Microbiologia y Parasitologia 2

ANTECEDENTES

DE LA

MICROBIOLOGIA

FASES DE LA HISTORIA EN LA MICROBIOLOGIA

Periodo especulativo (desde la antigüedad hasta primeros microscopios)

Primeros microscopistas (1675 - mediados del s. XIX)

Cultivo de microorganismos (hasta finales del siglo XIX)

Hasta nuestros días: multitud de enfoques en el estudio microbiano.

Ciencias “emancipadas” (Virología, Inmunología)

Periodo especulativo

Se inicia desde los 3 a 2.5 millones de años A.C.
El hombre inicia su relación con los microorganismos al desarrollarse las primeras prácticas agrícolas y el procesamiento empírico de los alimentos (10000 – 7000 A.C.)

Fueron los sumerios, babilonios y egipcios los que emplearon directamente los micro- organismos al desarrollar la fabricación del pan y la cerveza.

Culturas asiáticas, africanas, europeas y americanas: Bebidas alcohólicas. Alimentos fermentados han sido desde sus orígenes fundamentales en la dieta de los asiáticos.

Fracastoro (1546): sugiere que organismos invisibles eran los causantes de enfermedades.

En 1590 dos constructores holandeses de gafas, Hans Janssen (1619) y su hijo Zacharias (finales del siglo XVI y principios del XVII), construyeron un aparato con lentes de aumento que permitían ver los más pequeños objetos.

La microbiología empezó cuando el hombre aprendió a pulir piezas de vidrio y a combinarlas para lograr amplificaciones lo bastante grandes para poder ver los microbios. En el siglo XIII Roger Bacón postulo que la enfermedad era causada por criaturas vivas invisibles. En 1658, un monje llamado Kircher hizo referencia a gusanos invisibles a primera vista en los cuerpos en descomposición, en la carne, en la leche, y en los exudados diarreicos.

En 1665, Robert Hooke vio y describió células en un pedazo de corcho. Hooke estableció el hecho de que los cuerpos de animales y plantas, por complejos que parezcan, están a su vez compuestos por algunas partes elementales repetidas con frecuencia.

A comienzos del siglo XVII, gracias a los progresos de la óptica, los investigadores pudieron descubrir el mundo misterioso de los organismos más pequeños, desconocido hasta entonces.

Historia del Microscopio

El microscopio se inventó, hacia 1610, por Galileo, según los italianos, o por Jansen, en opinión de los holandeses.

Sin embargo las primeras publicaciones importantes en el cuándo Malpighi prueba la teoría de Harvey sobre la circulación sanguínea al observar al microscopio los capilares sanguíneos y Hooke publica su obra Micrographia.

A mediados del siglo XVII un comerciante holandés, Leeuwenhoek, utilizando microscopios simples de fabricación propia describió por primera vez protozoos, bacterias, espermatozoides y glóbulos rojos.

Antoine van Leeuwenhoek, que vivió en Delft, Holanda, de 1632 a 1723, fue el primero en comunicar sus observaciones con descripciones y dibujos precisos.

Durante el siglo XVIII el microscopio sufrió diversos adelantos mecánicos que aumentaron su estabilidad y su facilidad de uso aunque no se desarrollaron mejoras ópticas. Las mejoras más importantes de la óptica surgieron en 1877 cuando Abbe publica su teoría del microscopio y por encargo de Carl Zeiss mejora la microscopía de inmersión sustituyendo el agua por aceite de cedro

El microscopio electrónico de transmisión (T.E.M.) fue el primer tipo de microscopio electrónico desarrollado este utiliza un haz de electrones en lugar de luz para enfocar la muestra consiguiendo aumentos de 100.000 X.

Primeros Microscopistas

Antoine van Leeuwenhoek: Microscopio simple
Descubrimiento de los microorganismos (“animálculos” en gota de estanque, 1675)

Describe bacterias (1683)
Describe protozoos
Robert Hooke: Microscopio compuesto
Describe hongos filamentosos (1667)

Primeros dibujos de bacterias Leeuwenhoek , 1683)

Microscopio compuesto de Robert Hooke

PIONEROS DE LA MICROBIOLOGIA

Microscopio electrónico: Funciona mediante el uso de ondas electrónicas. El "bombardeo" de electrones permite obtener imágenes ampliadas de la muestra, las que se proyectan sobre una pantalla como la del televisor. El microscopio electrónico puede aumentar la imagen de un objeto entre 50.000 y 400.000 veces.

