1. Modos de Vida de los Microorganismos

Según la forma de nutrirse podemos considerar los siguientes tipos de microorganismos:

• Microorganismos autótrofos: Producen su propia materia orgánica a partir del dióxido de carbono atmosférico o disuelto en el agua, bien sea por fotosíntesis o por quimiosíntesis. Tienen una gran importancia en la biosfera ya que constituyen la base de la alimentación de la mayor parte de los organismos y la principal fuente de oxígeno, necesario para los organismos aeróbicos.
• Microorganismos saprofitos: Viven sobre cadáveres, excrementos u otros restos de organismos, descomponiendo su materia orgánica para absorberla e incorporarla a su organismo. Este grupo es en general beneficioso ya que gracias a él se recicla la materia orgánica en la biosfera que sino se iría acumulando y dificultando el desarrollo de los organismos. Pero cuando crecen sobre productos preparados para nuestra alimentación, los alteran y resultan perjudiciales. Algunos son usados para la transformación de los alimentos y para otros usos industriales.
• Microorganismos simbióticos: Se asocian a otros microorganismos de los que obtienen MO a cambio de algún beneficio que aporta la actividad microbiana a la especie asociada. Tienen gran importancia para la biosfera ya que facilitan la expansión de numerosas especies animales y vegetales.
• Microorganismos parásitos: Obtienen la materia orgánica de otros organismos produciéndoles enfermedades. Este grupo es perjudicial tanto cuando produce enfermedades humanas como cuando las produce en animales y plantas destinados a las actividades humanas.

2. Microorganismos Autótrofos y Biosfera

Desempeñan un importante papel en la Biosfera ya que constituyen la fuente de MO para todos los organismos. Cierran el ciclo del carbono, pues toman el dióxido de carbono producido por los organismos en la respiración y lo transforman en MO.

Esta función la desempeñan las bacterias fotosintéticas, las cianobacterias y las algas eucarióticas unicelulares (protofitas) que viven en la superficie del mar y de los lagos, constituyendo el fitoplancton. También las bacterias quimiosintéticas que pueden vivir en los fondos marinos o lacustres donde constituyen la fuente primaria de MO ya que no llega luz a estos lugares y no pueden vivir los organismos fotosintéticos. (Libro figura 2.2 – chimeneas volcánicas de los fondos marinos donde viven bacterias quimiosintéticas que aprovechan las emisiones de compuestos químicos que oxidan para obtener la energía necesaria para la producción de MO).

Las cianobacterias y las algas eucarióticas unicelulares constituyen también la fuente de oxígeno que es necesario para la respiración de los organismos aeróbicos. El rendimiento de la fotosíntesis de los microorganismos es mayor que el de las plantas por lo que son los principales responsables del enriquecimiento en oxígeno de nuestra atmósfera.

Las nitrobacterias o bacterias quimiosintéticas que oxidan el amonio y los nitritos hasta nitratos, son habitantes habituales de los suelos aireados.

3. Microorganismos del Suelo

En el suelo vive un conjunto heterogéneo de microorganismos, sobre todo hongos y bacterias, con modos de vida muy variados: saprofitos, simbióticos que viven en raíces de plantas, quimiosintéticos y también parásitos.

Tienen una gran importancia para la Biosfera ya que interaccionan con las plantas influyendo en el ciclo del carbono y en el del nitrógeno. Se suelen estudiar de manera asociada ya que los productos del metabolismo de unos son los sustratos del metabolismo de otros.

En suelos aireados

Abundan las bacterias y los hongos aeróbicos saprofitos que descomponen totalmente la MO de los cadáveres y restos orgánicos, liberando S y P de los compuestos orgánicos que pueden ser absorbidos por las plantas en forma de sales minerales para ser de nuevo incorporados a las biomoléculas. También están presentes las nitrobacterias quimiosintéticas que oxidan el amonio liberado en la descomposición de la MO (procedente de los aminoácidos) y lo oxidan a nitratos que pueden ser absorbidos por las plantas de manera que se recicla el nitrógeno en la materia orgánica. Las bacterias del género Azotobacter (que viven libres en el suelo), las del género Rhizobium (viven en simbiosis en las raíces de las plantas leguminosas) y muchos actinomicetos (viven en simbiosis en las raíces de ciertas plantas), fijan el N₂ atmosférico y lo incorporan a sus proteínas o a las de las plantas asociadas, o lo oxidan hasta nitratos que pueden absorber las plantas. Las micorrizas son hongos que viven en simbiosis en las raíces de casi todas las plantas y les facilitan la absorción de agua y nutrientes del suelo.

