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UNIDAD I Página Objetivos Microbiología Datos históricos Influencia del microscopio Teoría de generación espontánea Louis Pasteur y el origen de vida microscópica Fermentación Desarrollo de la teoría germinal de la enfermedad Transmisión de la infección Identificación de los agentes infecciosos Louis Pasteur. Contribuciones científicas Robert Koch Prevención de la infección Desarrollo de los métodos de laboratorio Síntesis de observaciones, experiencias y descubrimientos relevantes El laboratorio microbiológico Elementos y materiales más frecuente en el laboratorio microbiológico Bioseguridad Preparación del material de uso en el laboratorio Nota: La UNIDAD 1 se presenta en 3 archivos distintos. 1. Historia de la microbiología 2. Materiales de Laboratorio y Bioseguridad 3. Síntesis de la Historia de la Microbiología 1 2 3 4 6 7 8 8 9 11 12 13 16 17 20 21 36 49 Documento de estudio para el curso de Microbiología, elaborado por la Dra. Elida Gentilini 1 OBJETIVOS * Ubicar la materia dentro del marco de las Ciencias Biológicas y de la currículo del Veterinario * Relacionar el desarrollo de los grandes descubrimientos científicos con su aplicación en medicina * Conocer los materiales e instrumentos más comunes de un laboratorio microbiológico * Conocer el conjunto de métodos tendientes a minimizar el riesgo asociado al manipuleo con los microorganismos. * Diagramar el diseño y la organización de un laboratorio microbiológico, considerando los distintos niveles de bioseguridad * Emplear correctamente materiales y elementos de trabajo de un laboratorio microbiológico * Emplear correctamente el microscopio óptico * Conocer el fundamento de los diferentes microscopios utilizados en el laboratorio. 2 UNIDAD I MICROBIOLOGÍA El término microbiología, suele utilizarse en sentido estricto para designar determinadas formas microscópicas de vida. Incluye bacterias, hongos y levaduras, virus, rickettsias, micoplasmas y protozoos relacionados con el hombre y sus actividades, con animales, vegetales y también con ellos mismos. La microbiología tiene varias divisiones en función del hábitat y atributos de los microorganismos (médica, industrial, agrícola, veterinaria, ambiental, molecular, sanitaria) DATOS HISTÓRICOS En este escrito, se hace una breve mención y relación de los descubrimientos de los sabios más reconocidos en esta historia. Durante siglos la humanidad fue azotada por distintas epidemias, entre otras de sífilis, peste, cólera. En el Viejo Testamento, libro sagrado de los hebreos, hay repetidas referencias, sobre todo en el Levítico, de la impura enfermedad. Los antiguos hebreos creían que las epidemias eran castigos enviados por Dios sobre los pueblos. El Código de Moisés contenía numerosas reglas de salud pública (aislamiento de leprosos, separación de materiales sucios y la prohibición de comer mariscos y carne de cerdo). El hecho de que los judíos apartaran a los leprosos, indica que conocían que la enfermedad se propagaba por contacto, pero la causa era considerada sobrenatural. Que los mismos enfermos estuvieran obligados a tapar la cara con sus manos y a gritar “inmundo” indica también que conocían la transmisión. Las antiguas civilizaciones creían que todos los males eran producidos por espíritus indignados como “castigo” en respuesta a acciones deshonestas o pecados cometidos por el hombre. Esta concepción constituyó la teoría teúrgica de la enfermedad, la cual fue reemplazada por la teoría miasmática de Hipócrates (460-370 a.C.), conocido como el “Padre de la Medicina”. El no creía que las enfermedades fueran causadas por agentes transmisibles. Dio importancia a la observación, descripción, registro de signos y síntomas e interrogatorio cuidadoso del enfermo. Afirmaba que el fuego, aire, agua y tierra, con las variaciones de calor, frío, humedad y sequedad se correspondían con los cuatro humores del cuerpo: sangre, flema, bilis amarilla y bilis negra y que por los cambios de temperatura, humedad en las distintas estaciones del año, se generaban las distintas enfermedades. 