Fundamentos de Microbiologia

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La microbiología es la rama de la ciencia que estudia los microorganismos, es decir, diminutos seres vivos que solo pueden ser vistos por el ser humano a través de un microscopio.
El término microbiología proviene del griego mikros, que significa pequeño y bio, y logos, “el estudio de la vida”.
Grupos de microorganismos
Los virus, protozoos, bacterias y hongos se consideran grupos de microorganismos.
· Los virus son seres que solo pueden ser vistos por los ojos humanos a través de un microscopio. Considerados parásitos obligados, se instalan en el interior de las células para reproducirse. Son responsables de causar varias enfermedades graves en los humanos, como el VIH, la fiebre amarilla, las paperas, la viruela, entre otras.
Se pueden clasificar en adenovirus (compuestos por ADN), arbovirus (transmitidos a los humanos a través de insectos) y retrovirus (compuestos por ARN).
· Los protozoos forman parte del Reino Protista, son eucariotas (tienen un solo núcleo celular y varios orgánulos), unicelulares (tienen una sola célula) y heterótrofos (se alimentan de otros seres, ya que no producen su propio alimento).
También causan algunas enfermedades como la amebiasis, la enfermedad de Chagas y la malaria y se clasifican según su forma de locomoción: ciliados (se mueven en agua dulce o salada a través de varios cilios), flagelados (se mueven a través de un largo flagelo), rizopodos (tienen falsos pies llamados seudópodos) y esporozoos (no tienen organelas locomotoras, son parásitos obligados).
· Los hongos pueden ser microscópicos o macroscópicos, y pueden ser vistos o no por los ojos humanos, dependiendo de su tipo. Además, pueden ser unicelulares o pluricelulares, eucariotas y heterótrofas (se alimentan de otros seres vivos).
Algunos tipos de hongos se encuentran en diferentes ambientes, como el agua, las verduras, el suelo, los desechos, y se utilizan para diversos fines, como la cocina, la medicina y los productos. Otros son considerados parásitos y transmiten patógenos como candidiasis, micosis, histoplasmosis, entre otros.
· Finalmente, las bacterias son seres unicelulares y procarióticos (no tienen núcleo celular) que se encuentran en el agua, el suelo, el aire, en el interior de otros seres vivos y en las condiciones más inhóspitas. Pueden tener diferentes formas, como esferas (cocos), bastones (bacilos), espirales (espiril), entre otras.
A pesar de que también causan enfermedades, las bacterias tienen diferentes funciones siendo utilizadas, por ejemplo, en la fabricación de antibióticos y vitaminas, además de alimentos que utilizan lactobacilos (yogures, quesos), en la producción de proteínas humanas (hormona de crecimiento, insulina), en además de ayudar en las etapas del Ciclo del Nitrógeno.
Virión
Virión o Virion es una partícula viral completa, es decir, infecciosa. Está formado por ADN o ARN rodeado de proteínas. Es la forma infecciosa del virus. Cada familia de virus tiene viriones de diferentes formatos. El virus es el virión activo.
Principales características y estructuras de los viriones
Estructuralmente, los viriones están compuestos por una capa externa de proteína llamada cápside, el genoma viral que contiene ácido nucleico que puede ser ARN o ADN.
Algunas formas aún pueden tener una envoltura viral y glicoproteínas en sus estructuras.
Células procariotas y eucariotas
· Células procariotas
Las células procarióticas son células que se encuentran en organismos pertenecientes al Dominio de las bacterias y el Dominio de las arqueas, como las bacterias y las cianobacterias. La principal característica de estas células es la ausencia de un núcleo definido, es decir, no hay presencia de una membrana nuclear que envuelva el material genético de esta célula, estando este material disperso en el citosol. El lugar donde se encuentra el ADN de las células procariotas se llama nucleoide. El término procariota proviene del griego pro, que significa antes o primero, y karyon, que significa núcleo.
El ADN de las células procariotas está organizado en cromosomas circulares, que están asociados con menos proteínas en comparación con los cromosomas eucariotas. Generalmente, los procariotas tienen un solo cromosoma circular y moléculas circulares más pequeñas llamadas plásmidos que contienen solo unos pocos genes.
