Conceptos Fundamentales de Microbiología

Definiciones Clave

¿Qué es la microbiología?
La microbiología es la ciencia que estudia los microorganismos.

¿Qué es un microorganismo?
Los microorganismos son organismos de tamaño muy pequeño, que solo se pueden apreciar con la ayuda de un microscopio.

¿Qué tienen en común los microorganismos?
Los microorganismos tienen en común su tamaño microscópico.

Bacterias: Estructura y Reproducción

Características Celulares

Las bacterias son células procariotas porque no tienen núcleo definido.

Estructuras Bacterianas

Mesosomas

¿Qué son los mesosomas?
Los mesosomas son invaginaciones o prolongaciones hacia el interior de la membrana plasmática bacteriana, a las que tradicionalmente se les han atribuido funciones diversas (aunque su existencia como estructuras reales es debatida en la microbiología moderna).

Pilis

¿Qué son los pilis?
Los pilis (singular: pilus) son apéndices cortos y finos, similares a pelos, que se encuentran en la superficie de muchas bacterias.

Tipos de pilis y su función:

• Pilis comunes o Fimbrias (antes llamados «de infección»): Sirven principalmente para la adhesión a superficies o a células del huésped, un paso crucial en la colonización y la infección.
• Pilis Sexuales (Pilus F): Son más largos y menos numerosos. Sirven para la conjugación bacteriana, un proceso mediante el cual se transfiere material genético (generalmente plásmidos) de una bacteria donadora a una receptora.

Plásmidos

¿Qué son los plásmidos y para qué sirven?
Los plásmidos son moléculas de ADN circular, pequeñas y extracromosómicas (independientes del cromosoma bacteriano principal). Se replican de forma autónoma y a menudo portan genes que confieren ventajas selectivas a la bacteria, como resistencia a antibióticos, producción de toxinas o nuevas capacidades metabólicas. Sirven como vehículo para el intercambio de material genético entre bacterias (transferencia horizontal de genes).

Reproducción Bacteriana: Bipartición

Las bacterias se reproducen asexualmente por bipartición (o fisión binaria). Este proceso consta de varias etapas que se pueden agrupar conceptualmente:

1. Fase de Replicación y Segregación: Esta fase comienza con la duplicación del material genético (el cromosoma bacteriano). Los cromosomas hijos se separan y se mueven hacia polos opuestos de la célula.
2. Fase de Crecimiento y División Celular: La célula aumenta de tamaño. Se forma un septo o tabique transversal por invaginación de la membrana plasmática y la pared celular en la parte central de la célula. Finalmente, la célula se divide completamente, dando lugar a dos células hijas genéticamente idénticas (clones), que suelen ser más pequeñas que la célula madre inicial.
3. Fase de Crecimiento Celular (Interdivisional): Durante esta fase, las células hijas crecen hasta alcanzar el tamaño característico de la especie antes de iniciar un nuevo ciclo de división. La velocidad de este ciclo (tiempo de generación) depende de la especie bacteriana y de las condiciones ambientales (nutrientes, temperatura, pH), pudiendo variar desde unos 20 minutos hasta varias horas o días.

Virus: Características y Replicación

Naturaleza Acelular

Los virus son acelulares y están en la frontera de la vida. Explica esta frase:
Esta afirmación se basa en que los virus no son células. Carecen de la estructura celular compleja (citoplasma, ribosomas, orgánulos) y del metabolismo propio necesarios para la vida autónoma. Únicamente están constituidos por material genético (ADN o ARN, nunca ambos) encerrado dentro de una cubierta proteica llamada cápside (y, en algunos casos, una envoltura lipídica externa). Se consideran en la frontera de la vida porque, aunque contienen información genética y pueden evolucionar, necesitan obligatoriamente parasitar células vivas (bacterias, plantas, animales) para poder replicarse (multiplicarse), utilizando la maquinaria biosintética de la célula huésped.

Replicación Vírica

La replicación vírica es el proceso por el cual un virus genera nuevas copias de sí mismo dentro de una célula huésped. Puede seguir principalmente dos tipos de ciclos:

Ciclo Lítico

Este ciclo resulta en la destrucción (lisis) de la célula huésped. Se pueden distinguir varias fases:

1. Fijación (Adsorción): El virus se une específicamente a moléculas receptoras presentes en la superficie de la célula huésped susceptible.
2. Penetración: El virus o su material genético entra en el citoplasma de la célula huésped. Los mecanismos varían:
   • Inyección directa del material genético (común en bacteriófagos).
   • Fusión de la envoltura viral con la membrana plasmática de la célula huésped (en virus envueltos).
   • Endocitosis: la célula huésped envuelve al virus mediante una invaginación de su membrana.
3. Multiplicación (Biosíntesis): El material genético viral toma el control de la maquinaria celular. Se sintetizan múltiples copias del genoma viral y de las proteínas virales (capsómeros, enzimas, etc.) utilizando los recursos de la célula huésped (nucleótidos, aminoácidos, ribosomas, energía).
4. Ensamblaje (Acoplamiento): Los componentes virales recién sintetizados (genomas y proteínas) se autoensamblan espontáneamente para formar nuevas partículas víricas completas (viriones).
5. Liberación: Los nuevos viriones salen de la célula huésped. En muchos casos, esto ocurre mediante la lisis (ruptura) de la célula, liberando una gran cantidad de virus simultáneamente. En otros casos (especialmente virus envueltos), los virus pueden salir por gemación a través de la membrana celular, lo que no necesariamente causa la muerte inmediata de la célula.

