, la necesidad de pasar de un estado inactivo a un estado reproductivo y, por último, la tendencia de cepas adaptadas de laboratorio para agotar sus nutrientes.

En realidad, incluso en los cultivos por lotes, las cuatro fases no están bien definidas. Las células no se reproducen en sincronía sin una explícita y continua instigación (como en los experimentos con bacterias forzadas) y su fase de crecimiento exponencial a menudo no sigue siempre un ritmo constante, sino que en su lugar poseen una tasa de lenta decadencia, una respuesta estocástica constante ante las presiones simultáneas de reproducirse y de permanecer latentes ante la disminución de las concentraciones de nutrientes y el aumento de las concentraciones de residuos.

El cultivo en lotes es el medio de cultivo de laboratorio más común en el que se ha estudiado el crecimiento de bacterias, pero es sólo uno de los muchos posibles. En condiciones ideales, está espacialmente estructurado y no estructurado temporalmente. El cultivo de bacterias se incuba en un recipiente cerrado con un único lote de medio de cultivo. En algunos sistemas experimentales, algunos de los cultivos bacterianos se retiran periódicamente y un medio fresco estéril se añade. En el caso extremo, esto se lleva a la continua renovación de los nutrientes. Se trata de un quimiostato también conocido como cultivo continuo. Está espacialmente estructurado y no estructurado temporalmente, en un estado de equilibrio definido por la tasa de suministro de nutrientes y la reacción de las bacterias. En comparación con el cultivo en lotes, las bacterias se mantienen en fase de crecimiento exponencial y la tasa de crecimiento de la bacteria es conocida. Los dispositivos de este tipo son por ejemplo los turbidoestatos y auxoestatos.

El crecimiento bacteriano se puede suprimir con bacteriostáticos, sin necesidad de matar las bacterias. En un sinecológico, una situación similar a la naturaleza, cuando más de una especie bacteriana está presente, el crecimiento de los microbios es más dinámico y continuo.

El líquido no es el único sistema de laboratorio para el crecimiento bacteriano. Otros entornos espaciales estructurados como los biofilms o superficies de agar presentan modelos de crecimiento adicionalmente complejos.

METABOLISMO BACTERIANO

Conjunto de reacciones o transformaciones químicas que ocurren en un microorganismo. Está constituido por:

- ANABOLISMO: conjunto de reacciones químicas encaminadas a la síntesis de componentes celulares. Son reacciones de biosíntesis, que consecuentemente requieren energía.

- CATABOLISMO: conjunto de reacciones de degradación de sustancias en las que se produce (o libera) energía.

Como resultado de estos dos grupos de reacciones tiene lugar el crecimiento celular. Una célula, para crecer, necesita sintetizar los nutrientes que tienen en el ambiente, y por biosíntesis forma los componentes celulares. Los nutrientes son fuentes de C, N, O. La energía que se necesita para estas biosíntesis, procede del exterior y puede ser de diversa naturaleza: luz, compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos. La mayoría de los microorganismos usan compuestos químicos orgánicos que son captados del ambiente, introducidos en la célula y degradados por catabolismo en sistemas más simples que la célula necesita (la célula los expulsa, más tarde, como productos de desecho). Esta energía se usa para el anabolismo y para otras funciones celulares, como puede ser el movimiento de los flagelos, transporte de solutos por la membrana. Los microorganismos se puede clasificar atendiendo al tipo de metabolismo que realice. En concreto, se agrupan atendiendo a la fuente de energía que toman del medio o la fuente de C.


CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO DE KREBS

Secuencia de reacciones enzimáticas relacionadas con el metabolismo de las cadenas de carbono de los azúcares, los ácidos grasos y los aminoácidos, para formar dióxido de carbono, agua y enlaces de fosfato de alta energía. El ciclo de Krebs proporciona una importante fuente de energía en forma de adenosintrifosfato, y también produce moléculas intermedias que son los puntos de inicio de cierto número de vías metabólicas vitales, incluida la síntesis de aminoácidos.


