MICROBIOLOGIA: es la ciencia que se ocupa del estudio de los microorganismos
TIPOS DE MICROORGANISMOS:
A/ CELULARES:
BACTERIAS
Las bacterias son organismos unicelulares procarióticos (ver la estructura de la bacteria en el tema “La célula”) .
El material genético de la célula bacteriana está formado por una hebra doble de ADN circular. Muchas bacterias poseen también pequeñas moléculas de ADN circulares llamados plásmidos, que llevan información genética, pero, la mayoría de las veces, no resultan esenciales en la reproducción. Muchos de estos plásmidos pueden transferirse de una bacteria a otra mediante un mecanismo de intercambio genético denominado conjugación.
Por las formas que presentan, las bacterias pueden ser cocos (esféricas), bacilos (alargadas), vibriones (flageladas) y espirilos (onduladas).
Las bacterias pueden presentarse como individuos sueltos, o formando colonias, pero siempre manteniendo su independencia.
2.1.1.- Nutrición bacteriana
Las bacterias son los seres vivos que se han adaptado a más medios diferentes y presentan en consecuencia una mayor diversidad en las forma de nutrición. Dependiendo de la fuente de carbono y de energía que utilicen, se pueden clasificar de la siguiente manera:
FUENTE DE CARBONO
ENERGÍA UTILIZADA
Autótrofas: la fuente de carbono es inorgánica (CO2).
Fotolitotrofas: la energía utilizada es la luz. (Ejemplo: las cianobacterias o algas verdeazuladas).
Quimiolitotrofas: la energía utilizada es la liberada en reacciones químicas. (Ejemplo: bacterias incoloras del azufre).
Heterótrofas: la fuente de carbono es orgánica.
Fotoorganotrofas: la energía utilizada es la luz.
Quimioorganotrofas: la energía utilizada es la liberada en reacciones químicas. A este grupo pertenecen la mayoría de las bacterias.
Otro criterio de clasificación de bacterias hace referencia al consumo de oxígeno:
· Bacterias aerobias: son aquellas que necesitan oxígeno para su metabolismo. Realizan la oxidación de la materia orgánica en presencia de oxígeno molecular, es decir, realizan la respiración celular.
· Bacterias anaerobias: son aquellas que no utilizan oxígeno molecular en su actividad biológica. La obtención de energía la realizan mediante catabolismo fermentativo. Se pueden distinguir dos grupos dentro de ellas:
o Bacterias anaerobias facultativas: pueden vivir en ambientes con oxígeno o sin él.
o Bacterias anaerobias estrictas: sólo pueden sobrevivir en ambientes carentes de oxígeno. Como ejemplo, Clostridium, causante del tétanos.
Atendiendo a las necesidades de nutrición de las distintas especies bacterianas, pueden llegar a desarrollarse en laboratorios en lo que se llama cultivos. Un cultivo es el crecimiento de poblaciones microbianas de forma controlada en un medio artificial.
Algunas bacterias son capaces de vivir en ambientes extremos, como aguas sulfurosas termales de altas temperaturas.
2.1.2.- Reproducción bacteriana
· Bipartición
El mecanismo de reproducción habitual en bacterias es la bipartición. Mediante este mecanismo se obtienen dos células hijas, con idéntica información en el ADN circular, entre sí y respecto a la célula madre, y de contenido citoplásmico celular similar. Las células hijas son clones de la progenitora. Por este sistema de reproducción se puede originar una colonia de células con material idéntico; sin embargo, esto no ocurre debido al alto índice de mutaciones que se producen en las bacterias.
La bipartición se produce cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN. El ADN bacteriano se une a una estructura de la membrana llamada mesosoma, que separa el citoplasma en dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado. Al final del proceso se forman dos células hijas genéticamente iguales.
En condiciones favorables, si se dividen una vez cada 30 minutos, transcurridas 15 horas, una sola célula habrá dado lugar a unos mil millones de descendientes. Estas agrupaciones, llamadas colonias, son observables a simple vista. En condiciones adversas, algunas bacterias pueden formar esporas, que son formas en estado latente de la célula que permiten a ésta resistir las condiciones extremas de temperatura y humedad.
Reproducción parasexual:
La célula bacteriana puede intercambiar información genética por procesos de recombinación de diversas maneras:
BACTERIAS
Las bacterias son organismos unicelulares procarióticos (ver la estructura de la bacteria en el tema “La célula”) .
El material genético de la célula bacteriana está formado por una hebra doble de ADN circular. Muchas bacterias poseen también pequeñas moléculas de ADN circulares llamados plásmidos, que llevan información genética, pero, la mayoría de las veces, no resultan esenciales en la reproducción. Muchos de estos plásmidos pueden transferirse de una bacteria a otra mediante un mecanismo de intercambio genético denominado conjugación.
Por las formas que presentan, las bacterias pueden ser cocos (esféricas), bacilos (alargadas), vibriones (flageladas) y espirilos (onduladas).
Las bacterias pueden presentarse como individuos sueltos, o formando colonias, pero siempre manteniendo su independencia.
