Biología Aplicada. Clase 1 Los Microorganismos

Instituto Universitario De TecnologiaAntonio Jos De Sucre Extensin Ciudad Bolvar

Biologa Aplicada

MICROORGANISMOS

Son considerados microbios o microorganismos, los seres vivos microscpicos consistentesen una sola clula, es decir unicelulares, as como aquellos que forman agregados celularesen los cuales todas las clulas son equivalentes (en los cuales no existe diferenciacincelular).

Los microorganismos se hallan capacitados para acometer una extensa gama dereacciones metablicas y adaptarse a muchos ambientes diferentes. Por su poco pesopueden ser transportados por las corrientes de aire y estar en todas partes, pero lascaractersticas del ambiente determinan cules especies pueden multiplicarse.

Las clulas estudiadas en microbologa pueden pertenecer a dos grandes grupos, eucariotasy procariotas. Las eucariotas constituyen la unidad estructural de protozoarios, hongos yalgas, cuyo tamao las incluye en esta especialidad. Las clulas procariotas son lasbacterias, cuya estructura interna es sencilla. Etimolgicamente el trmino procariotasignifica ausencia de membrana celular.

Existen varias clases de microorganismos: mohos, levaduras, bacterias, actinomicetos,protozoos, algas, virus.

El suelo es uno de los ambientes donde un conjunto ingobernable de microorganismoscompiten entre s para obtener lo que todos ellos necesitan: nutrientes y energa. Al mismotiempo, los productos de su metabolismo alteran la composicin qumica del suelo dondehabitan. Ms an, los propios microorganismos evolucionan en respuesta a la presin delambiente.

Numerosas especies bacterianas y algunas veces incluso algas microscpicas o protozoos,proliferan en las superficies expuestas a la humedad formando una biopelcula demicroorganismos contenidos en una matriz de polisacridos, cuyo espesor puede oscilarentre algunos micrmetros y pocos milmetros, que se adhiere fuertemente a la base. Lasbiopelculas se forman en todas las superficies sumergidas, tanto en agua dulce como demar, o bien sobre soportes constantemente hmedos tales como paredes de la caera deagua, pisos o dientes. El 99% de toda la actividad microbiana en un ecosistema abiertoocurre sobre las superficies.

Los mohos y levaduras forman parte de los hongos. Las levaduras son unicelulares encondiciones normales mientras que los mohos crecen como un sistema ramificado defilamentos (micelio).

Prof. Yosmarys Aponte. | 1


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Clasificacin de los Microorganismos

La taxonoma de los microorganismos se refiere a las formas de clasificacin con susrespectivos mtodos. La taxonoma se encarga de la clasificacin, identificacin ynomenclatura de los organismos.

La clasificacin se relaciona con la agrupacin de los organismos en grupos o taxones enfuncin de semejanzas mutuas o del parentesco evolutivo filogenia. La nomenclatura seocupa de la asignacin de nombres a grupos taxonmicos de acuerdo con normasestablecidas. La identificacin determina a que taxn pertenece un determinado organismo.

La base en que se fundamenta la taxonoma microbiana se origina en la investigacin de lasrelaciones filogenticas resultantes de la evolucin, la cual desemboc en las tres grandescategoras o dominios denominados por Carl Woese: Arqueobacterias o archaea,Eubacterias y Eucariotas.

* Arqueobacteria o Archaea Son las bacterias ms antiguas que se conocen y estnadaptadas a vivir en ambientes extremos, son de estructura clulas procariota.

* Eubacteria o Bacteria comprende las cianobacterias, los micoplasmas y las llamadas"bacterias verdaderas", son de estructura clulas procariota.

* Eucariota o Eukarya a este domino pertenecen los microorganismos de los reinosProtisto: protozoos y algas y del reino Fungi: los hongos filamentosos y los unicelularescomo las levaduras y los organismos del reino Plantas y del reino Animal, son de estructuracelular eucariota.

Estos 3 dominios agrupan a los microorganismos conocidos a excepcin de losmicroorganismos acelulares como los virus, viroides y priones. La distancia entre cada unode los grupos incluidos en cada dominio indica el grado de parentesco entre ellos.

Aunque el estudio de la legionelosis, nombre con el que se conoce la patologa causada porlas bacterias del gnero Legionella, se inici en el ao 1976, este gnero no fue establecidohasta tres aos ms tarde. En 1979, los estudios de hibridacin ADN-ADN realizados porBrenner demostraron que el agente etiolgico de la enfermedad del legionario constitua unnuevo gnero bacteriano, el gnero Legionella, y denominaron L. pneumophila a la especieconcreta responsable de la enfermedad (Brenner, 1979). El gnero dio nombre a una nuevafamilia, Legionellaceae, en la que inicialmente se incluyeron tres gneros, Legionella,Fluoribacter y Tatlockia. Sin embargo, anlisis posteriores de cidos nucleicos confirmarona la familia Legionellaceae como un grupo monofiltico (Figura 1) de la subdivisingamma-2 de Proteobacteria (Fields, 2002).