GENETICA BACTERIANA

CROMOSOMAS BACTERIANOS

Los cromosomas bacterianos son por lo general unas mil veces más largos que las células en las cuales residen por lo que los procesos de replicación, segregación, transcripción y traducción de ésta enorme masa de DNA plantea un reto en la organización espacial, éste cromosoma circular existe dentro de la célula como una estructura compactada y altamente organizada en dominios súper helicoidales separados. Al menos un locus e incluso varios de ellos están específicamente posicionados dentro de la célula y el resto del cromosoma se mantiene linealmente organizado con respecto a estos marcadores, La compactación del DNA se mantiene gracias al balance de fuerzas, incluyendo el súper enrollamiento, compactación por proteínas, transcripción, transerción (transcripción y traducción acopladas con la inserción del polipéptido naciente a la membrana) y las interacciones RNA-DNA.

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE GENES

1-Transformación: el DNA libre se incorpora a una célula. No todas las bacterias tienen esta capacidad, sino células competentes que son capaces de tomar una molécula de DNA y lo integran a su cromosoma. Intervienen: proteínas especiales que intervienen en el trasporte e incorporación del DNA.

ETAPAS:

1. Unión del DNA: Proteína asociada a la membrana: autolisina y nucleasas.

2. Incorporación del DNA: Primero se fija reversiblemente, luego se vuelve irreversible.

3. Integración del DNA: Proteína de unión, en el cromosoma proteína RecA

Cuando una célula es capaz de tomar una molécula o un fragmento de DNA y transformarse se denomina célula competente. Solo algunas cepas poseen esta característica, parece ser una propiedad hereditaria.

2-Transducción: La transferencia del DNA donador esta mediada por un virus. El DNA se transfiere de una célula a otra por medio de un virus: bacteriófago. Cuando un fago infecta a una bacteria, capta fragmentos del genoma de la célula hospedadora.

Al infectar a otra bacteria el fago transductor puede transferir sus propios genes y también los de la célula hospedadora de la cual procede. Puede ocurrir de 2 formas:

1. Transducción generalizada: Cualquier porción del genoma bacteriano pasa a formar parte del genoma de la partícula vírica.

2. Transducción especializada: El DNA de una región específica del cromosoma del hospedador se integra directamente en el genoma del virus. No todos los fagos pueden transducir, ni todas las bacterias son transducibles.

3-Conjugación: la transferencia de DNA implica contacto célula – célula y la presencia de un plásmido y de una estructura llamada pili.

• Implica el contacto célula – célula.

• El material genético transferido puede ser un plasmido, o una porción del cromosoma.

• Una célula donadora trasmite la información genética a otra célula, la receptora.

• La célula donadora posee el pili o pelo sexual.

• La capacidad de la células para actuar como donantes se debe a la presencia de factor f o factor de fertilidad.

• Las células que carecen de factor f, son receptoras.

Patogenia bacteriana

Relaciones entre hombre y bacterias.

Algunas de las bacterias que nos parasitan nos aportan beneficios concretos, como la producción de vitamina K por bacterias intestinales, y a la relación mutua la denominamos simbiosis. La mayoría de las bacterias de nuestra microbiota son comensales, es decir, comparten nuestra comida sin causar daño ni beneficio individual constatable. En conjunto en cambio la presencia de una microbiota normal equilibrada protege al individuo de la invasión por bacterias patógenas. Solo unas pocas de las muchas especies de bacterias que parasitan al huésped humano pueden causarle daño y ser la causa de enfermedades infecciosas.

Patogenia y Virulencia.

La patogenicidad es la cualidad de una bacteria para producir enfermedad infecciosa en un huésped, siendo la virulencia la cuantificación de dicha capacidad. En condiciones prefijadas –modelo animal, vía de inoculación y tiempo- puede calcularse la dosis infectiva 50 (DL50) que es capaz de infectar al 50% de los animales. Así podemos comparar la patogenicidad de distintas especies bacterianas. Las bacterias más virulentas para el hombre, que son capaces de producir enfermedad infecciosa en cualquier huésped, incluso en previamente sanos, se denominan patógenos primarios o verdaderos. Las especies de Salmonella son patógenos primarios porque pueden causar diarrea en cualquier tipo de individuo. Las especies que únicamente son capaces de provocar enfermedad infecciosa a individuos inmunodeficientes se denominan patógenos oportunistas. Pseudomonas aeruginosa puede provocar septicemia en individuos hospitalizados pero no la provoca entre la población general. La mayoría de las especies bacterianas no han sido hasta el momento relacionadas con ninguna enfermedad humana; por tanto, no son bacterias patógenas. Por ejemplo las especies de Lactobacillus, comensales de la microbiota de piel y mucosas, o Micrococus luteus, saprofito ambiental común.