2.1.1.- Nutrición bacteriana
Las bacterias son los seres vivos que se han adaptado a más medios diferentes y presentan en consecuencia una mayor diversidad en las forma de nutrición. Dependiendo de la fuente de carbono y de energía que utilicen, se pueden clasificar de la siguiente manera:
FUENTE DE CARBONO
ENERGÍA UTILIZADA
Autótrofas: la fuente de carbono es inorgánica (CO2).
Fotolitotrofas: la energía utilizada es la luz. (Ejemplo: las cianobacterias o algas verdeazuladas).
Quimiolitotrofas: la energía utilizada es la liberada en reacciones químicas. (Ejemplo: bacterias incoloras del azufre).
Heterótrofas: la fuente de carbono es orgánica.
Fotoorganotrofas: la energía utilizada es la luz.
Quimioorganotrofas: la energía utilizada es la liberada en reacciones químicas. A este grupo pertenecen la mayoría de las bacterias.
Otro criterio de clasificación de bacterias hace referencia al consumo de oxígeno:
· Bacterias aerobias: son aquellas que necesitan oxígeno para su metabolismo. Realizan la oxidación de la materia orgánica en presencia de oxígeno molecular, es decir, realizan la respiración celular.
· Bacterias anaerobias: son aquellas que no utilizan oxígeno molecular en su actividad biológica. La obtención de energía la realizan mediante catabolismo fermentativo. Se pueden distinguir dos grupos dentro de ellas:
o Bacterias anaerobias facultativas: pueden vivir en ambientes con oxígeno o sin él.
o Bacterias anaerobias estrictas: sólo pueden sobrevivir en ambientes carentes de oxígeno. Como ejemplo, Clostridium, causante del tétanos.
Atendiendo a las necesidades de nutrición de las distintas especies bacterianas, pueden llegar a desarrollarse en laboratorios en lo que se llama cultivos. Un cultivo es el crecimiento de poblaciones microbianas de forma controlada en un medio artificial.
Algunas bacterias son capaces de vivir en ambientes extremos, como aguas sulfurosas termales de altas temperaturas.
2.1.2.- Reproducción bacteriana
· Bipartición
El mecanismo de reproducción habitual en bacterias es la bipartición. Mediante este mecanismo se obtienen dos células hijas, con idéntica información en el ADN circular, entre sí y respecto a la célula madre, y de contenido citoplásmico celular similar. Las células hijas son clones de la progenitora. Por este sistema de reproducción se puede originar una colonia de células con material idéntico; sin embargo, esto no ocurre debido al alto índice de mutaciones que se producen en las bacterias.
La bipartición se produce cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN. El ADN bacteriano se une a una estructura de la membrana llamada mesosoma, que separa el citoplasma en dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado. Al final del proceso se forman dos células hijas genéticamente iguales.
En condiciones favorables, si se dividen una vez cada 30 minutos, transcurridas 15 horas, una sola célula habrá dado lugar a unos mil millones de descendientes. Estas agrupaciones, llamadas colonias, son observables a simple vista. En condiciones adversas, algunas bacterias pueden formar esporas, que son formas en estado latente de la célula que permiten a ésta resistir las condiciones extremas de temperatura y humedad.
Reproducción parasexual:
La célula bacteriana puede intercambiar información genética por procesos de recombinación de diversas maneras:
HONGOS
2.2 Hongos
· Estructura:
Los hongos son organismos eucarióticos, unicelulares o pluricelulares sencillos, y se incluyen en el reino Fungi. Aunque las levaduras son hongos unicelulares, la mayoría de los hongos están constituidos por finas fibras llamadas hifas, a menudo divididas por tabiques llamados septos. En cada hifa hay uno o dos núcleos y el citoplasma se mueve a través de un diminuto poro que ostenta el centro de cada septo.
Las hifas crecen por alargamiento de las puntas y también por ramificación. La proliferación de hifas, resultante de este crecimiento, se llama micelio. Cuando el micelio se desarrolla puede llegar a formar grandes cuerpos fructíferos, tales como las setas. Ciertos hongos forman masas de micelio resistentes, con forma más o menos esférica, llamadas esclerocios. Éstos pueden ser pequeños como granos de arena, o grandes como melones.
Reproducción:
La mayoría de los hongos se reproducen por esporas, que son formas celulares resistentes. El champiñón silvestre puede formar doce mil millones de esporas en su cuerpo fructífero. Las esporas se pueden formar sexualmente, por la unión de dos o más núcleos dentro de células especializadas, o asexualmente, a partir de células de la misma hifa
2.2 Hongos
· Estructura:
Los hongos son organismos eucarióticos, unicelulares o pluricelulares sencillos, y se incluyen en el reino Fungi. Aunque las levaduras son hongos unicelulares, la mayoría de los hongos están constituidos por finas fibras llamadas hifas, a menudo divididas por tabiques llamados septos. En cada hifa hay uno o dos núcleos y el citoplasma se mueve a través de un diminuto poro que ostenta el centro de cada septo.
Las hifas crecen por alargamiento de las puntas y también por ramificación. La proliferación de hifas, resultante de este crecimiento, se llama micelio. Cuando el micelio se desarrolla puede llegar a formar grandes cuerpos fructíferos, tales como las setas. Ciertos hongos forman masas de micelio resistentes, con forma más o menos esférica, llamadas esclerocios. Éstos pueden ser pequeños como granos de arena, o grandes como melones.