Además de la ausencia de un núcleo celular, las células procarióticas no tienen orgánulos encerrados en membranas, lo que significa que estas células carecen, por ejemplo, de mitocondrias, retículo endoplásmico y aparato de Golgi. Los ribosomas están presentes en estas células, sin embargo, estas estructuras, relacionadas con la síntesis de proteínas, son más pequeñas que las presentes en las células eucariotas.
En comparación con las células eucariotas, las células procariotas también son más pequeñas. En cuanto al citoesqueleto, se observa la presencia de fibras en las células bacterianas que forman una estructura similar al citoesqueleto eucariota. 
· Células eucariotas
Las células eucariotas son células que se encuentran en los seres vivos del Dominio Eukarya, como los protozoos, los animales y las plantas. Estas células se destacan por la presencia de un verdadero núcleo, es decir, la región donde se encuentra el material genético está delimitada por una membrana, la membrana nuclear o carioteca, por ello el término eucariota proviene del griego eu, que significa verdadero. y karyon, que significa núcleo.
Los cromosomas eucarióticos se componen de cromatina, que se compone de ADN, histonas (proteínas) y otras proteínas. A diferencia de las células procariotas, que tienen cromosomas circulares, los cromosomas eucariotas son lineales.
En las células eucariotas se observa una gran variedad de orgánulos membranosos, y es posible verificar la presencia de estructuras, como el complejo de Golgi, mitocondrias, cloroplastos (célula vegetal) y otras estructuras ausentes en las células procariotas. Los ribosomas, al igual que en las células bacterianas, aparecen en las células eucariotas, sin embargo, estos son más grandes y presentan diferencias en su composición.
En general, podemos ver que las células eucariotas tienen una estructura más compleja que las células procariotas. Además, no podemos olvidar que las células eucariotas son más grandes que las células procariotas.
Mitocondrias
· Las mitocondrias se encuentran en las células eucariotas.
· Las mitocondrias están relacionadas con el proceso de respiración celular y se encuentran en mayor número en las células que tienen una alta actividad metabólica.
· Las mitocondrias son orgánulos que tienen una doble membrana.
· La membrana más interna de las mitocondrias forma las crestas mitocondriales.
· Las crestas mitocondriales delimitan la matriz mitocondrial, en la que se encuentran las proteínas, el ADN, el ARN y los ribosomas.
· El ADN de las mitocondrias es similar al de las bacterias.
· El origen de las mitocondrias puede explicarse mediante la teoría endosimbiótica.
ATP
 es un acrónimo utilizado para indicar la molécula de trifosfato de adenosina (Adenosine TriPhosphate). Esta molécula constituye la principal forma de energía química, ya que su hidrólisis es altamente exergónica. Esto quiere decir que, al sufrir el proceso de hidrólisis (desdoblamiento por la acción del agua), esta molécula libera una gran cantidad de energía libre.
La molécula de ATP está formada por una base nitrogenada adenina, una ribosa y tres grupos fosfato. La adenina unida a la ribosa se llama adenosina. Cuando la adenosina está unida a solo dos grupos fosfato, tenemos adenosina difosfato (ADP), y cuando está unida a un grupo fosfato, constituye adenosina monofosfato (AMP).
La molécula de ATP es fundamental para la célula, ya que proporciona la energía gratuita que estas células necesitan para llevar a cabo sus actividades. Por tanto, esta molécula es la encargada de asegurar el mantenimiento de la homeostasis celular, permitiendo la realización de los diversos procesos fundamentales para su funcionamiento. Vale la pena señalar que el papeldel ATP no es solo funcionar como una moneda de energía, sino que también es capaz de donar un grupo fosfato a otras moléculas (fosforilar).
Los priones
 Son moléculas de proteína que tienen propiedades infecciosas. El nombre prión proviene del inglés proteinaceous infeccioso partículas, que significa partículas proteicas infecciosas. Tales partículas se distinguen de los virus y bacterias comunes por carecer de carga genética.
