División Celular y Replicación de ADN: Proceso Semiconservador
Cada copia contiene una hebra parental y una hebra nueva de formación. La hebra nueva de formación es complementaria a la original. Horquilla de replicación: donde tiene lugar el proceso de replicación. Replicación de ADN en procariotas: empieza en un punto (Ori C). Dos horquillas de replicación se mueven alrededor del ADN, lo que resulta en una replicación bidireccional. Al contactar en el otro extremo, se liberan los cromosomas independientes. Un replicón es la porción del genoma que contiene un origen para el inicio de la replicación y donde el ADN se replica.
Síntesis de Proteínas: Transcripción
Proceso por el cual se sintetiza ARN de cadena sencilla con una secuencia de bases complementaria a la cadena molde de ADN o ARN. La ARN polimerasa desenrolla la doble hélice, forma una burbuja de transcripción y transcribe la cadena molde, que es complementaria y antiparalela respecto a la original. Se forma el ARNm, ARNt y ARNr.
Transcripción en Procariotas
La ARN polimerasa reconoce una región específica del ADN, el promotor, y posteriormente se une a ella. Se forma la burbuja de transcripción. La ARN polimerasa transcribe la secuencia líder (secuencia de bases que después no se traduce). A partir de aquí se da inicio a la transcripción de la región codificadora. La ARN polimerasa encuentra un terminador que detiene la transcripción.
Transcripción en Eucariotas
Proceso similar al de los procariotas (promotor, terminador, tres ARN polimerasas, factores de transcripción). Los genes «salteados» poseen regiones codificadas (exones) y no codificadoras (intrones). Fases: 1. Transcripción del pre-ARNm. 2. Modificación del pre-ARNm. 3. Maduración por corte y empalme del ARN (eliminación de intrones). 4. Formación del ARNm maduro. Finaliza la transcripción y el ARNm sale del núcleo hacia el citoplasma para dar inicio a la traducción.
Traducción
Proceso que consiste en la traducción de la secuencia de nucleótidos del ARNm en una secuencia de aminoácidos para dar lugar a una cadena polipeptídica. Intervienen ribosomas, ARNt, aminoácidos, enzimas, energía, factores de iniciación y liberación.
Fases de la Traducción
- Iniciación: formación del complejo de iniciación. Unión de la subunidad menor y ARNt con aminoácido.
- Elongación: formación de la cadena polipeptídica por unión de los sucesivos aminoácidos transportados y colocados en su posición adecuada por el ARNt, gracias a la complementariedad codón-anticódon.
- Terminación: un codón de terminación (triplete de bases del ARNm) indica el fin. Separación de todos los elementos.
Poliribosoma
Varios ribosomas traducen de forma simultánea la misma molécula de ARNm. Todos forman la misma cadena polipeptídica, lo que puede resultar en una amplificación de la información. Presentes en eucariotas y procariotas.
Regulación de la Expresión Genética – Operón
Unidad funcional de transcripción que contiene una secuencia de genes que codifican funciones asociadas a una vía metabólica. Permite llevar a cabo un control coordinado de la síntesis de diversas enzimas o proteínas metabólicamente relacionadas. Los genes del operón son transcritos en una única molécula de ARNm, constituida por genes reguladores, promotor, operador y proteína reguladora.
Mutación
Alteración en la secuencia de los nucleótidos de un gen. Pueden ser constantes y hereditarias; espontáneas o inducidas por agentes. A menudo tienen como consecuencia la alteración del fenotipo, es decir, de las características observables de la especie. Pueden ser benéficas.
Tipos de Mutaciones
- Mutaciones Puntuales:
- Transición: purina-purina, pirimidina-pirimidina.
- Transversión: purina-pirimidina.
- Deleciones e Inserciones: 1, 2, 4 y 5 pb.
- Mutaciones Silenciosas: no producen cambio en la secuencia de aminoácidos, solo en el gen.
- Mutaciones Sin Sentido: proteína truncada sin actividad.