Reproducción:
La mayoría de los hongos se reproducen por esporas, que son formas celulares resistentes. El champiñón silvestre puede formar doce mil millones de esporas en su cuerpo fructífero. Las esporas se pueden formar sexualmente, por la unión de dos o más núcleos dentro de células especializadas, o asexualmente, a partir de células de la misma hifa
La seta es una
estructura reproductiva derivada del micelio.
PROTOZOOSLos protozoos se incluyen en el reino Protoctista: organismos eucarióticos unicelulares o pluricelulares sencillos. En el caso de los protozoos, son organismos heterótrofos (a diferencia de las algas, también pertenecientes a este reino, que son autótrofas). Se conocen más de veinte mil especies de protozoos, que incluyen organismos tan conocidos como los paramecios y las amebas.
Muchas especies viven en hábitats acuáticos como océanos, lagos, ríos y charcas. Su tamaño varía desde 2 hasta 70 micrómetros. Los protozoos se alimentan de bacterias, productos de desecho de otros organismos, algas y otros protozoos. También abundan las especies parásitas, como el trypanosoma sp. (foto adjunta), que transmitido por la mosca tse-tsé provoca la enfermedad del sueño.
Numerosos protozoos son capaces de moverse utilizando diversos mecanismos:
- Flagelos, estructuras propulsoras con forma de látigo.
- Cilios de aspecto piloso.
- Pseudópodos (extensiones a modo de pie), producen movimiento ameboide.
Protozoo ciliado (paramecio)
Ameba
Muchas especies viven en hábitats acuáticos como océanos, lagos, ríos y charcas. Su tamaño varía desde 2 hasta 70 micrómetros. Los protozoos se alimentan de bacterias, productos de desecho de otros organismos, algas y otros protozoos. También abundan las especies parásitas, como el trypanosoma sp. (foto adjunta), que transmitido por la mosca tse-tsé provoca la enfermedad del sueño.
Numerosos protozoos son capaces de moverse utilizando diversos mecanismos:
- Flagelos, estructuras propulsoras con forma de látigo.
- Cilios de aspecto piloso.
- Pseudópodos (extensiones a modo de pie), producen movimiento ameboide.
Protozoo ciliado (paramecio)
Ameba
B/ ACELULARES:
VIRUS
3.1.- Virus
Los virus son entidades no celulares de muy pequeño tamaño (normalmente inferior al del más pequeño procariota), por lo que debe de recurrirse al microscopio electrónico para su visualización. Son agentes infectivos de naturaleza obligadamente parasitaria intracelular, o sea, que necesitan infectar células para que su material genético sea replicado aprovechando los medios de la célula que parasitan.
La teoría celular explica en sus cuatro postulados como la célula es la unidad básica de vida. Los virus no son seres vivos autónomos, puesto que necesitan de células vivas para realizar sus procesos vitales, como es el caso de la reproducción. Por lo tanto, los virus no son seres vivos como tales; se consideran formas de vida acelular o simplemente materia viva.
VIRUS BACTERIOFAGO T4
VIRUS EBOLA
Estructura y composición de los virus
Cada tipo de virus consta de una sola clase de ácido nucleico (ADN o ARN, nunca ambos), con capacidad para codificar varias proteínas, algunas de las cuales pueden tener funciones enzimáticas, mientras que otras son estructurales. Las proteínas estructurales se disponen alrededor del material genético formando una estructura regular (cápsida). En algunos virus existe, además, una envuelta externa de tipo membranoso, derivada en parte de la bicapa lipídica procedente de la célula infectada, y en parte por proteínas del virus.
Aquellos virus que tienen como material genético ARN se denominan retrovirus. Necesitan primero transcribir su información genética a ADN, para posteriormente traducirse a proteínas. En este proceso de transcripción inversa ocurren muchos fallos, lo cual provoca numerosas mutaciones en estos tipos de virus. Esta es la causa por la que los retrovirus son tan variables y tan difíciles de combatir.
Retrovirus VIH, causante del SIDA
La replicación de los virus
Los virus, al carecer de las enzimas y precursores metabólicos necesarios para su propia replicación, tienen que obtenerlos de la célula huésped que infectan. La replicación viral es un proceso que incluye varias síntesis separadas y el ensamblaje posterior de todos los componentes, para dar origen a nuevas partículas infecciosas. El proceso paso a paso es el siguiente:
1.- La replicación se inicia cuando el virus entra en la célula: las enzimas celulares eliminan la cubierta y el ADN o ARN viral se pone en contacto con los ribosomas, dirigiendo la síntesis de proteínas.
2. A su vez, el ácido nucleico del virus se autoduplica.
Una vez que se sintetizan las subunidades proteicas que constituyen la cápsida, los componentes se ensamblan dando lugar a nuevos virus.
Determinados virus se liberan destruyendo la célula infectada, y otros, sin embargo, salen de la célula sin destruirla por un proceso de exocitosis que aprovecha las propias membranas celulares.
Una única partícula viral puede originar una progenie de miles. En algunos casos las infecciones son "silenciosas", es decir, los virus se replican en el interior de la célula sin causar daño evidente.