La clasificación en patógenos primarios y oportunistas tiene gran valor práctico pero plantea cierta contradicción. A una persona que está sana pero es portadora de Salmonella decirle que esta bacteria es patógena, o sea dañina, carece de sentido puesto que a ella no le causa ningún daño. De la misma forma, a medida que avanza la supervivencia del individuo hay más huéspedes susceptibles de enfermar gravemente aunque las bacterias causantes de esas infecciones son especies clasificadas como oportunistas. En todo caso al definir los patógenos con causantes de enfermedad en sujetos sanos muchas veces no es fácil definir que es un sujeto sano porque las inmunodeficiencias son a veces temporales o leves y pasan inadvertidas. A decir verdad no es posible entender la patogenia de las bacterias aisladamente sin tener en cuenta las características de cada huésped. La enfermedad infecciosa es el resultado de un desequilibrio entre los factores de virulencia de una cepa bacteriana particular y los mecanismos de defensa de un determinado huésped en contra de este último (4.1.figura). El fin último de toda bacteria patógena no es dañar a su huésped, y menos aún matarlo, porque su propia población quedaría entonces desprotegida y obligada a buscar otros huéspedes. Por el contrario su mayor éxito es evolucionar para adaptarse mejor a su huésped y multiplicarse a sus expensas causándole las mínimas molestias posibles.

Evolución del proceso infeccioso

Se denomina infección a la multiplicación en el interior del huésped de la bacteria patógena. En la mayoría de las infecciones por bacterias se diferencian las siguientes

fases:

1. Colonización de la puerta de entrada. Nuestra piel y nuestras mucosas intactas son una barrera muy eficaz contra la invasión de bacterias patógenas. Aunque constantemente contactamos conmiles de bacterias en nuestra vida diaria, solo unas pocas especies son capaces de fijarse específicamente y reproducirse en nuestra piel y mucosas, es decir, de colonizarlas. Y en la mayoría de los casos es necesario que la bacteria patógena colonice la o las puertas de entrada para que posteriormente sea capaz de invadir al huésped. La adhesión de las bacterias patógenas a las células del huésped se realiza a través de receptores específicos que enlazan firmemente con estructuras de la superficie bacteriana, adhesinas, de modo que las bacterias adheridas no sean arrastradas por el moco u otros mecanismos hacia fuera. Por eso las adhesinas son factores de virulencia de las especies bacterianas patógenas. Las especies de Borrelia y Rickettsia han encontrado otra forma de atravesar nuestras barreras antinfecciosas sin necesidad de adherirse a ellas: son inyectadas directamente en la sangre por vectores artrópodos que las transmiten de un huésped a otro. Salvo estas excepciones todas las bacterias patógenas colonizan primero al huésped para poder invadirlo.

2. Invasión: Desde la puerta de entrada colonizada unas pocas especies causan daño mediante las toxinas secretadas que actúan a distancia en otros tejidos pero sin provocar invasión. El clásico ejemplo de proceso exclusivamente toxigénico es Corynebacterium diphteriae. Esta bacteria se adhiere a la faringe donde se reproduce localmente, pero excreta una toxina diftérica que a través de la sangre alcanza el corazón, riñón y otros tejidos provocando los síntomas de la difteria. Otras especies patógenas, tras colonizar un epitelio, lo invaden extendiéndose a los tejidos adyacentes y provocando una invasión cada vez más extensa. Streptococcus pyogenes, por ejemplo, desde la epidermis se extiende por contiguidad hacia la dermis, fascias e incluso al hueso.

3. Diseminación: además de la contiguidad de tejidos, desde las puertas de entrada las bacterias patógenas pueden utilizar como vehículo los vasos sanguíneos o los linfáticos para acceder rápidamente a los órganos y tejidos internos.

- Algunas (Streptococcus, Staphylococcus, Escherichia, Pseudomonas,...) se extienden

siempre por los espacios intercelulares del huésped y para ellas evadir la fagocitosis es

vital por lo que suelen presentar cápsulas como principal factor de virulencia.

- Otras son capaces de invadir y multiplicarse dentro de las células del huésped. En la mayoría de los casos para las bacterias la multiplicación intracelular es un estrategia para evadir los anticuerpos y es facultativa (Mycobacterium tuberculosis, Legionella o Brucella). En el caso de Rickettsia, Coxiella y Chlamydia la intracelularidad es obligada puesto que estas bacterias han perdido la capacidad de reproducirse autónomamente fuera de las células.