Agentes Inductores de Mutaciones
Inducidas por agentes físicos y químicos. La exposición a agentes mutagénicos aumenta cerca de 1000 veces la frecuencia de mutación.
Reparación del ADN
Los daños en el ADN se reparan de diversas formas, incluyendo la comprobación de la lectura por enzimas de replicación (ADN polimerasas), reparación por escisión y reparación posreplicación.
Transformación
Consiste en la captación por parte de una célula receptora de una molécula de ADN y su incorporación en cromosomas. La célula competente es capaz de captar ADN y de transformarse. Secretan un factor proteico al exterior que se fija a un receptor y permite la expresión de los genes implicados en la transformación. La transformación con plásmido a menudo se induce artificialmente en laboratorio. Se tratan las células con sustancias para aumentar la permeabilidad de la membrana de ADN.
Conjugación
Transferencia de información genética que depende del contacto directo entre dos células, mediado por el pilus sexual. Proceso unidireccional, se realiza de una bacteria dadora a una receptora. La célula dadora contiene un factor F, un plásmido que transporta los genes necesarios para realizar la conjugación.
El Factor F
Es un episoma, puede existir de forma autónoma o integrado en el cromosoma bacteriano.
Transducción
Transferencia de genes de bacterias por medio de virus. Ocurre la incorporación de genes bacterianos al interior de la cápside de un fago debido a errores cometidos en el ciclo vital del virus.
Transducción Generalizada
Ocurre con fagos virulentos, cualquier fragmento de ADN del huésped puede quedar incluido en el interior de una cápside y ser transferido a un receptor.
Transducción Especializada
Ocurre con fagos atemperados, el ADN cromosómico transferido se localiza en el lugar de inserción del profago.
Transposición
Existen fragmentos de ADN móviles, los transposones. Estos pueden saltar de un punto a otro del genoma, llevando consigo algunos genes y modificando la estructura del ADN genómico. Requiere de la enzima transposasa y de extremidades de secuencias de repetición invertida (SRI). Pueden moverse en el cromosoma, pasar a un plásmido o al ADN de un bacteriófago.
Virus
Agentes infecciosos de organización simple y acelular. Necesitan una célula hospedadora para que se puedan replicar. Carecen de sistemas de generación de energía.
Genoma Viral del ADN
Cadena simple (lineal o circular) y cadena doble.
Genoma del ARN
Cadena simple (lineal): + o -; cadena doble (lineal). Nunca ADN + ARN.
Tipos de Virus
- Virus ssRNA:
- Virus RNA+: secuencia de nucleótidos en el RNA genómico = secuencia de nucleótidos en el ARNm.
- Virus RNA-: secuencia de nucleótidos en el ARN genómico complementaria a la secuencia de nucleótidos en el ARNm.
Genomas Segmentados
Están divididos en varios fragmentos, cada uno de los cuales probablemente codifica para proteínas diferentes.
Cápside: Funciones
Proteger los ácidos nucleicos de la degradación. En los virones «desnudos», responsables de la adhesión a la célula hospedadora.
Estructura
Constituida por múltiples unidades de una misma proteína o un número de proteínas. Simetría helicoidal, icosahédrica, compleja. Autoensamblaje, el ácido nucleico aumenta de estabilidad.
Cápsides Helicoidales
Tubos huecos con paredes proteicas. Material genético enrollado en un espiral y en la parte interna de la cápside.
Enzimas y Envoltura
Enzimas Virales
Observadas en algunos virus. Asociadas con o dentro de la cápside. Participan en la replicación del ácido nucleico.
Envoltura
Capa externa membranosa que rodea algunos virus.
Virus de la Gripe Tipo A (Influenza)
Espículas con Proteína Hemaglutinina: 15 tipos: H1 a H3 en humanos. Ayudan a la penetración del virus en la célula hospedadora.
Hemaglutinación
(Unión a los eritrocitos induce formación de anticuerpos).