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Dentro del gnero Legionella se diferencian 48 especies (Tabla 1), de las cuales, hasta elmomento, slo 20 se han identificado como causantes de enfermedad en el hombre.Basndose en criterios serolgicos, las distintas especies de Legionella se han clasificadoen serogrupos. Los serogrupos 1, 4 y 6 son, de los 15 descritos en L. pneumophila, los quecon mayor frecuencia causan legionelosis.

Tabla 1. Especies y serogrupos de Legionella.



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Caractersticas morfolgicas y fisiolgicas

Las bacterias del gnero Legionella son bacilos gramnegativos, aerobios, no esporulados nicapsulados. Miden de 0.5 a 0.7 m de dimetro y aproximadamente 2 m de longitud; sumorfologa puede ser bacilar o pleomrfica, a veces con formas filamentosas que puedenalcanzar una longitud de hasta 20 m. A excepcin de L. oakridgensis, que es inmvil, lasespecies restantes son flageladas.

Normalmente poseen un solo flagelo polar, pero tambin se han observado flagelossubpolares y laterales. Por otro lado, se ha visto que algunas cepas procedentes deaislamientos primarios presentan pili (Meyer, 1980; Blackmon, 1981; Yu, 1990; Prats,



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2002).En contraste con la mayor parte de las bacterias gramnegativas, en el lipopolisacridode la pared de Legionella se encuentran grandes cantidades de cidos grasos de cadenasramificadas, como se demuestra por cromatografa gas-lquido (Lambert, 1989; Jantzen,1993; Prats, 2002).

Estructuralmente se considera una bacteria gramnegativa, pero Legionella se visualiza condificultad mediante la tincin de Gram. En el caso de emplear esta tcnica, la fucsina bsicada un mejor resultado como colorante de contraste que la safranina. La tcnica de Gimnezes tan rpida como la tincin de Gram y tie el microorganismo de forma ms efectiva (Yu,1990).

En cuanto a su metabolismo, se trata de bacterias aerobias estrictas, capnoflicas (sucrecimiento en el laboratorio se ve favorecido con una atmsfera que contenga un 3% deCO 2 ) y relativamente inactivas. La principal fuente de energa la obtienen por elcatabolismo de aminocidos, pero tambin pueden oxidar la glucosa a travs de la va de



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Embden-Meyerhof-Parnas. La produccin de oxidasa es variable. Todas las especiescontienen superxido dismutasa as como catalasa y/o peroxidasa, aunque las reaccionessuelen ser dbiles (Yu, 1990; Prats, 2002).

Un pH cercano a la neutralidad es el ms adecuado para el crecimiento de este gnerobacteriano. Legionella es termoflica, crece en el agua a temperaturas entre 20 y 50 oC yposee un desarrollo ptimo a 35oC (Figura 4). A temperaturas inferiores a 20oCpermanecen latentes, sinmultiplicarse, y sobreviven durante un perodo de tiempo variableentre 40 y 60oC. Mueren a temperaturas superiores a 60oC. La temperatura de crecimientoptimo y superiores son inusuales en la naturaleza, aunque frecuentes en instalaciones ydispositivos acuticos artificiales.

Son bacterias nutricionalmente muy exigentes, por lo que requieren una combinacin nicade nutrientes dentro de un orden para crecer en el laboratorio. Debido a esta caractersticason incapaces de crecer en los medios de cultivo empleados habitualmente en loslaboratorios de Microbiologa. Legionella pneumophila fue aislada por primera vez en agarMuller-Hinton suplementado con hemoglobina e IsoVitaleX. Los componentes esenciales



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que permitieron un crecimiento en este medio resultaron ser el Fe, contenido en lahemoglobina, y la L-cistena, aminocido esencial proporcionado por el IsoVitaleX. Estosrefinamientos condujeron al desarrollo del agar Feeley-Gorman, que proporcion mejoresresultados en el crecimiento de la bacteria. Ms tarde, el almidn fue sustituido por carbnactivado para detoxificar el medio y como fuente de aminocidos se utiliz extracto delevadura. Actualmente, el medio ms utilizado para el cultivo de Legionella es Agar BCYE(buffered charcoal yeast extract) enriquecido con alfa-cetoglutarato con o sin agentesselectivos aadidos.