4. Superación de los mecanismos de defensa: una vez en el interior del huésped y situadas en su tejido u órgano diana las bacterias patógenas para poder reproducirse deben superar con éxito los distintos mecanismos que opone el sistema inmune a la invasión. De hecho en la mayoría de los individuos estos mecanismos son eficaces y controlan las infecciones bacterianas. Pero las especies patógenas han adquirido y mantenido durante su evolución estructuras o estrategias para evadir la fagocitosis, la acción lítica del complemento, los anticuerpos o la citotoxicidad, y estas estructuras son por tanto importantes factores de virulencia.

5. Adaptación a las condiciones del huésped. Los factores nutricionales que escasean in vivo en el entorno de la bacteria limitan su crecimiento. Para la mayoría de las especies patógenas el elemento limitante es el hierro porque dicho elemento en su forma libre es muy escaso en la sangre, encontrándose en su mayor parte ligado a proteínas del huésped. Por eso las especies y cepas más virulentas han desarrollado unos sistemas enzimáticos de alta eficacia para fijar hierro en competencia con la lactoferrina o tranferrina el huésped denominados sideróforos. Tener sideróforos permite a la bacteria patógena reproducirse a gran velocidad aventajando a los mecanismos inmunes por lo que son factores de virulencia importantes.

6. Daño: Las bacterias parásitas necesitan vivir a cuenta del huésped pero no necesariamente causandole un daño aparente. De hecho, muchas infecciones por bacterias “patógenas” son por completo asintomáticas. Es decir, infección no es siempre sinónimo de enfermedad infecciosa. Por desgracia en algunos casos la infección da lugar a un daño directo provocado por las bacterias o sus productos, y también a veces la respuesta inmune específica frente a esa infección es causa indirecta de daño al huésped. Durante la invasión de tejidos las bacterias pueden provocar directamente la lisis de células del huésped y algunas producen exotoxinasque por diversos mecanismos enzimáticos dañan o destruyen muchas otras células. Las gramnegativas además, produzcan o no exotoxinas, siempre poseen un componente tóxico en el lipopolisacárido de su membrana externa, es la llamada endotoxina. Los mecanismos de respuesta inmune frente a la infección bacteriana (inflamación, activación del sistema del complemento, la citotoxicidad, etc) cuando se producen en exceso o se cronifica la infección pueden resultar dañinos para las células del huésped. Estos son los llamados daños inmunopatológicos o indirectos.

Factores de virulencia bacterianos

Según sirvan para colonizar, invadir, evitar la respuesta inmune o producir daño se clasifican en cinco grupos:

Adhesinas. Los factores de colonización o adhesinas son moléculas de la superficie bacteriana. Algunas patógenas, especialmente gramnegativas, emplean como adhesinas las finbrias comunes. Así se adhieren a las puertas de entrada de la infección Vibrio cholearea, Escherichia coli, Salmonella spp., Neisseria gonorrhoeae y Neisseria meningitidis. Muchas grampositivas se adhieren mediante proteínas de la pared. Streptococcus pyogenes emplea las proteínas M y F de la pared, mientras Staphylococcus aureus se adhiere a través de proteínas y de los ácidos teicóicos de la pared. También las cápsulas y las biopelículas pueden ser adhesinas. Pseudomonas aeruginosa, por ejemplo, se adhiere a superficies lisas mediante los polisacáridos mucosos que excreta y crece formando biopelículas. Streptococcus mutans excreta glucano para adherirse a la superficie de esmalte de los dientes.

Invasinas. Son varias las estructuras y mecanismos implicados en la invasión de tejidos por bacterias. A veces, como en el caso de Shigella, los genes relacionados con la invasión se localizan en plásmidos, pero generalmente se encuentran en el cromosoma. En muchas bacterias patógenas aún no se han identificado con precisión los genes y mecanismos relacionados con su capacidad invasiva. Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes (4.3.figura) y en general las bacterias que invaden al huésped por los espacios intercelulares, para favorecer la invasión suelen excretar exoenzimas (hialuronidasas, lipasas, etc) capaces de destruir el ácido hialurónico y otras sustancias que mantienen unidas nuestras células.