En suelos no aireados y subsuelos

Abundan las bacterias anaerobias. Las bacterias con metabolismo fermentativo producen ácidos y gases como productos finales que son perjudiciales para las raíces de las plantas por lo que en estos medios solo viven plantas especializadas en estas condiciones. También se desarrollan bacterias anaerobias del tipo de las desnitrificantes que usan los nitratos como compuesto oxidantes reduciéndolos a nitritos o a amonio con lo que privan a las plantas de estos nutrientes. En el subsuelo continúan las transformaciones fermentativas de los restos orgánicos que acaban transformados en hidrocarburos y gases orgánicos (carbón, petróleo, Gas Natural).

4. Microorganismos Patógenos

Entre los microorganismos parásitos, que viven a costa de otros, destacan los patógenos, que con su actividad producen tantos prejuicios al organismo hospedador que se dice que producen una enfermedad.

Existen especies patógenas entre los protozoos, los hongos, las bacterias, los micoplasmas y los virus, y las enfermedades las pueden sufrir plantas, animales y humanos.

Las enfermedades bacterianas y víricas tienen graves repercusiones en la vida social y la sociedad ha invertido muchos recursos en combatirlas.

El estudio de las enfermedades infecciosas en el ser humano es un campo de la Medicina aunque sus métodos de trabajo sean comunes a otros estudios dentro de la Microbiología.

Conceptos de Microbiología Médica

• Louis Pasteur: Primer científico que afirmó que determinadas enfermedades se debían a la actividad de determinados microbios, se le considera el fundador de la Microbiología. En 1877 consiguió cultivar los microorganismos responsables de carbunco (enfermedad del ganado y también de los humanos) extraídos de animales enfermos.
• Robert Koch: Descubrió el agente causante de la tuberculosis (el bacilo de Koch) y estableció los postulados para que se pudiera afirmar que una enfermedad era producida por un determinado microbio y que podemos resumir en: el microorganismo se encuentra siempre en los individuos enfermos; si el microorganismo se inocula en un individuo sano, desarrolla la enfermedad; los animales infectados desarrollan defensas inmunitarias específicas contra dicho microorganismo.
• Infección: Invasión de un organismo por microorganismos parásitos. La aparición de unos cuantos microbios no tiene importancia ya que las defensas inmunitarias del organismo los pueden combatir pero cuando se introducen en un gran número, sí se establece una lucha entre el parásito y el hospedador, y si el parásito no desaparece en poco tiempo, aparece la enfermedad.
• Contagio: Traspaso de microorganismos patógenos desde un organismo enfermo a otro sano, suele ser el mecanismo más frecuente de transmisión de las enfermedades infecciosas.
• Patogenicidad: Capacidad del microorganismo de llegar a producir una enfermedad en el hospedador y si el microbio es patógeno, se llama virulencia a la mayor o menor intensidad de la enfermedad producida por ese agente infeccioso.
• Toxinas: Sustancias tóxicas (venenosas) producidas por el microorganismo que son las responsables de la enfermedad, aunque eliminemos al agente que las producen pueden permanecer en la sangre del hospedador. La toxemia es la acumulación de toxinas en un organismo. Hay dos tipos:
  • Exotoxinas: Las liberan al exterior. Son muy tóxicas. Enterotoxinas (sobre la mucosa intestinal), neurotoxinas (sobre el SN y el Sistema Inmune), citotoxinas (mata a diversos tipos de células por choque enzimático).
  • Endotoxinas: Suelen ser lipopolisacáridos de la pared celular de bacterias Gram-. Se liberan cuando la bacteria muere. Son poco tóxicas.

Este es el caso por ejemplo de la enfermedad del tétanos, debida a la acción de una toxina que produce la bacteria Clostridium tetani cuando se desarrolla en las heridas profundas y que afecta al Sistema Nervioso aunque el microbio sea eliminado por las defensas del organismo.

Lucha contra los Microorganismos: Asepsia y Antisepsia

Los organismos cuentan con mecanismos de lucha contra las infecciones, defensas inmunitarias. En muchas ocasiones, la defensa contra los microorganismos consiste en reforzar o facilitar esos mecanismos. Además, las defensas inmunitarias pueden complementarse desde fuera del organismo con las prácticas de la asepsia y la antisepsia.