Espículas con Enzima Neuraminidasa:
9 tipos, N1 a N2 en humanos, ayudan a la liberación del virus.
Infección Viral
Infección Lítica
Producción de nuevos virus y muerte de las células. Proceso rápido y breve.
Infección Crónica
El virus se reproduce a ritmo lento sin causar grandes síntomas. Su presencia se detecta mediante anticuerpos o en la sangre. Pueden durar años.
Infección Latente
No hay multiplicación. El genoma viral permanece en el interior de la célula, pero sin expresar los genes necesarios para la síntesis de nuevos virus. No hay síntomas ni se detectan anticuerpos.
Consecuencias de la Infección Viral
- Lisis celular (inflamación).
- Infección crónica: persistencia y latencia.
- Transformación neoplásica: algunos virus aumentan la presencia de cáncer.
Esterilización
Destrucción o remoción de todas las formas de vida, patógenas y no patógenas.
Esterilizantes
Agentes químicos utilizados para esterilizar.
Priones
Agentes infecciosos constituidos apenas por ARN de cadena simple, sin cápside proteica. Dan lugar a enfermedades en plantas (ejemplo: tubérculo filiforme de la patata). Círculo cerrado de RNA monocatenario en forma de bastón. Tiene 5 dominios; la virulencia está relacionada con P y T1. Agentes infecciosos constituidos apenas por una proteína. PrP alterada se une a la superficie de las neuronas. Sin genoma de ácido nucleico. Causa trastornos neurodegenerativos: prurito lumbar, EEB.
Desinfección
Remoción de parte o totalidad de los micropatógenos de una superficie o de un objeto.
Desinfectantes
Agentes químicos utilizados para desinfectar.
Higienización/Saneamiento
Reducción de la población microbiana a niveles considerados «seguros».
Antisepsia
Prevención de la infección de los tejidos vivos por microorganismos.
Antisépticos
Agentes químicos que se aplican sobre los tejidos para destruir o inhibir el crecimiento de microorganismos.
Agentes Antimicrobianos
Agentes que destruyen o inhiben el crecimiento de los microorganismos.
Agentes Físicos
- Calor
- Frío
- Filtración
- Radiaciones
Agentes Químicos
- Antisépticos
- Desinfectantes
- Germicidas
- Esterilizantes
- Sanitarizantes
Condiciones que Influyen sobre la Eficacia de los Agentes Antimicrobianos
- Tamaño de la Población: poblaciones más grandes requieren más tiempo para ser destruidas.
- Composición de la Población: microorganismos con diferentes sensibilidades a los agentes antimicrobianos.
- Concentración o Intensidad del Agente Antimicrobiano: mayores concentraciones destruyen más rápidamente.
- Tiempo de Exposición: mayor exposición resulta en más organismos muertos.
- Temperatura: incrementa su eficacia al aumentar la temperatura.
- Naturalidad del Material a Descontaminar: factores como pH, viscosidad y presencia de material orgánico condicionan la eficacia de los agentes antimicrobianos.
Agentes Antimicrobianos Físicos
Calor Húmedo
Eficaz contra todos los tipos de microorganismos. Desnaturaliza ácidos nucleicos, desnatura y coagula proteínas y altera la estabilidad de la membrana celular.
Calor Seco
Menos eficaz, requiere temperaturas más elevadas y mayor concentración de exposición. Oxida constituyentes celulares y desnaturaliza proteínas.
Calor Húmedo a Presión
Autoclave: utiliza vapor de agua saturado a presión para alcanzar temperaturas arriba del punto de ebullición del agua (120-121°C). Elimina endosporas. Material quirúrgico, ropas, medios de cultivo, soluciones, etc.
Calor Húmedo a Temperatura Inferior a 100ºC: Pasteurización
Calentamiento controlado a temperaturas por debajo del punto de ebullición. No esteriliza; reduce la contaminación microbiana. Las temperaturas de esterilización pueden afectar el sabor, aspecto, textura o características nutricionales de ciertos productos.