Ciclos lítico y lisogénico de los virus
CICLO LISOGENICO DEL VIH
Todos los bacteriófagos (virus que parasitan bacterias) tienen un ciclo lítico, o infeccioso, en el que el virus, incapaz de replicarse por sí mismo, inyecta su material genético dentro de una bacteria. Utilizando las enzimas y los mecanismos de síntesis de proteínas del huésped, el virus puede reproducirse y volverse a encapsular, fabricando unas 100 nuevas copias antes de que la bacteria se destruya y estalle.
Algunos bacteriófagos, sin embargo, se comportan de diferente forma cuando infectan a una bacteria. En el ciclo lisogénico, el material genético que inyectan se integra dentro del ADN del huésped; se replica de manera pasiva con éste, y lo hereda la progenie bacteriana. En una de cada 100.000 de estas células lisogénicas, el ADN viral se activa de forma espontánea y comienza un nuevo ciclo lítico.
Ciclo lítico y ciclo lisogénico
Clases de virus. Pueden clasificarse en tres grandes grupos, atendiendo al tipo de organismos que afectan:
a) Fitófagos: atacan a las plantas, como el virus del mosaico del tabaco.
b) Zoófagos: atacan a los animales, distinguiéndose entre estos los dermatropos, que afectan a la piel (viruela, herpes, sarampión), neurotropos, que afectan a las vías respiratorias (gripe, neumonitis), viscerotropos, que atacan a diversas vísceras (hepatitis víricas, etc.), c) Bacteriófagos: atacan a las bacterias.
3.1.- Virus
Los virus son entidades no celulares de muy pequeño tamaño (normalmente inferior al del más pequeño procariota), por lo que debe de recurrirse al microscopio electrónico para su visualización. Son agentes infectivos de naturaleza obligadamente parasitaria intracelular, o sea, que necesitan infectar células para que su material genético sea replicado aprovechando los medios de la célula que parasitan.
La teoría celular explica en sus cuatro postulados como la célula es la unidad básica de vida. Los virus no son seres vivos autónomos, puesto que necesitan de células vivas para realizar sus procesos vitales, como es el caso de la reproducción. Por lo tanto, los virus no son seres vivos como tales; se consideran formas de vida acelular o simplemente materia viva.
VIRUS BACTERIOFAGO T4
Estructura y composición de los virus
Cada tipo de virus consta de una sola clase de ácido nucleico (ADN o ARN, nunca ambos), con capacidad para codificar varias proteínas, algunas de las cuales pueden tener funciones enzimáticas, mientras que otras son estructurales. Las proteínas estructurales se disponen alrededor del material genético formando una estructura regular (cápsida). En algunos virus existe, además, una envuelta externa de tipo membranoso, derivada en parte de la bicapa lipídica procedente de la célula infectada, y en parte por proteínas del virus.
Aquellos virus que tienen como material genético ARN se denominan retrovirus. Necesitan primero transcribir su información genética a ADN, para posteriormente traducirse a proteínas. En este proceso de transcripción inversa ocurren muchos fallos, lo cual provoca numerosas mutaciones en estos tipos de virus. Esta es la causa por la que los retrovirus son tan variables y tan difíciles de combatir.
Retrovirus VIH, causante del SIDA
La replicación de los virus
Los virus, al carecer de las enzimas y precursores metabólicos necesarios para su propia replicación, tienen que obtenerlos de la célula huésped que infectan. La replicación viral es un proceso que incluye varias síntesis separadas y el ensamblaje posterior de todos los componentes, para dar origen a nuevas partículas infecciosas. El proceso paso a paso es el siguiente:
1.- La replicación se inicia cuando el virus entra en la célula: las enzimas celulares eliminan la cubierta y el ADN o ARN viral se pone en contacto con los ribosomas, dirigiendo la síntesis de proteínas.
2. A su vez, el ácido nucleico del virus se autoduplica.
Una vez que se sintetizan las subunidades proteicas que constituyen la cápsida, los componentes se ensamblan dando lugar a nuevos virus.
Determinados virus se liberan destruyendo la célula infectada, y otros, sin embargo, salen de la célula sin destruirla por un proceso de exocitosis que aprovecha las propias membranas celulares.
Una única partícula viral puede originar una progenie de miles. En algunos casos las infecciones son "silenciosas", es decir, los virus se replican en el interior de la célula sin causar daño evidente.
Ciclos lítico y lisogénico de los virus
CICLO LISOGENICO DEL VIH
Todos los bacteriófagos (virus que parasitan bacterias) tienen un ciclo lítico, o infeccioso, en el que el virus, incapaz de replicarse por sí mismo, inyecta su material genético dentro de una bacteria. Utilizando las enzimas y los mecanismos de síntesis de proteínas del huésped, el virus puede reproducirse y volverse a encapsular, fabricando unas 100 nuevas copias antes de que la bacteria se destruya y estalle.
Algunos bacteriófagos, sin embargo, se comportan de diferente forma cuando infectan a una bacteria. En el ciclo lisogénico, el material genético que inyectan se integra dentro del ADN del huésped; se replica de manera pasiva con éste, y lo hereda la progenie bacteriana. En una de cada 100.000 de estas células lisogénicas, el ADN viral se activa de forma espontánea y comienza un nuevo ciclo lítico.