• Asepsia: Eliminación de microorganismos en los objetos que usamos, en prevención de que puedan estar presentes las especies patógenas. Esto es muy importante en la vida hospitalaria donde se trata con enfermos en riesgo de contraer alguna infección y es una de las grandes aportaciones de Pasteur a la Medicina pero también es importante en la vida cotidiana, para evitar los riesgos de infección por contacto o inhalación. La asepsia en la vida cotidiana se consigue con las medidas de higiene habituales de nuestra cultura: lavar la ropa y utensilios con jabones o detergentes, lavarnos las manos antes de comer… En los medios hospitalarios se exigen condiciones más drásticas de asepsia en ropa y utensilios lo cual se puede lograr con procedimientos físicos o químicos. Son procedimientos físicos: uso del autoclave (donde los utensilios se introducen en agua a 120ºC y 2 atm durante unos 15 min, solo se resisten a esto algunas esporas de bacterias), uso del horno de Pasteur (los objetos se someten a 200ºC en seco, elimina todas las esporas) y la irradiación con rayos gamma o ultravioletas (se aplica a habitaciones especiales como quirófanos). Son procedimientos químicos: el lavado de los objetos con detergentes tensioactivos, tratamiento con sustancias esterilizantes (formaldehído o lejía) que destruyen las esporas de resistencia.
• Antisepsia: Eliminación de microorganismos en el cuerpo de los pacientes para lo que deben usarse productos químicos antimicrobianos que no dañen al organismo al que se pretende curar. Entre las sustancias antimicrobianas destacamos:
  • Antisépticos: Sustancias que se aplican sobre la piel o las heridas, pero que no se pueden ingerir ya que pueden dañar a los tejidos del paciente. Ej: alcohol, agua oxigenada, yodo, jabón… actúan contra todos los microorganismos en general.
  • Bacteriostáticos: Sustancias sintetizadas en el laboratorio que impiden el crecimiento de las bacterias. Los más conocidos son las sulfamidas. Aunque algunos pueden ser ingeridos se suelen usar en infecciones externas.
  • Antibióticos: Sustancias producidas por microorganismos (hongos o bacterias) que impiden el crecimiento de bacterias y son inocuos para los organismos infectados. Se descubrieron principalmente entre los microorganismos del suelo, los cuales segregan este tipo de sustancias para limitar el crecimiento de las especies competidoras. El primer antibiótico usado médicamente fue la penicilina (descubierto en 1928 por el Dr. Fleming, pero no empezó a usarse hasta 1941) producida por Penicilium notatum, moho verde de las naranjas. Los antibióticos pueden impedir el crecimiento bacteriano bloqueando la formación de la pared celular o pueden producir directamente la muerte de las bacterias. No tienen ningún efecto sobre hongos, protozoos y virus. Hay antibióticos específicos de bacterias Gram+, como la penicilina o la eritromicina, otros específicos de bacterias Gram-, como la estreptomicina (producida por un actinomiceto habitante del suelo, Stretptomyces) y la amoxicilina, otros se denominan de amplio espectro porque actúan sobre bacterias de todo tipo, como las tetraciclinas y el cloramfenicol, que sin embargo tienen un cierto grado de toxicidad para el organismo y así las tetraciclinas se contraindican para niños menores de 12 años y el cloramfenicol se usa sólo para infecciones de la piel. La investigación sobre los antibióticos sigue abierta, descubriéndose continuamente nuevos productos y derivados químicos para tratar de evitar la resistencia a los antibióticos, que consiste en que las bacterias adquieran genes que producen enzimas que inactivan los antibióticos. Estos genes aparecen por mutación, de forma espontánea, pero se propagan rápidamente entre las bacterias que habitan en un determinado organismo (flora intestinal, bucal, estomacal…), pues viven muy próximas unas a otras y pueden experimentar los fenómenos de recombinación genética (conjugación, transformación y transducción). Cuando se trata una enfermedad infecciosa con antibióticos solo sobreviven las bacterias resistentes a esos antibióticos y como los supervivientes encuentran menos competencia para alimentarse invaden rápidamente el organismo y cuando vuelve a darse la enfermedad infecciosa es más difícil el tratamiento con antibióticos ya que la mayor parte de las bacterias son resistentes.
  • Antivirales: Sustancias sintetizadas en laboratorio o extraídas de células especializadas, que se han desarrollado recientemente como fruto de la lucha contra el SIDA. Normalmente se suministran de forma conjunta para neutralizar el desarrollo del virus por diversos caminos ya que solo un tipo de producto parece insuficiente y puede producir efectos dañinos en el organismo afectado. Los primeros usados fueron los antirretrovirales, que impiden la acción de la transcriptasa inversa de forma que el virus no se puede reproducir. También suelen usarse sustancias que impiden el ensamblaje de las cápsidas en el interior de las células infectadas con lo que la infección no se puede propagar a las células vecinas. Otras sustancias impiden la unión de los virus sobre los receptores de las células diana con lo que la infección no puede iniciarse y otras impiden la integración del ADN vírico a las moléculas de ADN celular impidiendo la multiplicación del virus.