Calor Húmedo a 100ºC
Agua a temperatura de ebullición: durante 5 a 10 minutos destruye formas vegetativas y muchas endosporas. La adición de sales aumenta la temperatura de ebullición y potencia el efecto esporicida.
Vapor Fluente
Corriente de vapor a 100ºC, 30 minutos (no esteriliza). Adición de sustancia microbicida. Materiales termolábiles.
Calor Seco
Se emplea para algunos materiales de vidrio, placas de Petri, pipetas y objetos de metal. Se utilizan estufas de aire caliente o hornos. Normalmente a 180ºC, 1 hora. Penetra más lentamente las sustancias que el calor húmedo y por eso requiere más tiempo.
Bajas Temperaturas
Congelación
Detiene la reproducción microbiana debido a la falta de agua disponible. Algunos microorganismos mueren por ruptura de las membranas debido a los cristales de hielo.
Refrigeración
Inhibe el crecimiento y reproducción microbiana. Conservación de alimentos en corto espacio de tiempo.
Filtración
Eliminación de microorganismos de líquidos, gases termolábiles o del aire. Filtración de aire: mascarillas, filtros de alta eficacia de retención de partículas del aire, incorporados en cabinas de flujo laminar. Se utiliza durante la manipulación de agentes potencialmente peligrosos.
Radiaciones
Radiación UV
Esterilización apenas de las superficies. Radiación no ionizante.
Radiaciones Ionizantes
Destruyen endosporas, acción directa sobre el ADN o proteínas celulares.
Agentes Químicos
Destruyen o inhiben el crecimiento de los microorganismos. Son utilizados en medicina, agricultura, producción de cosméticos.
Antisépticos
De aplicación superficial en los tejidos vivos. Pueden ser microbicidas o microbiostáticos: inhiben la actividad metabólica.
Desinfectantes
Permiten remover parte de los microorganismos patógenos de objetos, superficies, etc. Tóxicos y destruyen células vegetativas, pero no siempre las esporas.
Germicida
Con actividad microbicida en los microorganismos en general.
Esterilizantes
Eliminan de un objeto o material todos los microorganismos. Óxido de etileno. Sanitarizantes: utilizados en objetos inanimados. Permiten eliminar el 99,99% de los microorganismos.
Enfermedad Infecciosa
Cuando produce síntomas.
Infección Asintomática
El individuo es portador pero no presenta síntomas.
Reservorio
Organismos en los cuales los agentes infecciosos viven y se multiplican.
Transmisión del Agente Infeccioso
Transmisión Directa
Paso inmediato del agente infeccioso del reservorio al hospedador por contacto directo.
Transmisión Indirecta
El agente infeccioso es transportado por intermediarios desde el reservorio al hospedador (ejemplo: artrópodos vectores).
Período de Incubación
Transcurre desde que se entra en contacto con el agente causal hasta que se manifiestan los síntomas.
Defensas Inespecíficas contra Infecciones
Barreras Físicas
Estructura de los epitelios dificulta la entrada de los microorganismos. El moco retiene los microorganismos. La temperatura corporal inhibe el crecimiento de algunos microorganismos. La fiebre inhibe el crecimiento de algunos patógenos.
Barreras Químicas
El pH: la acidez del estómago destruye la mayor parte de los organismos ingeridos.
Mediadores Químicos
- Lisozima: degrada la pared celular.
- Lactoferrina: aprisiona el hierro.
- Péptidos antimicrobianos.
- Interferón: actividad antiviral.
Barrera Microbiológica
La flora normal de la piel y mucosas contribuye a inhibir los patógenos por: acidificación, competición por nutrientes y sitios de adhesión, producción de moléculas tóxicas.
Fagocitos
Varias células pueden internalizar y degradar moléculas extrañas. Los fagocitos profesionales internalizan microorganismos y los destruyen en su interior.
Inflamación
Induce a la extravasación de fluido vascular, conteniendo proteínas con acción antimicrobiana y quimiotáctica, y promueve el influjo de fagocitos.