Inicialmente, estos requerimientos nutricionales inusuales parecen contradecir la ampliadistribucin de Legionella en ambientes acuticos. La cantidad de nutrientes que Legionellarequiere para su crecimiento es raramente encontrada en agua dulce pero, si estuvieranpresentes, slo serviran para amplificar bacterias de crecimiento rpido que podrancompetir con Legionella. Enrealidad, estos nutrientes representan un ambiente intracelular,no nutrientes solubles comnmente encontrados en agua dulce. Este aspecto es el querelaciona ntimamente a Legionella con los protozoos de vida libre como parsitointracelular.

Relaciones evolutivas entre organismos vivos

En la actualidad se pueden determinar relaciones filogenticas (evolutivas) entre losmicroorganismos. Para establecer estas relaciones se utilizan una serie de mtodos basadosen comparaciones de la secuencia de cidos nucleicos, particularmente en la secuencia delARN ribosmico (ARNr), esto es, el ARN estructural del ribosoma que constituye laestructura clave de la clula implicada en la traduccin del ARN.

De hecho, uno de los descubrimientos recientes ms importantes en biologa es que loscambios en la secuencia nucleotdica del ARN ribosmico (determinados en definitiva pormutaciones en el ADN que codifica el ARN ribosmico) pueden ser usados como unamedida para establecer relaciones evolutivas entre clulas.

A partir de estudios sobre secuencias de ARN ribosmico se pueden definir tres linajescelulares evolutivamente diferentes, dos de los cuales presentan estructura procaritica yuno que es eucaritico. Los grupos o dominios se llaman Eubacteria, Archaea oArqueobacteria y Eukarya o Eucariota.

Pese al hecho de que a nivel molecular tanto Eubacteria como Arqueobacteria sonprocariotas, los dos grupos difieren evolutivamente entre s tanto como del grupo Eucariota.Se piensa que los tres grupos se originaron muy pronto en la historia de la vida sobre laTierra por divergencias a partir de un organismo ancestral comn, el "antepasadouniversal". Eubacteria y Arqueobacteria representan ramas evolutivas que nuncaevolucionaron ms all del nivel microbiano



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Figura 5. Relaciones evolutivas entre los organismos vivos

Identificacin y clasificacin de los microorganismos

Adems de comprender y valorar los orgenes filogenticos de los organismos celularesresulta importante, ser capaz de identificar y clasificar los microorganismos. Unaidentificacin rpida de un microorganismo causante de enfermedades en humanos oanimales es esencial para establecer el tratamiento adecuado del paciente. Se han usadovarios criterios para caracterizar microorganismos y, en la actualidad, se tienen en cuentatanto caractersticas celulares como filogenticas para la clasificacin.

Tras un estudio profundo de la estructura y funcin de un microorganismo, incluyendo sugentica, metabolismo, comportamiento y otras propiedades distintivas, es posiblereconocer un cierto nmero de caractersticas nicas en un microorganismo dado. Una vezque el organismo ha sido definido en funcin de esa serie de caractersticas propias, recibeun nombre.



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Los microbilogos usan el sistema binomial de nomenclatura establecido inicialmentepor Linneo para designar animales y plantas. El sistema binomial consta de dos nombres: elgnero y la especie. El gnero es un nombre que se aplica a ciertos organismosrelacionados; dentro del gnero, cada tipo de organismo recibe un nombre de especie. Losnombres de gnero y especie se usan siempre juntos para describir un tipo especfico deorganismo, ya sea una clula aislada o un grupo de clulas. La primera palabra correspondeal nombre cientfico del gnero y se escribe la primera letra con mayscula y en cursiva,mientras que la segunda palabra corresponde a la especie, la cual se escribe en minsculas yen cursiva. Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli, o abreviadamente E. coli, tiene unadesignacin de gnero, Escherichia, y un nombre de especie, coli.

En microbiologa la unidad taxonmica bsica es la especie microbiana, cepa o estirpe

Efectos de los Agentes Fisicos y Quimicos sobre la vida Bacteriana

Todos los microorganismos son afectados por diferentes factores fsicos, entre ellos el msimportante es la temperatura, pero tambin la presin y otros elementos del medio.

Los microorganismos se clasifican en tres categoras en cuanto a la temperatura ptima querequieren para llevar a cabo su actividad metablica para su crecimiento:

Psicrfilos: se desarrollan mejor a 10C (+- 5C)Mesfilos: crecen mejor a 35C (+- 5C)

Termfilos: con ptimo crecimiento a 60C (+- 10C)

Cualquier derivacin de su temperatura ptima de crecimiento, para arriba o para abajo, loperjudica. Las temperaturas bajas slo detienen el metabolismo, pero las altas temperaturas,desarticulan la actividad metablica por afectar la estructura funcional de sus enzimas. Espor esto por lo cual se usan tanto las altas temperaturas para destruir la vida microbiana.