Ciclo lítico y ciclo lisogénico
Clases de virus. Pueden clasificarse en tres grandes grupos, atendiendo al tipo de organismos que afectan:
a) Fitófagos: atacan a las plantas, como el virus del mosaico del tabaco.
b) Zoófagos: atacan a los animales, distinguiéndose entre estos los dermatropos, que afectan a la piel (viruela, herpes, sarampión), neurotropos, que afectan a las vías respiratorias (gripe, neumonitis), viscerotropos, que atacan a diversas vísceras (hepatitis víricas, etc.), c) Bacteriófagos: atacan a las bacterias.
VIRUS DE LA GRIPE
VIROIDES
Los viroides son los agentes infecciosos de menor complejidad genética y estructural conocidos. Son formas acelulares; por lo tanto, no son seres vivos. Están constituidos exclusivamente por moléculas de ARN de cadena simple. Suelen ser cadenas cerradas de 246 a 400 nucleótidos. La secuencia de ARN no se traduce a proteínas y se replica de forma autónoma, utilizando el sistema de transcripción de la célula a la que infectan.
PRIONESLos viroides son los agentes infecciosos de menor complejidad genética y estructural conocidos. Son formas acelulares; por lo tanto, no son seres vivos. Están constituidos exclusivamente por moléculas de ARN de cadena simple. Suelen ser cadenas cerradas de 246 a 400 nucleótidos. La secuencia de ARN no se traduce a proteínas y se replica de forma autónoma, utilizando el sistema de transcripción de la célula a la que infectan.
Se conocen unas 30 especies de viroides que infectan solamente plantas superiores. Enfermedades conocidas de este tipo son, entre otras, el Cadang-Cadang del cocotero y la Exocortis de los cítricos.
Cítrico de tamaño anormalmente pequeño por sufrir exocortis
Cítrico de tamaño anormalmente pequeño por sufrir exocortis
-
Los priones son macromoléculas
(concretamente glucoproteínas) patógenas con plegamientos anómalos ricos en
láminas beta, y transmisibles. Se caracterizan por producir enfermedades que
afectan al Sistema Nervioso Central, denominadas encefalopatías espongiformes
transmisibles (EET). Al ser formas acelulares, los priones no son seres vivos.
Los priones
son proteínas modificadas muy similires
a proteínas naturales existentes en el organismo. La “infección” con proteínas
priónicas se debe a que, al consumirse, empiezan a actuar en el tejido nervioso
como núcleos en torno a los cuales más proteínas se desnaturalizan bajo su
acción y se acumulan, formando generalmente fibrillas insolubles.
Uno de los objetivos del microbiólogo es comprender cómo funcionan los microorganismos y, a través de ese conocimiento, diseñar estrategias para incrementar los beneficios de la acción microbiana y disminuir sus riesgos. Los microbiólogos han tenido mucho éxito en la realización de tales metas, y la microbiología ha desempeñado un papel destacado en la mejora de la salud y el bienestar humano.
Luis Pasteur fue uno de los pioneros de la microbiología
1.- Los microorganismos como agentes de enfermedad
Ciertos microorganismos son capaces de colonizar organismos huéspedes, y en algunos casos provocar alteraciones en el huésped. A esa colonización se le denomina infección, y la manifestación de la infección es la enfermedad infecciosa. Los microorganismos causantes de dichas enfermedades se les conoce como patógenos.
Algunas enfermadedes infecciosas son transmisibles: se pueden propagar directamente desde el individuo infectado, a través de la piel o membranas mucosas o, indirectamente, cuando la persona infectada contamina el aire por medio de su respiración, un objeto inanimado o un alimento. Si tienen una alta transmisibilidad se les denomina contagiosas.
Otras, en cambio, son enfermedades infecciosas no transmisibles: el microorganismo no se contagia de un individuo a otro, sino que requiere unas circunstancias especiales, sean medioambientales, accidentales, etc., para su transmisión. En estos casos, las personas infectadas no transmiten la enfermedad.
A comienzos del siglo XX, la mayor parte de las muertes se debían a enfermedades infecciosas; en la actualidad, tales enfermedades han pasado a segundo plano. El control de las enfermedades infecciosas ha sido el resultado de un profundo conocimiento de los procesos de enfermedad, de la mejora de las prácticas sanitarias y del descubrimiento y uso de agentes antimicrobianos. La microbiología tuvo sus orígenes como ciencia en este tipo de estudios sobre enfermedades.
No obstante, aunque ahora vivimos en un mundo donde muchos microorganismos patógenos están controlados, los microorganismos constituyen aún una amenaza seria para la existencia humana. Todavía mueren millones al año por malaria, tuberculosis, cólera, la enfermedad del sueño o enfermedades diarreicas severas, además del SIDA.
La forma más habitual de combatir microorganismos infecciosos es utilizando antibióticos (del griego, anti, ‘contra’; bios, ‘vida’). Un antibiótico es cualquier compuesto químico utilizado para eliminar o inhibir el crecimiento de organismos infecciosos. Una propiedad común a todos los antibióticos es la toxicidad selectiva: la toxicidad es superior para los organismos invasores que para los animales o los seres humanos que los hospedan.