Inmunidad Innata vs Adquirida
Inmunidad Innata: Tiempo de respuesta: horas. Especificidad: limitada y fija.
Inmunidad Adquirida: Tiempo de respuesta: días, porque hay que sintetizar anticuerpos. Especificidad: altamente variable, mejora en el transcurso de la respuesta.
Respuesta a la Re-infección
Inmunidad Innata: identifica la primoinfección. Inmunidad Adquirida: mucho más rápida que en la primoinfección.
Inmunidad Innata o Inespecífica
Son genéticas y no específicas. Incluyen fagocitos y el sistema complemento.
Inmunidad Adquirida
Defensas que se desarrollan con el tiempo como respuesta al parásito: son adaptativas y específicas. Linfocitos B producen anticuerpos. Linfocitos T producen citocinas.
Inmunodeficiencia
Defensas ineficientes o inexistentes.
Antígeno
Sustancia que se une con un anticuerpo o receptor de los linfocitos T, originando una respuesta inmune.
Fagocitosis
Proceso mediante el cual las células fagocíticas reconocen, ingieren y destruyen diferentes especies de microorganismos extracelulares. Proceso de fagocitosis: adhesión, ingestión, fusión fagolisosómica y muerte del microorganismo.
Inmunidad Innata: Macrófago
El patógeno puede evadirse al proceso de fagocitosis, liberar toxinas (estreptococos), poseer una cápsula que evita el contacto, o evitar la opsonización.
Fagocitosis: Adhesión
Presencia de receptores específicos o inespecíficos en la superficie de las células fagocíticas.
Receptores de Fagocitosis
- Receptores para los fragmentos Fc de las inmunoglobulinas (FcRs).
- Receptores para moléculas del complemento (CRs).
- Receptor de manosa, de la vitronectina, fibronectina y glucano.
Opsonización
Ligación de moléculas endógenas a ligandos en la superficie de los microorganismos. Aumento de la eficiencia de la fagocitosis por ligación a receptores en la superficie de los fagocitos.
Neutrófilo
Leucocito más abundante en la sangre. Tiempo de vida corto. Ricos en lisosomas y otras vesículas: gránulos primarios que contienen enzimas microbicidas. Gránulos secundarios con lactoferrina y lisozima, con receptores específicos para anticuerpos y proteínas del complemento.
Inmunidad Innata: Célula Natural Killer
Son de origen linfoide y no poseen receptores específicos para el antígeno, de ahí que sean consideradas parte del sistema inmune innato. Son citotóxicas para la célula diana a través de degranulación: los gránulos liberados en el proceso son esencialmente perforinas y granzimas, similares a proteínas de complemento que forman poros en la membrana de la diana. Son activas por citocinas.
Lisis Celular Mediadas por Perforinas
Mediante receptores, reconocen moléculas en la superficie de las células infectadas o tumorales. ADCC: además del proceso de citotoxicidad directa, las células NK pueden unir sus receptores Fc a anticuerpos que opsonizan el patógeno y así ejercer su actividad citolítica indirectamente.
Defensa Inespecífica: Inflamación
Ocurre como respuesta local a cualquier lesión en los tejidos a la presencia de microorganismos invasores o partículas irritantes. Tiene como objetivo reclutar moléculas y células especializadas en la eliminación de microorganismos y en la reparación del tejido dañado. Calor, eritema, dolor y edema.
Quimiotaxis
Los fagocitos son guiados a la fuente de la inflamación. Realizan un movimiento dirigido en respuesta a un gradiente químico de estímulos quimiotácticos liberados en el lugar. Quimioquinas, sustancias liberadas por bacterias, productos de degradación celular, componentes del complemento (C5a), etc.