Factores para evadir o superar las defensas del huésped.

- Cápsulas. En muchas especies bacterianas las cepas que sintetizan cápsulas son más virulentas que las no capsuladas Streptococcus pneumoniae ,gracias a su cápsula polisacárida, es capaz de evadir a los macrófagos alveolares invadiendo el tracto respiratorio bajo para producir neumonía.

Cuando una cepa virulenta de S.pneumoniae se cultiva repetidamente en el laboratorio deja de sintetizar cápsula. Estas cepas no capsuladas no son capaces de producir neumonía al ser inyectadas en animales lo que indica la importancia de esta cápsula como factor de virulencia.

- Intracelularidad. Algunas bacterias parásitas como Legionella, Brucella, Salmonella, Listeria o Mycobacterium tuberculosis basan su virulencia en hacer fracasar el último paso de la fagocitosis, la digestión intracelular, y no solo no son destruidas por los fagocitos sino que se multiplican en su interior y los utilizan como vehículo para diseminarse por el organismo del huésped. Legionella pneumophila o Salmonella thyphimurium, por ejemplo, inhiben la fusión de los lisosomas con el fagosoma en el que han sido incluidas evitando así su acidificación. Rickettsia rickettsiae huye del fagosoma hacia el citoplasma del fagocito en el que se multiplica. Incluso hay bacterias como Coxiella burnetti que se han adaptado para sobrevivir en el entorno ácido del fagolisosoma sin problemas. En general las bacterias que realizan su multiplicación en el interior de las células del huésped evitan los mecanismos de defensa humorales como el complemento y los anticuerpos, que solo les afectarán en su paso de unas células a otras.

- Resistencia a la lisis por complemento. En las bacterias gramnegativas las proteínas del complemento se fijan en las cadenas O del lipopolisacárido de la membrana externa para activarse y lisar finalmente a la bacteria. Algunas gramnegativas patógenas como Neisseria meningitidis o Haemophilus influenzae sintetizan lipopolisacáridos con cadenas O unidas a moléculas de ácido siálico de forma que son resistentes a la acción lítica del complemento. Este mecanismo favorece su capacidad de diseminación a través de la sangre y les permite causar infecciones invasivas muy graves. Otras como Salmonella sintetizan cadenas O extraordinariamente largas, deforma que aunque fijen proteínas del complemento los complejos de ataque a la membrana se forman tan lejos de la membrana externa que no pueden afectarla. Pseudomonas aeruginosa en cambio excreta exoenzimas capaces de destruir las proteínas del complemento.

- Cambios antigénicos. Cuando una bacteria patógena cambia sus principales antígenos logra invalidar el efecto de los anticurpos específicos que protegen de la reinfección. Neisseria gonorrhoeae tiene varios genes equivalentes para sintetizar proteínas de su pared y activando unos u otros cambia de fase antigénica de vez en cuando. Las proteínas de la nueva fase, aunque funcionalmente son equivalentes, dan lugar a respuestas de anticuerpos diferenciadas. De esta forma sufrir una infección gonocócica no necesariamente protege de una reinfección por la misma bacteria. En otros casos los cambios antigénicos se deben a reordenamientos de un solo gen. Borrelia recurrentis produce fiebre recurrente porque a lo largo de la infección de un huésped es capaz de cambiar sus antígenos por reordenación de los genes de virulencia. El primer episodio de fiebre remite cuando los anticuerpos generados neutralizan a las borrelias en la sangre, pero, las que quedan escondidas en algunos tejidos reordenan los genes y comienzan a sintetizar antígenos nuevos que no son neutralizados por los anticuerpos preformados. Tras un periodo asintomático, la nueva variante se reproduce y genera un nuevo episodio febril y así sucesivamente. En Salmonella typhimurium, Streptococcus pyogenes, o Escherichia coli, y en otras muchas especies patógenas conviven en la población bacteriana muchas variantes antigénicas y la respuesta de anticuerpos que protege frente a una variante es inútil contra el resto.

- Ocultación de antígenos. Algunas bacterias patógenas emplean moléculas del huésped invadido para tapar sus propios antígenos y protegerse así de la respuesta inmune. La proteína A de la pared de Staphylococcus aureus o la G de Streptococcus pyogenes unen el extremo Fc de los anticuerpos, de forma que la pared bacteriana queda cubierta de anticuerpos del revés. Esto impide la opsonizazión de la bacteria por anticuerpos específicos (que deben unir a los antígenos de la pared por los extremos Fab) y por tanto dificulta la fagocitosis. Treponema pallidum, agente de la sífilis, construye a su alrededor una falsa cápsula con la fibronectina del huésped.