Microscopio de efecto túnel: Este microscopio utiliza una especie de aguja cuya punta es tan fina que ocupa un sólo átomo. Esta punta se sitúa sobre el material y se acerca hasta una distancia determinada. Luego se produce una débil corriente eléctrica. Al recorrer la superficie de la muestra, la aguja reproduce la información atómica del material de estudio en la pantalla de una computadora.

Microscopio de fuerza atómica: Es similar al del efecto túnel. Usa una aguja muy fina situada al final de un soporte flexible para entrar en contacto con la muestra y detectar los efectos de las fuerzas atómicas.

IMPORTANCIA DEL MICROSCOPIO

El microscopio es sin duda el elemento más importante en cualquier laboratorio. Nos permite, por ejemplo, ver células, microorganismos y bacterias, lo cual es imposible de observar a simple vista. Con el microscopio hemos descubierto infinidades de cosas que nos han ayudado a evolucionar como por ejemplo hemos descubierto enfermedades que serían imposible de detectar sin la ayuda del microscopio también hemos descubierto las cura para esas y muchas más enfermedades. El microscopio nos ayudó también a mirar y aprender de las estrellas y planetas que hemos observador gracias al microscopio gracias al microscopio se descubrió que no era el sol el que giraba alrededor de la tierra si no la tierra alrededor del sol.

El microscopio ha sido una de las herramientas esenciales para el estudio de las ciencias de la vida. Abrió el ojo humano hacia una nueva dimensión. Tanto es así que actualmente, el microscopio nos permite observar el "corazón" mismo de la materia: los átomos.

CULTIVO DE MICROORGANISMOS.

Según su estado físico.

v Líquidos

Usualmente se denominan caldos ya que contienen los nutrientes disueltos en agua. Permiten obtener suspensiones con un elevado número de microrganismos.

Ej. Caldo nutritivo.

v Sólidos

Se pueden preparar a partir de medios líquidos a los cuales se les añaden agentes solidificantes como agar, gelatina o sílica gel. Se utilizan con frecuencia en el aislamiento y mantenimiento de los microorganismos en el laboratorio.

Ej. Agar nutritivo.

2. Según la naturaleza de sus constituyentes

v Medios naturales o complejos

Están constituidos por sustancias complejas de origen animal o vegetal y usualmente se complementan con el añadido de minerales y otras sustancias. No se conocen todos los componentes del medio de cultivo, ni las cantidades exactas en que están presentes. Ej. Extracto de carne, extracto de levaduras.

v Medios sintéticos o químicamente definidos.

Se preparan a partir de ingredientes químicamente puros y por lo tanto se puede conocer exactamente su composición cuali y cuantitativa. Por su costo sólo se emplean en procedimientos especiales.

3. Según sus propósitos de uso

v Medios de enriquecimiento

Se llama enriquecimiento a cualquier cultivo en medio líquido que resulte en un incremento en el número de un tipo dado de microorganismo en relación con el número de otros tipos de microorganismos que puedan estar en el inoculo. Un medio de enriquecimiento puede contener sustancias que favorezcan el crecimiento del microorganismo que nos interesa o que inhiban el crecimiento de los otros tipos de microorganismos presentes.

Ej. Caldo tetrationato utilizado para el enriquecimiento de las especies del género Salmonella provenientes de muestras de heces, orina, agua o alimentos.

Medios selectivos.

Son básicamente iguales a los de enriquecimiento, se diferencian por ser medios sólidos y están diseñados para el aislamiento de microorganismos específicos.

Ej. Agar desoxicolato citrato utilizado para el aislamiento de patógenos entéricos.

v Medios diferenciales.

No contienen sustancias inhibidoras, es decir, permiten el crecimiento de muchos tipos de microorganismos, pero si contienen indicadores de productos derivados de la actividad metabólica de los microorganismos sobre algunos de los componentes del medio. Se utilizan para la identificación de los microorganismos.

Ej.: Agar base rojo fenol utilizado para detectar fermentación de carbohidratos.

v Medios selectivos diferenciales.

A veces se combinan en un mismo medio las características de ser selectivo y diferencial.

Ej.: el agar Mac Conkey contiene sales biliares y cristal violeta, que inhiben el crecimiento de las bacterias gram+. Pero como también contiene lactosa y un indicador de pH permite distinguir entre las bacterias fermentadoras de lactosa y las que no lo son.

MEDIDA DEL CRECIMIENTO Y ENUMERACIÓN DE MICROORGANISMOS.