En un principio, los antibióticos eran compuestos orgánicos producidos por bacterias u hongos que resultaban tóxicos para otros microorganismos. Dos ejemplos conocidos son la penicilina y la estreptomicina. En la actualidad, conforme los patógenos se van haciendo resistentes a los antibióticos clásicos, hace falta buscar nuevas substancias que tengan el mismo efecto, por lo que se emplean compuestos sintéticos o semisintéticos.
2.- Aprovechamiento de los microorganismos en actividades humanas
Aunque haya microorganismos infecciosos, la mayor parte de los microorganismos no son perjudiciales para el hombre. De hecho, la mayor parte de ellos no representa una amenaza en absoluto y, por el contrario, son en realidad beneficiosos porque los procesos que llevan a cabo tienen un valor inmenso para la sociedad humana.
2.1.- Los microorganismos en la industria
Los microorganismos que sintetizan productos útiles para el hombre representan, como máximo, unos pocos centenares de especies de entre las más de 100000 descritas en la Naturaleza. Existen una serie de características que comparten estos microorganismos y que suponen ciertas ventajas para su uso en la industria.
a) El pequeño tamaño de la célula microbiana y su correspondiente alta relación de superficie/volumen. Esto facilita el rápido transporte de nutrientes al interior de la célula y permite, por consiguiente, una elevada tasa metabólica. Esto hace que den un gran rendimiento como “máquinas” sintetizadoras de productos.
b) Los microorganismos se hallan capacitados para acometer una extensa gama de reacciones metabólicas y adaptarse así a muchas fuentes de nutrición; versatilidad que hace posible el que las fermentaciones industriales se basen en nutrientes baratos.
c) Los microorganismos crecen rápidamente y son capaces de sintetizar el producto deseado en un corto período de tiempo.
· La industria farmacéutica
La industria farmacéutica descansa en gran medida en la producción de antibióticos a gran escala por microorganismos. Muchos otros productos farmacéuticos derivan también, al menos en parte, de las actividades de los microorganismos.
Hoy en día, la biotecnología es la principal herramienta para la obtención de nuevos antibióticos que sean activos frente a las bacterias patógenas resistentes a una gran gama de antibióticos.
También resulta de gran utilidad la aplicación de la ingeniería genética en microorganismos para sintetizar antibióticos sintéticos, es decir, ligeramente diferentes de aquellos obtenidos de forma natural.
Además de antibióticos, los microorganismos pueden ser útiles en la producción de otras sustancias de interés sanitario. Utilizando la biotecnología, se pueden modificar genéticamente bacterias con objeto de obtener distintos tipos de drogas. Por ejemplo, la insulina humana, una hormona que se encuentra en cantidades muy bajas en personas que sufren diabetes, se produce ahora microbiológicamente con el gen de la insulina humana introducido en un microorganismo. Igualmente, la hormona del crecimiento humano, utilizada para el tratamiento de niños con deficiencias en su producción, también se obtiene a partir de bacterias en las que se ha insertado una copia del gen humano.
Otros productos farmacéuticos generados a partir de microorganismos manipulados genéticamente incluyen el interferón para el tratamiento de algunas hepatitis y ciertos cánceres, y la eritropoyetina, que se suministra a pacientes sometidos a diálisis para reponer los eritrocitos perdidos durante este proceso.
Muchos fármacos se producen industrialmente gracias a los microorganismos.
· La industria alimentaria
En la producción de muchos derivados lácteos, como queso, yogurt y suero de leche, que son productos de alto valor económico, interviene parcialmente alguna actividad microbiana. Las bacterias del ácido láctico incluyen, entre otras, las especies de los géneros Streptococcus y Lactobacillus que producen yogur.
Las levaduras también tienen gran importancia en la industria alimentaria. Muchos artículos de panadería se hacen usando levadura, que son hongos unicelulares. Incluso productos tan omnipresentes en nuestra sociedad como las bebidas alcohólicas se basan también en las actividades de las levaduras. La levadura que sin duda fué la primera y aún hoy en día sigue siendo la más utilizada por el hombre es Saccharomyces cerevisiae (imagen adjunta), de la que se emplean diferentes cepas para la fabricación de cerveza, vino, sake, pan y alcoholes industriales.
También de interés industrial son las bacterias del ácido acético, Gluconobacter y Acetobacter que pueden convertir el etanol en ácido acético (producir vinagre a partir del vino).
Otro ejemplo puede ser las bebidas gaseosas. El principal azúcar de muchos refrescos es la fructosa, que se produce del almidón de maíz por actividad microbiana. El edulcorante artificial aspartamo de algunos refrescos dietéticos es una combinación de dos aminoácidos, ambos producidos microbiológicamente. Finalmente, el ácido cítrico, que se añade a muchos refrescos para darles sabor ácido, se produce por un hongo en un proceso industrial a gran escala.
Por otro lado, los microorganismos resultan ideales para la producción de enzimas a gran escala, que además de ser muy utilizados en la industria alimentaria, se utilizan también en otros campos como la industrial textil, papelera, etc.