3 Galeno (130-210 de nuestra era) apoyó las enseñanzas de su maestro Hipócrates. Creía que cualquier aumento o disminución de los humores daba origen a la enfermedad. La teoría de Hipócrates fue la más aceptada entre los médicos europeos. Esta creencia perduró hasta a mediados del siglo XIX. Durante este período no se progresó en el conocimiento del contagio. Antes de que Pasteur demostrara mediante experimentos que las bacterias son la causa de algunas enfermedades, muchos estudiosos observadores expresaron argumentos sólidos en favor de la teoría del germen de la enfermedad. Uno de ellos fue el médico italiano veronés Hieronymus Fracastorius (1483-1553) por observaciones y estudios realizados durante epidemias de sífilis, concluyó que las enfermedades eran transmitidas por partículas o “semillas invisibles”. Concibe un contagium vivum como causa de enfermedad y le corresponde la primera observación en la que relaciona el contagio con tres orígenes: 1) por contacto directo, del enfermo al sano; 2) por fómites (ropa, utensillos y otros), y 3) por contagio a través del aire “ad distant”. Sin embargo, al no poder demostrar esas “semillas invisibles” (no existían los microscopios) los científicos apoyaban la teoría de Hipócrates y Galeno. La observación de los microorganismos debió esperar el desarrollo del microscopio, que marca un antes y un después en evolución de la historia. INFLUENCIA DEL MICROSCOPIO Aunque el conocimiento de las lentes de aumento se retrotrae hasta la época de Arquímedes, la primera persona que fabricó lentes de vidrio lo suficientemente poderosas para observar y describir bacterias fue Antonie van Leeuwenhoek (1631-1723). Era un comerciante de telas, que tenía un buen cargo político que le permitía destinar mucho tiempo a su afición a la óptica. Es así como en sus ratos de ocio pulía lentes y los combinaba. Construyó lupas y 247 microscopios simples (de una sola lente) de los que nunca se desprendió. Eran lentes de tallado casero montados en latón y plata, logrando aumentos de hasta 200 o 300 veces (bastante menor a los 1000 aumentos del microscopio óptico actual). Realizó los primeros dibujos y describió por primera vez bacterias de distintas formas y tamaños. Leeuwenhoek fue el primero en comunicar sus observaciones con descripciones y dibujos precisos. Registró cuidadosamente sus observaciones en una serie de cartas, desde 1676 a 1683 a la “British Royal Society”. Describió, muchos “animalículos diminutos”......, con gran detalle, incluyendo 3 formas morfológicas principales de bacterias (bastones, esferas y espirales), 4 varios protozoarios de vida libre y parásitos de materia fecal, humanas y animales, hongos filamentosos y cuerpos globulares, hoy llamadas levaduras y, describió los espermatozoides. En una de sus cartas describe al examinar agua en la que había puesto una pimienta entera el día anterior..... “Descubrí en una gota diminuta de agua, una cantidad increíble de los pequeños animalículos de diversas formas y tamaños que nadaban tanto hacia atrás como hacia adelante, aunque su movimiento era muy lento”..... se veían tantos seres como en una ciudad de las más grandes de Holanda y, mil veces más pequeños que un grano de arena. Nacía la microbiología, y los posteriores avances en este campo dependieron del perfeccionamiento del microscopio compuesto. En 1665 Robert Hooke, físico, realizó la aplicación científica del microscopio. Utilizó por primera vez la palabra célula en sentidobiológico. Con un microscopio construido por él, notó que el corcho y otros vegetales estaban constituidos por pequeñas cavidades o celdillas, separadas por paredes. Llamó a estas cavidades “células”. Publicó el primer libro describiendo las observaciones realizadas con el microscopio: “Micrographia”. Sin embargo, la célula no adoptó su significado actual: la unidad básica de la materia viva, hasta unos 150 años después. TEORÍA DE GENERACIÓN ESPONTÁNEA El descubrimiento de los microbios aumentó el interés en conocer el origen de las cosas vivas, y despertó una fiebre de argumentos y especulaciones. Surgieron defensores y detractores de la teoría de que las cosas vivas podrían originarse espontáneamente. Aristóteles (384-322 a.C.) pensó que los animales podían originarse espontáneamente del suelo, las plantas y otros animales diferentes. Su influencia, pesó fuertemente en el siglo XVll. En una fábula de Virgilio, poeta italiano (70-19 a.C.) se dice de cómo recuperar un enjambre de abejas si éste desaparece por completo, e informa: consiste en matar un ternero y una vez encerrado en un lugar oscuro, esperar que brote de él un nuevo linaje de abejas. No hubo un avance notable en el desarrollo de la microbiología hasta que el mundo científico no finalizara con las controversias sobre generación espontánea y la fermentación. Francisco Redi (1668) en el siglo XVII, demostró que los gusanos no aparecían espontáneamente sobre la carne descompuesta, siempre y cuando fuera protegida de la deposición de huevos por las moscas. Sin embargo la idea de generación espontánea persistió, retrasando el progreso en esta materia. Este problema comenzó a 5 resolverse en el siglo XVIII por los cuidadosos experimentos realizados por Spallanzani en 1775. Este monje italiano, demostró que una infusión de carne (líquido putrescible) podía