Existe un gen, llamado prinp, que es el responsable de la síntesis de la proteína priónica celular (PrPc). En su forma normal y saludable, esta proteína, además de participar en el proceso de diferenciación neuronal, defiende a las neuronas de condiciones que pueden conducir a su destrucción. Una mutación del gen prinp provoca la formación defectuosa de PrPc, que se transforma en un prión. Esta molécula de proteína infectante también es capaz de alterar la forma de otras proteínas sanas, que, a partir de ahí, adquieren también un comportamiento priónico. Los priones pueden incluso producir réplicas de sí mismos (mediante mecanismos aún desconocidos).
Los priones tienen estructuras muy estables y son resistentes a las enzimas digestivas, al calor, a algunos químicos e incluso a la radiación ultravioleta, condiciones que normalmente degradan las proteínas y los ácidos nucleicos. Tampoco existe un mecanismo de defensa inmune capaz de neutralizar esta partícula infectante, lo que hace que su propagación sea aún más rápida.
Debido a que proviene de una proteína en el sistema nervioso, los priones afectan exactamente a las neuronas. La infección por tales moléculas puede ocurrir por herencia genética, consumo de carne de animales infectados, aplicación de hormonas, uso de instrumentos quirúrgicos contaminados o por una mutación aleatoria. Y sea cual sea el mecanismo de infección, no existe un procedimiento de rutina que pueda identificarlos.
Las enfermedades causadas por priones no tienen cura y suelen clasificarse como encefalopatías espongiformes, debido al aspecto esponjoso que adquiere el cerebro con la infección. La más conocida de estas enfermedades es la Encefalopatía Espongiforme Bovina (EEB), conocida popularmente como enfermedad de las vacas locas. Esta enfermedad es evolutiva y provoca la degeneración de las neuronas bovinas, las cuales pasan a presentar comportamientos anormales y mueren en poco tiempo.
Otros ejemplos de enfermedades causadas por priones:
· Kuru – enfermedad de rápida evolución que, entre otros daños, provoca pérdida de la coordinación muscular (ataxia) y temblores. Los individuos infectados pueden morir dentro de 1 año después del inicio de la enfermedad.
· Síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker – raro síndrome hereditario, de evolución lenta y progresiva, cuyos síntomas son ataxia, pérdida de la coordinación motora, degeneración del cerebelo y dificultad en la locomoción. Los portadores de la enfermedad comienzan a desarrollar síntomas entre los 35 y 60 años de edad; se estima que la supervivencia de estos individuos es de 5 años, contados a partir del inicio de los síntomas.
· Insomnio familiar fatal: este es un trastorno del sueño hereditario, caracterizado principalmente por la incapacidad para dormir. Los síntomas aparecen, por lo general, a partir de los 40 años, siendo ellos, falta de atención, pérdida de la coordinación motora, taquicardia, sudoración, entre otros. Tales síntomas progresan rápidamente a nubosidad de la conciencia, demencia y muerte.
· Síndrome de Alpers – una enfermedad congénita progresiva, cuyos síntomas pueden aparecer incluso en el primer día de vida del niño. El desarrollo lento, los frecuentes ataques de apoplejía, la pérdida de capacidades musculares e intelectuales y la rigidez de las extremidades son algunos de los síntomas de la enfermedad.
Prión normal (izquierda) e infeccioso (derecha)
Organismos aerobios y anaerobios
Los organismos necesitan energía para mantener su metabolismo. Esta energía se almacena en los alimentos y, para que los organismos la obtengan, es necesario llevar a cabo uno de estos procesos: la respiración celular o la fermentación.
En estos dos procesos, la molécula de glucosa obtenida de los alimentos se descompone en moléculas más pequeñas, liberando parte de la energía contenida en sus enlaces con la célula. Sin embargo, esta ruptura se produce de manera diferente en estos dos procesos:
· Respiración celular: la descomposición de la glucosa ocurre en presencia de oxígeno (respiración aeróbica) y tiene dióxido de carbono y agua como residuos al final de la reacción;
· Fermentación: la descomposición de la glucosa se produce en ausencia de oxígeno (respiración anaeróbica) y presenta como residuos alcohol etílico y dióxido de carbono (fermentación alcohólica) o ácido láctico (fermentación láctica).