2.2.- Los microorganismos y la agricultura.
Todo nuestro sistema de agricultura depende en muchos aspectos de las actividades microbianas. Muchas de las cosechas que obtenemos son de plantas pertenecientes a las leguminosas, que viven estrechamente asociadas con unas bacterias llamadas bacterias nitrificantes que forman en sus raíces estructuras llamadas nódulos. En estos nódulos radiculares, el nitrógeno atmosférico (N2) se convierte en compuestos nitrogenados (nitratos, etc.) que las plantas pueden usar para crecer. De este modo, las actividades de las bacterias de los nódulos radiculares reducen la necesidad de costosos fertilizantes para las plantas.
Gran importancia tienen también los microorganismos que son esenciales en el proceso de la digestión en animales rumiantes, como vacas y ovejas. Esos animales tienen un órgano digestivo especial llamado rumen donde los microorganismos llevan a cabo el proceso digestivo. Sin estos microorganismos, la producción en algunas granjas sería prácticamente imposible.
Los microorganismos son los principales descomponedores de materia orgánica, lo cual permite que se completen los ciclos biogeoquímicos de los elementos en los ecosistemas. En este sentido, los microorganismos son imprescindibles en el reciclaje de nutrientes que son importantes para los vegetales, particularmente en lo que se refiere al carbono, nitrógeno y azufre. Las actividades microbianas en el suelo, especialmente las de los hongos filamentosos, y en las aguas transforma estos elementos a formas que son fácilmente tomadas por las plantas.
Además de beneficios, los microorganismos pueden causar también efectos nocivos sobre la agricultura. Las enfermedades de vegetales debidas a microorganismos, especialmente hongos, tienen consecuencias económicas importantes.
El hongo fusarium está causando estragos en las plantaciones de pino de la Euskal Herria atlántica.
2.3.- Microorganismos, energía y medio ambiente.
La mayor parte del gas natural (metano) es un producto de la acción bacteriana, y su formación es debida a las bacterias metanogénicas. Se recolecta en todo el mundo en enormes cantidades como combustible primario.
En minería, los microorganismos se utilizan para eliminar metales de un mineral, en un proceso conocido como lixivación microbiana.
En el futuro, los microorganismos pueden constituir importantes fuentes alternativas de energía. Los microorganismos fototróficos pueden captar energía luminosa y convertirla en producción de biomasa, es decir, energía almacenada en organismos vivos. La biomasa microbiana y los materiales de desecho existentes, como los desperdicios domésticos, los excedentes de cosechas y los residuos animales, pueden ser convertidos luego en "biocombustibles", tales como metano y metanol, por otros microorganismos.
Los microorganismos también pueden ser utilizados para ayudar a disminuir la polución creada por las actividades humanas, un proceso que se denomina biorremediación. Se han aislado de la naturaleza varios microorganismos que consumen vertidos de petróleo, disolventes y otras sustancias tóxicas que polucionan el ambiente, tanto directamente en el sitio mismo del vertido como después de que los materiales tóxicos hayan difundido por los suelos o alcanzado las aguas subterráneas. Diversidad de microorganismos poseen muchos recursos genéticos para limpiar el medio ambiente y, en la actualidad, este área está siendo objeto de intensa investigación. El campo de la biotecnología ha contribuido a tal esfuerzo desarrollando métodos para la modificación genética de microorganismos naturales a fin de convertirlos en mejores agentes de biorremediación.
Las bacterias han sido utilizadas en el tratamiento de mareas negras.
3.- Los microorganismos y los alimentos
3.1.- Conservación de alimentos
Hay muchos agentes (enzimas, el oxígeno, insectos, roedores...) que pueden destruir las peculiaridades sanas de la comida fresca. Entre esos agentes destacan los microorganismos, como las bacterias y los hongos, que estropean los alimentos con rapidez.
Mediante la conservación se busca crear un medio adverso para la proliferación de microorganismos (ausencia de aire o de humedad, salinidad o acidez elevada, temperaturas extremas, etc.), y así los alimentos no se transformen.
Hay varios mecanismos empleados para proteger a los alimentos contra los microbios y otros agentes responsables de su deterioro para permitir su futuro consumo, si bien hay que tener en cuenta que no hay ningún método de conservación que ofrezca protección frente a todos los riesgos posibles durante un periodo ilimitado de tiempo.
Además del enlatado y la congelación, existen otros métodos tradicionales de conservación como el secado, la salazón y el ahumado. La desecación por congelación o liofilización es un método más reciente. Entre las nuevas técnicas experimentales se encuentran el uso de antibióticos y la exposición de los alimentos a la radiación nuclear.
Alimentos liofilizados.
La congelación conserva los alimentos impidiendo la multiplicación de los microorganismos. Dado que el proceso no destruye a todos los tipos de bacterias, aquellos que sobreviven se reaniman en la comida al descongelarse y a menudo se multiplican mucho más rápido que antes de la congelación. La congelación impide la multiplicación de los microorganismos (bacterias y hongos microscópicos). Por el contrario, las enzimas, cuya actividad degrada los alimentos, sí se mantienen activas en condiciones de congelación, aunque su actividad es mucho más lenta.