Inflamación Aguda
Movilización de neutrófilos del torrente sanguíneo: las células tisulares dañadas liberan señales químicas y activan el endotelio de los capilares. Los leucocitos circulan en la luz del capilar. Las selectinas e integrinas provocan la unión de los leucocitos a la pared capilar. Estos emiten pseudópodos entre las células endoteliales, atravesando el capilar y dirigiéndose al lugar inflamatorio.
Sistema del Complemento
Conjunto de enzimas proteolíticas plasmáticas que pueden ser activadas por: vía clásica o alternativa. Funciona por activación en cascada en la que cada componente activado modifica el siguiente. Presentes en el suero, plasma, líquidos corporales. Son sintetizados por hepatocitos y monocitos y tienen un papel clave en la respuesta innata. De este sistema forman parte más de 30 proteínas solubles presentes constitutivamente en la sangre en su forma inactiva.
Funciones del Sistema Complemento
- Lisis celular, bacterias y virus.
- Opsonización, promoviendo la fagocitosis de antígenos.
- Remoción de inmunocomplejos de la circulación.
- Inflamación y secreción de moléculas que amplifican la respuesta inmune.
Vía Clásica
Proteínas de la cascada del complemento: unidad de reconocimiento (C1q, r, s), unidad de activación (C2, C3 y C4), unidad de ataque de la membrana (C5b a C9). Requiere de la interacción de anticuerpos con un antígeno que generalmente suele estar unido a una célula.
Vía Alternativa
No requiere de la unión de los anticuerpos a los antígenos para su activación. Puede ser activada por sustancias microbianas. Desdoblamiento de C3 en C3a y C3b por hidrólisis. Unión de C3b al factor B en la superficie microbiana. Desdoblamiento del Factor B en dos fragmentos por el factor D; formación de C3bBb. Estabilización en la presencia de properdina. Amplificación del sistema C3 y unión de otro C3b para formar el complejo C3bBb3b, que activa el C5, idéntico a los últimos pasos de la vía clásica.
Complejo de Ataque a la Membrana
Formado por el Complejo C5b6789, es una estructura tubular que forma un poro en la membrana plasmática de la célula diana. Da lugar a la lisis osmótica de la célula. Es más eficaz en bacterias Gram- debido a la pared celular.
Citocinas
Factores proteicos solubles semejantes a hormonas, que actúan como mediadores intracelulares. Proliferación y diferenciación de linfocitos. Actuación sobre fagocitos y promoción de inflamación. Inhibición de la función linfoide y fagocítica. Migración de leucocitos. Producción inducida por estímulos inespecíficos: infecciones virales, bacterianas, parasitarias, etc. Producen efectos biológicos cuando se unen a receptores específicos en la superficie de las células diana.
Interferón
Grupo de citocinas que responde de forma defensiva a infecciones virales, RNAs, endotoxinas, estímulos antigénicos y muchos patógenos capaces de realizar crecimiento intracelular.
Mecanismos de Acción
Interferones alfa y beta: síntesis y liberación del IFN inducida por una infección de virus o por RNAs. Unión del IFN a un receptor en la superficie de células de otra célula, llevando a la producción de enzimas que la hacen resistente a la infección viral. Estimulación de la actividad de macrófagos, desarrollo de inmunidad específica.
Papel del Complemento en la Solubilización de los Inmunocomplejos
Formación de agregados anticuerpo-antígeno. Son redes de antígenos unidas a anticuerpos, a estas redes se une el receptor C3b, que también están presentes en eritrocitos y captan Cb y son transportados al hígado y al bazo, donde hay macrófagos que fagocitan los inmunocomplejos.
Inmunidad Innata – Resumen
- Las bacterias pueden activar el complemento por la vía clásica o alternativa. En ambas vías se destruye la bacteria.
- La parte a es degradada por los mastocitos.
- Las células salen del torrente sanguíneo.
- Quimiotaxis.
- Los macrófagos fagocitan bacterias y pueden enviar citocinas que activan otras células.
Prógenos endógenos: producen fiebre, provocan movilización; activación de los macrófagos. Reducción de hierro para las bacterias, que es necesario para su crecimiento.