Ciclo Lisogénico

Algunos virus (denominados virus atemperados o lisogénicos, como ciertos bacteriófagos) pueden seguir una vía alternativa al ciclo lítico. En este ciclo:

• Tras la penetración, el ADN del virus se integra en el genoma de la célula huésped (en bacterias, se integra en el cromosoma bacteriano). El ADN viral integrado se denomina profago (en el caso de bacteriófagos) o provirus (en virus animales).
• El virus permanece en estado latente o durmiente dentro de la célula huésped. El genoma viral se replica pasivamente junto con el ADN de la célula huésped cada vez que esta se divide.
• De esta manera, todas las células descendientes de la célula infectada original también portarán el genoma viral integrado.
• Bajo ciertas condiciones o estímulos (como daño al ADN celular, estrés, exposición a radiación UV), el profago o provirus puede escindirse del genoma huésped y activarse, iniciando entonces un ciclo lítico que conducirá a la producción de nuevos viriones y la lisis celular.

Esta fase de latencia se llama ciclo lisogénico.

Interacción Huésped-Patógeno y Enfermedades Infecciosas

Definiciones Importantes

Agente patógeno:

Es toda aquella entidad biológica (virus, bacteria, hongo, protozoo, helminto, etc.) capaz de producir una enfermedad infecciosa en un organismo susceptible (huésped).

Huésped (Hospedador):

Es aquel organismo que alberga a otro (el parásito, comensal o mutualista) en su interior o lo porta sobre sí.

Enfermedad infecciosa:

Son trastornos o alteraciones de la salud causados por la invasión, multiplicación y acción dañina de agentes patógenos en un huésped.

Etapas de una Enfermedad Infecciosa

El desarrollo de una enfermedad infecciosa suele seguir una serie de etapas:

1. Contagio (Transmisión): Es la llegada del agente patógeno a un huésped susceptible desde una fuente de infección (otra persona, animal, objeto contaminado, etc.).
2. Periodo de incubación: Es el intervalo de tiempo que transcurre desde el contagio (entrada del patógeno) hasta la aparición de los primeros signos o síntomas inespecíficos de la enfermedad. Durante este periodo, el agente patógeno se establece, se multiplica y se disemina por el organismo, pero aún no causa manifestaciones clínicas evidentes.
3. Periodo prodrómico (opcional): Fase corta con síntomas generales e inespecíficos (malestar, fiebre leve) que precede a los síntomas característicos.
4. Periodo de estado (Clínico o Agudo): Es el tiempo durante el cual la enfermedad se manifiesta con sus signos y síntomas más característicos y de mayor intensidad. El patógeno alcanza su máxima actividad y el organismo reacciona contra él.
5. Periodo de declinación (Resolución): La respuesta inmunitaria del huésped y/o el tratamiento médico empiezan a controlar y eliminar al agente patógeno. Los signos y síntomas de la enfermedad comienzan a disminuir en intensidad.
6. Periodo de convalecencia: Es el tiempo que tarda el organismo en reparar los tejidos dañados por la infección y recuperar completamente el estado de salud y la funcionalidad habituales. Puede desarrollarse inmunidad contra el patógeno.

Mecanismos de Defensa del Huésped: Barreras Externas (Inmunidad Innata)

¿Qué son las Barreras Externas?

Las barreras externas constituyen la primera línea de defensa del organismo frente a los agentes patógenos. Son un conjunto de mecanismos físicos, químicos y biológicos inespecíficos que impiden o dificultan la entrada y el establecimiento de microorganismos extraños en el cuerpo. Forman parte de la inmunidad innata.

Tipos de Barreras Externas

Se pueden clasificar en tres tipos principales:

• Barreras Físicas o Mecánicas: Crean un impedimento físico directo para la entrada del agente patógeno.
  • Ejemplos: La piel intacta (con su capa de queratina), las membranas mucosas que recubren las cavidades abiertas al exterior (respiratoria, digestiva, urogenital), el moco que atrapa partículas, el movimiento de los cilios en las vías respiratorias que expulsan el moco, el lavado por lágrimas, saliva u orina.
• Barreras Químicas: Son sustancias químicas producidas por el cuerpo que crean un ambiente hostil para muchos microorganismos, inhibiendo su crecimiento o matándolos.
  • Ejemplos: El pH ácido del sudor, el sebo, el estómago (ácido clorhídrico) y la vagina; la enzima lisozima presente en lágrimas, saliva y moco (degrada la pared celular bacteriana); defensinas (péptidos antimicrobianos).
• Barreras Biológicas: Están constituidas por la microbiota normal (antes llamada flora) del organismo, es decir, los millones de microorganismos comensales y mutualistas que viven en simbiosis en nuestra piel, intestino, boca, etc. Estos microorganismos compiten con los patógenos por los nutrientes y el espacio, producen sustancias antimicrobianas (bacteriocinas) y modulan el sistema inmunitario, dificultando la colonización por patógenos.
  • Ejemplo: La microbiota intestinal, la microbiota cutánea, la microbiota vaginal.