III. Papel de los Microorganismos en los Ecosistemas

A. El Ciclo del Carbono

Existen dos grandes reservorios de carbono en la Tierra:

• Los depósitos de rocas carbonatadas (dolomitas y calizas), carburantes fósiles y sedimentos (humus orgánico), que son poco activos desde el punto de vista biológico, es decir, desde los que el carbono difícilmente pasa a los seres vivos.
• La atmósfera es el reservorio más activo de carbono, en la que se encuentra en forma de CO₂, CO y CH₄, además de las formas inorgánicas disueltas en agua (carbonato y bicarbonato), en equilibrio con el CO₂ atmosférico.

El ciclo biológico del carbono consiste en el intercambio entre sus formas inorgánicas y orgánicas, y se desarrolla en varias etapas:

• Los organismos productores autótrofos convierten el CO₂ en materia orgánica. En condiciones aeróbicas, el CO₂ es fijado por fotosíntesis oxigénica (plantas superiores, protistas verdes y cianobacterias), y en ausencia de oxígeno, por fotosíntesis anoxigénica (bacterias fotosintéticas rojas y verdes), así como por bacterias quimiolitotrofas.
• El carbono orgánico es utilizado por los consumidores aerobios o anaerobios (animales, protistas y bacterias), que utilizan los compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía.
• Los organismos descomponedores (bacterias y hongos) utilizan la materia orgánica en descomposición, remineralizando el carbono a CO₂ por respiración o por fermentación.

Las bacterias fermentadoras producen, además de CO₂ y H₂O, ácidos orgánicos y alcoholes que serán reutilizados a su vez por otros grupos de bacterias y finalmente convertidos en metano por las bacterias metanógenas (arqueobacterias que utilizan el H₂ como fuente de energía, y el CO₂ y acetato como fuente de carbono). En presencia de oxígeno, el gas metano (CH₄) es oxidado hasta CO₂ por las bacterias metanotrofas (que llevan a cabo una respiración aerobia) y devuelto a la atmósfera.

B. El Ciclo del Nitrógeno

El nitrógeno es un elemento esencial para los seres vivos. Los microorganismos desempeñan un papel muy importante en las transformaciones biogeoquímicas de este elemento, y, a veces, son los únicos que las pueden realizar.

El principal reservorio de nitrógeno es la atmósfera, en la que se halla en forma de N₂ gaseoso, muy estable químicamente. También se encuentra en el humus y en las rocas sedimentarias, en las que está prácticamente inmovilizado para los seres vivos. Las reservas más activas de este elemento son los compuestos inorgánicos, como amonio, nitritos y nitratos, solubles en agua.

Las actividades biológicas fundamentales en el ciclo del nitrógeno son la fijación de nitrógeno, la amonificación, la nitrificación y la desnitrificación.

B. Enfermedades Infecciosas

1. Conceptos Generales

Las enfermedades causadas por microorganismos se denominan enfermedades infecciosas y son la principal causa de mortalidad en los países subdesarrollados. El crecimiento de los microorganismos en el seno de los tejidos del huésped es la infección; aunque hay infecciones asintomáticas, frecuentemente se manifiestan con un cuadro clínico característico.

La capacidad de un organismo para producir enfermedad es su patogeneidad. Las poblaciones de microbios (cepas) que causan enfermedad se consideran virulentas, frente a las inocuas o no virulentas. La patogeneidad y virulencia están frecuentemente ligadas a la producción de ciertas sustancias por parte del microorganismo, denominadas toxinas, que causan daños concretos en el huésped.

Las toxinas pueden dividirse en función de sus propiedades químicas en dos grupos: exotoxinas y endotoxinas.

• Las exotoxinas son proteínas solubles que fabrica y segrega la bacteria, por lo que aparecen en los extractos celulares o en los medios de cultivo bacterianos. Salvo algunas excepciones, se destruyen fácilmente con el calor. Se reconocen tres tipos:
  • Enterotoxinas: que estimulan anormalmente a las células de la mucosa gastrointestinal, como la toxina colérica o las producidas por Escherichia coli.
  • Citotoxinas: que matan enzimáticamente a las células del huésped, como la toxina diftérica.
  • Neurotoxinas: que bloquean la transmisión sináptica de los impulsos nerviosos; por ejemplo las toxinas botulínica y tetánica.
• Las endotoxinas se corresponden con los lipopolisacáridos de las membranas bacterianas Gram-negativas. Todas son resistentes al calor. Su actuación cursa con diarreas, fiebre, shock y, en ocasiones, hemorragias internas.

2. Vías de Transmisión

Las enfermedades infecciosas pueden ser transmitidas por el aire, por el agua o por contacto directo (entre ellas las enfermedades de transmisión sexual); en otros casos pueden ser transmitidas por vectores, como insectos chupadores, chinches, pulgas, etc.; por último hay enfermedades causadas por la ingestión de alimentos en mal estado (por ejemplo botulismo y salmonelosis). En el cuadro siguiente se resumen las principales rutas de entrada de algunos patógenos.

Medidas Curativas: Agentes Antimicrobianos y Quimioterapéuticos

Los agentes antimicrobianos son productos químicos que matan o inhiben el crecimiento de los microorganismos. Según el tipo de microorganismos contra los que actúan, pueden ser antibacterianos, antivíricos, antifúngicos o antiparasitarios.

Los agentes químicos que se utilizan en el tratamiento de enfermedades producidas por microorganismos se denominan agentes quimioterapéuticos. Deben ser inocuos o presentar baja toxicidad para el organismo. Los principales agentes quimioterapéuticos son los antivirales, los antibióticos y las sulfamidas.

En la quimioterapia antiviral se utilizan una serie de productos sintéticos que, de una u otra manera, impiden la multiplicación de los virus. En la actualidad los únicos de eficacia probada actúan contra los herpesvirus. El más importante es el aciclovir, que actúa de forma específica contra la ADN polimerasa del herpes, impidiendo la síntesis del ADN vírico y, por tanto, su multiplicación. El AZT (azidodesoxitimidina) es otro agente antiviral que inhibe la transcripción inversa en los retrovirus (como el HIV) y se utiliza, combinado con otros fármacos, en el tratamiento del SIDA.

Los antibióticos son sustancias producidas de forma natural por bacterias del grupo de las actinomicetales y por ciertos hongos filamentosos u hongos que se emplean en el tratamiento de infecciones. Algunos antibióticos son semisintéticos, es decir, se obtienen por modificación de antibióticos naturales. En general actúan de dos maneras: matando los microorganismos existentes (acción bactericida) o impidiendo su reproducción (acción bacteriostática).

Los antibióticos son muy útiles para el tratamiento de enfermedades producidas por bacterias; algunos, no obstante, también tienen efectos contra los hongos patógenos.

El mecanismo de acción de los antibióticos es variado, ya que va desde la inhibición de la síntesis de las paredes celulares de las bacterias patógenas y la destrucción de los fosfolípidos de las membranas celulares, hasta la inhibición de la síntesis del ADN, del ARN y de las proteínas de los microbios patógenos. Existen antibióticos de amplio espectro que ejercen su acción sobre una gran variedad de microorganismos y otros, de espectro reducido