5. Los Microorganismos y los Alimentos

Los microorganismos saprofitos pueden resultar perjudiciales para los intereses de nuestra especie cuando crecen sobre alimentos reservados para el consumo humano, pues los alteran con su actividad, o incluso producen ácidos y sustancias nocivas como fruto de las fermentaciones. Es el caso del botulismo, intoxicación producida por la ingestión de ácido botulínico, producido por la bacteria Clostridium botulinium cuando crece en las conservas.

Para evitarlo, los alimentos deben conservarse en condiciones que dificulten el crecimiento de microorganismos, con procedimientos físicos, como la refrigeración, la congelación, la pasteurización (calentar el producto a 60ºC durante un tiempo), la esterilización (calentar el producto a 120ºC y 2 atm durante unos 15 min) o la irradiación.

En otras ocasiones, los microorganismos saprofitos son buscados a propósito para transformar los alimentos y enriquecerlos en nutrientes o simplemente mejorar sus cualidades organolépticas (aroma, sabor…). Este es el caso de las levaduras usadas para la fabricación de bebidas alcohólicas o del pan y de las bacterias usadas para la fabricación del queso y del yogur. Esto entraría dentro de la Microbiología industrial.

(Leer fabricación del pan, de las bebidas alcohólicas y fermentaciones lácticas)

6. Otras Aplicaciones Industriales de los Microorganismos

Obtención de Productos Quimiofarmacéuticos

El ejemplo más tradicional es el de la fabricación de antibióticos. El cultivo masivo de los microorganismos productores de estas sustancias antimicrobianas ha puesto al alcance de la medicina grandes cantidades de antibióticos con los que combatir muchas enfermedades bacterianas.

El uso de la ingeniería genética ha ampliado las posibilidades de esta aplicación de los cultivos de bacterias. Inoculando los genes convenientes en bacterias o levaduras, se obtienen cepas productoras de hormonas. Ej: la mayor parte de la insulina producida hoy en día procede de las cepas de la bacteria E. Coli en las que se ha inoculado el gen productor de esta hormona; lo mismo ocurre con la hormona del crecimiento producida por cepas de levaduras que portan el gen productor de esta sustancia. También muchos antibióticos y vacunas son producidos por microorganismos manipulados genéticamente.

Tratamientos de Residuos

La gran variedad de metabolismos de las especies de microorganismos habitantes del suelo hace pensar que siempre habrá alguna especie capaz de digerir o degradar los residuos agrícolas, industriales o urbanos que se acumulan en determinadas áreas.

Cepas de microorganismos aeróbicos se usan en tratamientos de aguas residuales para hacer desaparecer la contaminación orgánica ya que los restos orgánicos sirven de alimento a estos microorganismos; a su vez los fangos producidos en estos tratamientos, por crecimiento de los microorganismos, se usan como fertilizantes por ser ricos en nutrientes inorgánicos (sales amónicas, sulfatos…).

Cepas de microorganismos seleccionadas capaces de digerir los hidrocarburos se usan para la eliminación de las mareas negras o acumulaciones de aceites industriales.

Otros microorganismos son usados en suelos contaminados por su capacidad de absorber metales pesados (Cd, Cu, Zn) quedando así atrapados en su cuerpo.

Estas aplicaciones también se han visto ampliadas por el uso de la ingeniería genética, ya que se pueden inocular en las bacterias genes que amplíen sus propiedades de digestión de hidrocarburos o de fijación de metales pesados como las bacterias portadoras del gen del ratón que inmoviliza el Cd.