Existen diferentes sistemas para detectar y medir el crecimiento de microorganismos.

Los principales son:

1.- Recuento directo: consiste en la observación al microscopio de volúmenes muy pequeños de suspensiones de bacterias. Se usan unos portaobjetos especiales denominados

Cámaras de Petroff-Hausser. Para que la medida sea correcta es necesario que la densidad de células sea del orden de 105 por ml.

2.- Medida de la masa de células: el sistema se basa en que las células en suspensión dispersan la luz causando la turbidez del cultivo. La turbidez depende de la masa en suspensión y, por tanto, midiendo esta se puede estimar aquella. Este es el parámetro de medida más fácil de usar en los cultivos de laboratorio. La densidad de células debe ser del orden de 105 por ml.

3.- Recuento de viables: consiste en sembrar un volumen determinado de cultivo o muestra sobre el medio de cultivo sólido adecuado para estimar el número de viables contando el número de colonias que se forman puesto que cada una de estas deriva de una célula aislada. Para que la medida sea correcta desde el punto de vista estadístico, es necesario contar más de 300 UFC.

4.- Medida del número de partículas usando contadores electrónicos de partículas. Estos sistemas no nos indican si las partículas corresponden a células vivas o muertas; pero nos pueden dar una idea del tamaño de las partículas.

5.- Medida de parámetros bioquímicos tales como la cantidad de ADN, ARN, proteínas, peptidoglicano, etc. por unidad de volumen de cultivo.

6.- Medida de actividad metabólica de las bacterias como que respiran producen disminución del potencial redox del medio en que se encuentran como consecuencia del consumo de oxígeno (utilización de colorantes sensibles a oxidación-reducción tales como el azul de metileno).

CONDICIONES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS.

1. Temperatura.

Cada microorganismo tiene una temperatura óptima en la cual su crecimiento es más rápido; una temperatura mínima por debajo de la cual no crece y una temperatura máxima por encima de la cual el crecimiento no es posible, estas tres temperaturas se denominan temperaturas cardinales y son características de cada microorganismo.

De acuerdo con el rango de temperatura a la que crecen, los microorganismos se dividen en:

v Psicrófilos: Microorganismos capaces de crecer a bajas temperaturas. Hay dos grupos diferentes que pueden crecer a esa temperatura. El primer grupo está constituido por los psicrófilos estrictos o aquellos microorganismos que pueden crecer a 0 ºC pero cuya temperatura óptima es de 15 ºC. El otro grupo los constituyen aquellos microorganismos que pueden proliferar a 0 ºC pero que tienen temperaturas óptimas más elevadas 20 - 30 ºC llamados psicrófilos facultativos. Ej. Pseudomonas.

v Mesófilos: Microorganismos cuya temperatura óptima de crecimiento se encuentra dentro de un rango de 25 – 40 º C. Dentro de este grupo se encuentran la mayoría de los microorganismos contaminantes de los productos farmacéuticos, alimentos y cosméticos y los microorganismos patógenos para el hombre. Ej. Neisseria gonorrhoeae.

v Termófilos: Microorganismos cuya temperaturas óptima es de 50 - 60 ºC, hay algunos con temperaturas óptimas aún más altas 80 - 121 ºC, a estos se les denomina hipertermófilos o termófilos extremos. Ej. Thermus aquaticus (temperatura óptima 72 ºC; crece entre 50 - 80 ºC).

v Anaerobios aerotolerantes: crecen en ausencia de oxígeno, pero la presencia de oxígeno no perjudica su crecimiento. Ej.: Especies del género Lactobacillus.

v Microaerofílicos: requieren pequeñas concentraciones de oxígeno para crecer. Ej.: Especies del género Spirillum.

Hay tres teorías principales sobre el origen de los virus.

Teoría de la regresión: es posible que los virus fueran pequeñas células que parasitaban célRickettsiu las más grandes. A lo largo del tiempo, los genes que no necesitaban por su parasitismo desaparecieron. Las bacterias a y Chlamydia son células vivientes que, como los virus, sólo pueden reproducirse dentro de células huéspedes.
El ejemplo de estas bacterias parece apoyar esta teoría, pues es probable que su dependencia del parasitismo haya causado la pérdida de los genes que les permitían sobrevivir fuera de una célula. También se le llama «teoría de la degeneración».