3.2.- Intoxicaciones alimentarias
Una intoxicación alimentaria es la manifestación de alteraciones en el organismo (intoxicación) consecuente a la exposición a sustancias tóxicas presentes en alimentos ingeridos. La intoxicación ocurre tras la ingestión de alimentos que están contaminados con sustancias orgánicas o inorgánicas perjudiciales para el organismo.
La mayoría de los casos de intoxicaciones alimentarias son en realidad provocadas por bacterias, virus, priones o parásitos, y/o sus productos metabólicos. Estas contaminaciones suelen surgir por manipulación, preparación o conservación inadecuada de los alimentos. Unas buenas prácticas higiénicas antes, durante y tras la preparación de los alimentos pueden reducir las posibilidades de sufrir una intoxicación.
· Contaminación por microorganismos
Las personas enfermas o portadoras de alguna enfermedad contagiosa que manipulan alimentos son una de las causas más comunes de intoxicaciones alimentarias por contaminación con agentes patógenos. Algunas enfermedades comunes son ocasionalmente transmitidas a la comida mediante el vector agua.
Otra causa importante para la contaminación de alimentos es la interacción de los alimentos con plagas, especialmente moscas, roedores y cucarachas, que funcionan como vectores contaminantes, transmisores de microorganismos patógenos.
La demora entre el consumo de un alimento contaminado y la aparición de los primeros síntomas de enfermedad se denomina periodo de incubación. Éste es muy variable, y puede ir desde unas pocas horas a varios días (y raras veces meses e incluso años), dependiendo del agente y la dosis consumida.
En una intoxicación alimentaria, durante el periodo de incubación, los microbios pasan del estómago al intestino, se sujetan a las células de las paredes intestinales y empiezan a multiplicarse allí. Algunos tipos de microbio permanecen en el intestino, otros producen toxinas que son absorbidas por la corriente sanguínea y otros pueden invadir directamente tejidos corporales más profundos. Los síntomas que provocan dependen del tipo de microbio.
La dosis infecciosa (cantidad de agente que debe ser consumida para dar lugar a las manifestaciones clínicas de intoxicación) depende del agente y de otras variables de la persona que lo ingiere, como la edad y estado de salud.
· Microorganismos causantes de intoxicaciones
Las bacterias son una causa común de intoxicaciones alimentarias. Entre las bacterias más comunes causantes de intoxicaciones, destacan la Escherichia coli, que se encuentra habitualmente en nuestro sistema digestivo, pero en ciertas concentraciones causa transtornos intestinales, y la Salmonella sp. (imagen adjunta), causante de la salmonelosis.
Además de las intoxicaciones provocadas por infección bacteriana directa, algunas intoxicaciones alimentarias se deben a exotoxinas que son excretadas por las propias bacterias en crecimiento. Las exotoxinas pueden provocar enfermedades incluso cuando los microbios que las produjeron han sido eliminados. Por ejemplo, la rara pero potencialmente mortal enfermedad del botulismo aparece cuando la bacteria anaeróbica Clostridium botulinum se desarrolla en alimentos poco ácidos inadecuadamente envasados y produce una poderosa toxina paralizante. Esporádicamente se dan casos de esta enfermedad por ingestión de conservas en mal estado.
Además de las bacterias, otros microorganismos también pueden causar intoxicaciones alimentarias. Las infecciones víricas suponen quizá un tercio de los casos de intoxicaciones alimentarias en países desarrollados. Provocan enfermedades parecidas a las formas bacterianas descritas anteriormente.
Algunos protozoos, como ciertas amebas, pueden causar alteraciones intestinales bastante graves. Finalmente, animales microscópicos como el nematodo anisakis sp. o el platelminto taenia sp. también pueden causar importantes trastornos.
ANISAKIS
TENIA
Rotavirus y el protozoo Giardia lamblia, causantes de intoxicaciones alimentarias.
La inmensa mayoría de las intoxicaciones alimentarias son casos individuales o esporádicos. Cuando dos o más personas experimentan enfermedades parecidas tras consumir alimentos de una fuente común se dice que se trata de un brote de intoxicación alimentaria.
A menudo es una combinación de sucesos lo que contribuye a la aparición de un brote. Por ejemplo, los alimentos pueden quedar a temperatura ambiente varias horas, permitiendo que las bacterias se multipliquen lo que combinado con un proceso de cocción inadecuado que no las elimine resulta en unos niveles bacterianos peligrosamente altos.
· Prevención de las intoxicaciones alimentarias bacterianas
La prevención es una tarea primordialmente estatal, mediante la definición de normas de higiene estrictas y un servicio público de inspección veterinaria en la cadena alimentaria, desde la granja hasta la industria de transformación y distribución (tiendas y restaurantes). Los productos, además de haber sido elaborados en las condiciones sanitarias exigidas, deben de llevar la información necesaria sobre su composición, elaboración, condiciones de conservación y fecha de caducidad.
En casa del consumidor, la prevención consiste principalmente en buenas prácticas de higiene alimentaria. Por otro lado, el consumidor debe conocer las características de los productos que compra, para lo cual deberán llevar un correcto etiquetado.
La higiene es uno de los aspectos más importantes en los procesos de la industria alimentaria.
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