- Proteasas para Ig A. Para facilitar la colonización de las mucosas que son la puerta de entrada de la infección muchas bacterias patógenas (Neisseria, Haemophilus influenzae y Streptococcus pneumoniae entre otras) excretan enzimas capaces de romper y por tanto inactivar las IgA secretadas diméricas. .

Sideróforos. El hierro es un factor nutricional limitante del desarrollo de las bacterias y, aunque en nuestra sangre hay mucho hierro, las bacterias parásitas no pueden utilizarlo para crecer porque está formando parte de moléculas de hemoglobina o de transferrina. Las patógenas capaces de reproducirse en la sangre sintetizan sistemas enzimáticos denominados sideróforos muy eficaces para captar hierro en competencia con estas proteínas del huésped. (4.6.figura). Por ejemplo, la aerobactina de Escherichia coli, la meningobactina de Neisseria meningitidis la enteroquelina de Salmonella son sideróforos. Las cepas de Salmonella que pierden la capacidad de sintetizar enteroquelinas debido a una mutación no son virulentas.

Toxinas

Endotoxina. La parte lipídica del lipopolisacárido de la pared de las bacterias gramnegativas, en concreto el lípido A, se denomina endotoxina porque si es liberadoprovoca efectos tóxicos en el huésped. Esta endotoxina o lípido A está formada por ácidos grasos de cadena larga y fosfato, unidos a un disacárido de glucosamina. Aunque hay pequeñas variaciones en esta composición en las distintas especies de gramnegativas, los efectos biológicos de todas las endotoxinas son idénticos:

• Fiebre.

• Leucopenia y después leucicitosis.

• Activación del complemento.

• Mitogenicidad (activación policlonal de linfocitos).

• Síntesis de citocinas como interferón, TNF, 1-IL, 6-IL e 8-IL.

• Síntesis de prostaglandinas.

• Hipotermia.

• Necrosis de médula ósea.

• Hipotensión.

• Coagulación diseminada.

• Shock endotóxico.

Algunos de estos efectos (la activación del complemento y la síntesis de citocinas), en su justa medida, ayudan a controlar la infección, pero cuando se liberan muchas moléculas de endotoxina simultáneamente son muy perjudiciales para los órganos del huésped y pueden provocar la muerte por shock. Normalmente la endotoxina forma parte de la pared y sus efectos tóxicos aparecen cuando se libera. Neisseria meningitidis sintetiza mas lipopolisacárido del necesario para formar nuevas paredes y lo libera en la sangre a modo de vesículas que son responsables de la toxemia que produce. La endotoxina se libera también cuando las bacterias gramnegativas sufren lisis por complemento, e incluso, algunos antibióticos bactericidas pueden provocar el sock al destruir simultáneamente una población muy numerosa de bacterias en sangre.

Exotoxinas. Son proteínas solubles excretadas por bacterias con efectos tóxicos a distancia para algunas células del huésped en las que encuentran receptores apropiados. Muchas patógenas, tanto grampositivas como gramnegativas, pueden producir una o varias exotoxinas distintas. A veces estas exotoxinas son el principal factor de virulencia. Corynebacterium diphteriae únicamente sintetiza la toxina diftérica si está infectada por un bacteriófago, y las cepas de esta especie no toxigénicas que colonizan la faringe no producen difteria, porque es precisamente la toxina la responsable de los daños que se observan en esta enfermedad. Son casos similares los del tétanos, el botulismo, el cólera o las intoxicaciones alimentarias por Staphylococcus aureus. En otras bacterias se han identificado genes para exotoxinas pero la contribución de estos factores a la virulencia no está completamente aclarada.

Cada tipo de exotoxina tiene un determinado tropismo celular de forma que puede tratarse de enterotoxinas, neurotoxinas, leucotoxinas, etc. Una vez unida a sus células diana, se introduce en el citoplasma y se activa su mecanismo de daño que puede ser de varios tipos

• Citotoxinas. Forman poros en la membrana de la célula diana y la lisan.