Teoría del origen celular

Algunos virus podrían haber evolucionado a partir de fragmentos de ADN o ARN que «escaparon» de los genes de un organismo mayor. El ADN fugitivo podría haber provenido de plásmidos (fragmentos de ADN que pueden moverse entre células) .

Estos son moléculas de ADN que se replican y se mueven a diferentes posiciones en el interior de los genes de la célula. Antiguamente llamados «genes saltarines», son ejemplos de elementos móviles genéticos y podrían ser el origen de algunos virus. Los transposones fueron descubiertos en 1950 por Barbara McClintock a partir de sus estudios en maíz
Teoría de la coevolución: los virus podrían haber evolucionado de complejas moléculas de proteínas y ácido nucleico, al mismo tiempo que aparecieron las primeras células en la tierra, y habrían sido dependientes de la vida celular durante muchos millones de años.

PATOLOGÍA DE LOS SERES VIVOS

la rabia, viruela y otras enfermedades eruptivas de tipo febril, como el sarampión, la varicela o la escarlatina, fue un antiguo problema.
Una de las primeras descripciones de la rabia que han sobrevivido hasta nuestros días es la de Aristóteles. "la rabia vuelve loco al animal, y cualquier especie de animal, con excepción del hombre, será contaminado con esta enfermedad si es mordido por un perro rabioso. La enfermedad es fatal para el propio perro y cualquier otro animal mordido por éste, con excepción del hombre".

Antecedentes de la virología

El virus ancestral evolucionó hacia el actual virus del sarampión cuando los cambios en el comportamiento social del hombre dieron origen a poblaciones lo suficientemente grandes para mantener la prevalencia de la infección.

Cuando la Peste Negra (o peste bubónica) llega a Al-Ándalus en el siglo XIV, Ibn Khatima descubre que las enfermedades infecciosas son causadas por microorganismos que se introducen en el cuerpo humano.

Durante los años veinte la definición del virus se basaba en conceptos puramente negativos: no podían ser vistos al microscopio, no podían ser cultivados en medios artificiales, y además no eran retenidos por los filtros a prueba de bacterias

En 1931, William Ernest Good pasture demuestra el crecimiento de la gripe y de otros virus en huevos de gallina fertilizados.

A partir de 1932 se empezaron a aislar cepas del virus de la influenza tipo A.
Actualmente ya no es posible aislar en la población humana virus tipo A correspondientes a las cepas originales aisladas en 1932. Este fenómeno se conoce como deriva antigénica y presupone que en forma natural se producen cepas de virus que presentan nuevos antígenos; estos mutantes son seleccionados en forma natural de entre la población de virus de la influenza.
La primera purificación de un virus fue lograda por Max Schlesinger en 1933 utilizando una técnica conocida como centrifugación diferencial, la cual se basa en el hecho de que en un tubo de ensayo sometido a la acción de una fuerza centrífuga las partículas más pesadas sedimentan a menor velocidad que las partículas ligeras. De esta manera es posible separar los fagos de los restos de las células bacterianas.

En 1935 el químico Wendell Stanley pudo aislar el virus causante del mosaico del tabaco y purificarlo en forma cristalina.
1949 cuando John Franklin Enders, Thomas H. Weller y Frederick Chapman Robbins desarrollan conjuntamente una técnica para reproducir el virus de la polio en cultivos de células vivas de animales.
André Lwoff propuso en 1957 que un virus es: "una entidad estrictamente intracelular y potencialmente patógena que se caracteriza por tener una fase infecciosa, posee solamente un tipo de ácido nucleico, multiplicarse en la misma forma que su material genético, incapaz de crecer o dividirse en forma binaria, carente de un sistema productor de energía metabólica".
la pandemia de influenza de 1957 se aisló una cepa del virus que tiene antígenos HA y NA totalmente diferentes a los de la cepa del virus más común en el año 1956.
En 1956, Gierer y Schramm purificaron el ácido nucleico del virus del mosaico del tabaco (VMT), y demostraron que ARN viral purificado podía ser infeccioso si se tomaban las precauciones necesarias para protegerlo de ser inactivado por la acción de enzimas capaces de degradar ácido ribonucleico.
CARACTERÍSTICAS DE LOS VIRUS
Los virus, son un tipo especial de materia que no posee una membrana celular, por lo que no pueden ser considerados como células.
no tienen un metabolismo propio, por lo que no pueden producir la materia prima necesaria para generar nuevos virus.
no se pueden reproducir a sí mismos, para ello, requieren de una célula huésped que le proporcione la materia prima y la maquinaria enzimática necesaria para la reproducción.