Teniendo en cuenta lo anterior, podemos clasificar los organismos en aerobios o anaerobios:
→ Aerobios: dependen del oxígeno para obtener energía, ya que realizan la respiración aeróbica. Aquí destacamos organismos eucariotas multicelulares, como los humanos;
→ Anaerobios restringidos u obligados: no dependen del oxígeno, ya que realizan respiración anaerobia. Dependiendo de la concentración de oxígeno en el ambiente, esto puede dañar moléculas importantes como el ADN, provocando la muerte de estos organismos. Ejemplos de estos organismos son las bacterias que causan el tétanos y el botulismo;
→ Anaerobios facultativos: algunos organismos se clasifican como anaerobios facultativos porque, en presencia de oxígeno, realizan respiración aeróbica y, en ausencia de este gas, realizan procesos anaeróbicos. Un ejemplo es el hongo Saccharomyces cerevisiae, la levadura de la cerveza, que realiza el proceso de fermentación utilizado en la elaboración de bebidas alcohólicas, como vino y cerveza, y también pan.
Relaciones ecológicas interespecíficas e intraespecíficas
Las relaciones ecológicas interespecíficas son interacciones que ocurren entre individuos de diferentes especies. Las relaciones intraespecíficas ocurren entre individuos de la misma especie.
· Relaciones ecológicas intraespecíficas
Armónicos:
- Sociedad: Los individuos de la misma especie cooperan entre sí y establecen una división del trabajo. En esta relación ecológica, no hay unión física entre los individuos. Ejemplo: sociedad de abejas.
- Colonia: Los individuos están unidos anatómicamente y la división del trabajo puede ocurrir o no. Ejemplo: carabela portuguesa.
Discordante:
- Canibalismo: Un individuo mata y se alimenta de otro de su misma especie. Ejemplo: La mantis religiosa hembra se alimenta del macho después de la cópula.
- Competencia: Individuos de la misma especie compiten por recursos, como alimento, área y socios. Ejemplo: los leones luchan por el territorio.
· Relaciones ecológicas interespecíficas
Armónicos:
- Comensalismo: Individuos de diferentes especies interactúan y solo uno de ellos se beneficia de la interacción, pero sin causar daño al otro. Ejemplo: El buitre se alimenta de restos de comida arrojados por humanos en ambientes abiertos.
- Mutualismo: Individuos de diferentes especies interactúan y ambos se benefician. El mutualismo puede ser opcional u obligatorio. En el mutualismo facultativo, los participantes pueden vivir de forma independiente; en el obligatorio, uno de los involucrados puede no sobrevivir, si se deshace la interacción. Ejemplos: Liquen (mutualismo obligatorio), cangrejo ermitaño y anémona de mar (mutualismo facultativo).
Discordante:
- Amensalismo: Un organismo libera compuestos que impiden o inhiben el desarrollo de un organismo de otra especie. Ejemplo: Los hongos liberan sustancias que provocan la muerte de ciertas bacterias.
- Parasitismo: Un organismo (parásito) toma de otro (huésped) los nutrientes necesarios para su supervivencia. Ejemplo: Piojo viviendo en el hombre.
- Depredatismo: Un organismo mata y se alimenta de otro de otra especie. Ejemplo: Un león alimentándose de una cebra.
- Competencia: Individuos de diferentes especies luchan por recursos, como comida y espacio. Ejemplo:Varios herbívoros viviendo en la misma área.
Simbiosis
· El término simbiosis fue utilizado por primera vez por Anton Bary en 1879.
· Simbiosis significa "vivir juntos".
· El término simbiosis se utiliza para referirse a una íntima asociación que se establece entre seres de diferentes especies.
· Muchos autores utilizan el término simbiosis para referirse únicamente a las relaciones en las que existe un beneficio mutuo.
· El mutualismo y el parasitismo son tipos de relaciones simbióticas.
La simbiosis se puede definir como una asociación a largo plazo entre dos organismos de diferentes especies, ya sea que esta relación sea beneficiosa para ambos individuos involucrados o no.
Julia Maria Guimarães