• Inhibidoras de síntesis protéica. También producen la muerte o necrosis de la célula afectada. Ej. La toxina diftérica o la toxina de Shigella dysenteriae.

• Inhibidoras del reciclaje de ATP. Tienen como consecuencia la acumulación del AMP en el citoplasma que a su vez provoca la salida de agua y electrolitos de la célula afectada, pero no su muerte. Ej. Toxina del cólera.

• Superantígenos. Activan simultáneamente un gran número de clones de linfocitos TH lo que da lugar a una síntesis masiva de citocinas. Ej. Enterotoxinas estafilocócicas

Metabolismo y virulencia. No siempre es fácil discriminar que genes se relacionan con la virulencia de una bacteria y cuáles no. Incluso una reacción metabólica más o menos habitual puede constituir un factor de virulencia importante según el contexto. Para la bacteria Helicobacter pylori, causante de gastritis y úlceras duodenales, ser capaz de metabolizar la urea mediante una ureasa para producir amoniaco es esencial para neutralizar la acidez de la mucosa gástrica que coloniza. Por tanto podemos considerar la ureasa como un factor de virulencia de esta bacteria. Para los estreptococos causantes de la caries su metabolismo fermentativo capaz de transformar los azúcares de la dieta en ácidos que destruyen el esmalte es determinante de su virulencia.

Movimiento y virulencia. Entre las especies bacterianas de vida libre el movimiento es un medio de colonizar nuevos ecosistemas, acercarse a los nutrientes o huir de sustancias tóxicas. Existen varios mecanismos que proporcionan a las bacterias capacidad de moverse como los flagelos externos, los endoflagelos, los pilis tipo IV, mecanismos de deslizamiento o colas de actina. Estos mecanismos y sus genes correspondientes aparecen en algunas bacterias tanto de vida libre como parásitas por lo que en general no se consideran factores de virulencia. Pero en casos particulares tienen una relación muy clara con ella. Las cepas de Neisseria gonorroheae son capaces de diseminarse para producir gonococcia arrastrándose por el epitelio genital con sus pili tipo IV; el rápido movimiento tipo sacacorchos que proporcionan los endoflagelos a las espiroquetas les permite invadir al huésped atravesando incluso la piel intacta.; Vibrio cholerae nada rapidamente para introducirse entre las microvellosidades intestinales mediante un potente flagelo polar. Los parásitos intracelulares como Shigella se extienden de una célula a otra propulsándose con colas de actina que forman reorganizando los filamentos del citoesqueleto de la célula huésped.

Resistencia a los antibióticos y virulencia.

Adquirir genes que determinen resistencia a los antibióticos no proporciona a una bacteria más capacidad de hacer daño, pero si le da la posibilidad de seguir reproduciéndose y por tanto expresando su virulencia en un huésped tratado con antióticos que destruirían a las bacterias sensibles. En el caso de las patógenas oportunistas como Pseudomonas aeruginosa las cepas multirresistentes son casi imposibles de tratar, y en ese sentido son “más virulentas” porque ocasionan brotes infecciosos de alta mortalidad.

Base genética y regulación de la virulencia.

Los genes que codifican factores de virulencia pueden localizarse en el cromosoma, plásmidos, transposones o bacteriófagos lisogénicos. Salvo una par de excepciones las bacterias patógenas son parásitas facultativas y pueden multiplicarse en medios libres de células sin necesidad de expresar sus factores de virulencia. Sin embargo los genes relacionados con la capacidad de invadir y multiplicarse a costa de huéspedes animales pueden dar nuevas oportunidades de supervivencia a una población bacteriana cuando su entorno es hostil y por eso se consideran genes de contingencia. Estos genes se han transferido de unas especies a otras vehiculados en plásmidos, fagos o transposones y la coevolución con el propio huésped humano ha seleccionado a las cepas que que los poseen. La posesión de un gen de virulencia no significa necesariamente que se exprese; a menudo varios genes de virulencia son regulados por un mismo operón y se activan o inactivan simultáneamente en todas las bacterias de una población en función de factores del entorno como la escasez de un nutriente o la temperatura. Es decir, que las bacterias tienen proteínas sensoras que recogen información del entorno, se comunican entre sí a través de señales y, tras recontar sus efectivos (cuorun sensing), regulan la expresión de la virulencia como población y no como individuos.

Richard Gallardo

MEDICINA-UNERG