La temperatura, el agua y la vida estn articuladas entre s, debido a que la vida depende detodas las reacciones qumicas que constituyen el metabolismo celular, sin embargo, todasellas ocurren en un medio acuoso, ya que gran parte del citoplasma celular es agua, y lasreacciones qumicas ocurren en el agua y su eficiencia depende de la temperatura en que sepresenten. La temperatura, la presin, las radiaciones ionizantes, el pH entre otros factores,controlan las poblaciones de microorganismos del ecosistema, y estos factores tambinpueden ser usados para controlarlos.

La mayora de las bacterias pueden crecer dentro de un margen de pH de su medio,manteniendo al mismo tiempo su pH interno ptimo prcticamente constante.

Por ejemplo, Escherichia coli puede crecer bien entre pH 6 y pH 8, pero su pH interno essiempre 7.6 o muy cercano a ese valor.



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Respecto del margen normal de pH a los que crecen las bacterias, stas se pueden clasificaren:

Neutrfilas: si crecen de modo ptimo en torno a la neutralidad (entre pH 5.5 y 8) Acidfilas: si crecen normalmente entre pH 0 y pH 5.. Alcalfilas: si crecen entre pH 8.5 y pH 11.5.

La mayor parte de las bacterias son neutrfilas. Muchas bacterias neutrfilas modifican elpH del medio, y resisten entornos relativamente cidos o alcalinos. Por ejemplo, algunasbacterias fermentativas excretan cidos, mientras otras alcalinizan el medio, p. ej.,produciendo amonio a partir de desaminacin de aminocidos. Por otro lado, la mayor partede los hongos y levaduras requieren pHs ligeramente cidos (en torno a 4-5).

Aunque los microorganismos pueden crecer en un margen ms o menos amplio de pH(alrededor de un ptimo), los cambios bruscos pueden ser lesivos (afectando a la membranay al transporte de solutos, e inhibiendo enzimas). Si el pH citoplsmico cae rpidamentehasta 5 o menos, la bacteria puede morir.

En muchas circunstancias es necesario e indispensable trabajar con o en medios libres demicroorganismos vivos, es decir en ambientes estriles.

Se entiende por esterilizacin la eliminacin completa de todos los microorganismos vivosque se encuentren en un objeto o material, de tal manera que decir estril es decir sin vida.Para esterilizar pueden usarse diferentes procedimientos. El proceso de esterilizacin sirveslo para objetos inanimados, pero no para organismos vivos, puesto que stos no sepueden liberar de microorganismos, ya que los procedimientos que acaban con la vidamicrobiana, tambin acaba con las clulas de ese organismo.

La temperatura es la que mas se utiliza para producir efectos esterilizantes, tanto calor seco(estufas de esterilizacin, flameado) como calor hmedo (autoclave). Existen distintosprocedimientos de esterilizacin por calor: estufa, flameado, ebullicin, autoclave ypasteurizacin (aunque esta no logra la esterilizacin total).

Otros procedimientos de esterilizacin son el uso de filtros y las radiaciones.

La desinfeccin es la destruccin o eliminacin de microorganismos peligrosos por agentesqumicos, desde lavar con agua y jabn y luego aplicar un producto qumico como puedeser alcohol, soluciones de yodo o soluciones de sales orgnicas de mercurio, como elmerthiolate. Un desinfectante es un producto que destruye o elimina microorganismos ensuperficies inanimadas, por otro lado, un antisptico es un producto que destruye la vida deuna bacteria o un virus pero que se puede aplicar en superficies vivas. La antisepsia es elprocedimiento por el cual se detiene el crecimiento bacteriano en una superficie viva.Asepsia es la ausencia de organismos potencialmente patgenos.



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Existen ciertas sustancias qumicas que influyen negativamente sobre las bacterias,pudiendo ejercer dos tipos de efectos diferentes:

bactericida: frmaco que destruye microorganismos dentro de un husped. bacteriosttico: producto que inhibe el crecimiento de los microorganismos en el husped.

Se entiende por quimioterpico al producto resultado de la sntesis qumica que es capaz dematar microorganismos dentro de un paciente, mientras que un antibitico es el producto deorigen microbiano que es capaz de matar microorganismos dentro de un husped. Es decirque la diferencia entre un agente quimioterpico y un antibitico es que el quimioterpicoes sintetizado en un laboratorio, mientras que el antibitico es producido por unmicroorganismo y mata otros microorganismos.

Existen una gran variedad de antibiticos y quimioterpicos que actan a travs de distintosmecanismos:

Antibiticos, que interfieren con la biosntesis de la pared celular, como la penicilina ycefalosporinas, antibiticos que actan sobre la membrana celular, antibiticos que inhibenla sntesis de protenas, como las tetraciclinas, aminoglucsidos y macrlidos y antibiticosque actan sobre la sntesis de cidos nucleicos, como las quinolonas.


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