conservarse por mucho tiempo si se hervía y tapaba bien. Pero Jhon Needham, sacerdote irlandés, refutó las observaciones de Spallanzani fundándose en experiencias similares en las que aparecieron gérmenes vivos, a pesar del calentamiento. Una segunda serie de experiencias de Spallanzani confirmaron sus anteriores observaciones, indicando los errores de las experiencias de Needham, atribuyendo la causa de la descomposición a microorganismos vivos presentes en el aire. Esto fue magistralmente comprobado por otros investigadores, entre otros: Schroeder y von Dush, Tyndall, Schwann. Theodor Schwann calentaba la tubuladura que conducía el aire hacia el interior de las infusiones hervidas, las que permanecían inalterables. Schroeder y von Dush llevaron a cabo un experimento convincente para desterrar el concepto de generación espontánea, haciendo pasar el aire a través de un algodón en los frascos que contenían caldo de cultivo previamente calentado. Así, los microbios eran eliminados del aire quedando el medio de cultivo limpio, sin desarrollo bacteriano. De esta forma se inició la técnica básica de proteger los tubos de cultivos bacterianos con tapones de algodón. Sin embargo tales demostraciones siempre fueron refutadas por razonamientos carentes de valor científico. John Tyndall, físico inglés, tomó parte de la polémica sobre generación espontánea, observó que existían microorganismos que resistían la temperatura de ebullición durante horas, siendo Ferdinand Cohn quien descubrió la existencia de formas de resistencia tan pequeñas como las “endosporas”. También indicó que constituían parte del ciclo de vida del bacilo del heno (Bacillus subtilis). Tyndall demostró que los medios podían esterilizarse mediante calentamientos sucesivos, con intervalos que permitían la germinación de las esporas, descubriendo el método de esterilización fraccionado o tindalización. Todo el problema parecía resuelto en favor de la biogénesis, cuando a mediados del siglo XIX, el tema de “generación espontánea” fue resucitado por Pouchet. Este químico francés, publicó en 1859 un extenso estudio que demostraba la generación de cuerpos vivos a partir de materia inanimada; sin embargo Louis Pasteur, irritado por la lógica errónea de Pouchet, refutó con sus experiencias trascendentales la teoría de generación espontánea. 6 LOUIS PASTEUR Y EL ORIGEN DE VIDA MICROSCÓPICA. Demostró que todo proceso de fermentación y descomposición orgánica se debe a la acción de organismos vivos y que el crecimiento de los microorganismos en caldos nutritivos no era debido a la generación espontánea. Son trascendentales las experiencias realizadas sobre el origen de la vida microscópica. La hipótesis de Luis Pasteur era que los microorganismos estaban en las partículas de polvo del aire y que cuando estas partículas caían en un caldo contenido en un recipiente abierto, se reproducían y originaban turbidez. Esta fue la razón por la cual, muchos científicos creían que los microorganismos se originaban por generación espontánea. Para demostrarlo, Pasteur expuso caldos hervidos en frascos provistos de un filtro que evitaba el paso de partículas de polvo hasta el caldo de cultivo y, simultáneamente, demostró que un medio hervido podía permanecer estable utilizando un frasco no cerrado en forma de “cuello de cisne” largo y estrecho, abierto al aire a través de un tubo horizontal en forma sinusoide, en el cual las partículas de polvo sedimentaban o eran atrapadas por la humedad de condensación en la curvatura del cuello del frasco, a medida que el aire entraba en la vasija enfriada. Luego de un tiempo observó que nada crecía en los caldos, demostrando así que los organismos vivos que aparecían en los frascos sin filtro o sin cuellos largos provenían del exterior, probablemente del polvo o en forma de esporas. De esta manera los experimentos de Pasteur pusieron punto final a la discusión demostrando que todo ser vivo procede de otro ser vivo anterior y, comunicó esos resultados con gran alarde en la Sorbona de París, el 7 de abril de 1864. Sus frascos no presentaron signos de “vida espontánea”. Observación. Tyndall descubre que hay microorganismos, como los que contiene el caldo de heno o pasto, capaces de resistir temperatura superiores a los 120ºC. Si el experimento de Pasteur se hubiera hecho con caldo de pasto y no con caldo de levadura, los frascos se habrían contaminado. Ya, en el siglo XVII, Francisco Redi demostró que las larvas de moscas no aparecían en la carne putrefacta si esta se tapaba con una gasa fina, evitando así, la deposición de huevos de moscas sobre la carne. No obstante, recién con las demostraciones de Pasteur se logró desechar la Teoría de Generación Espontánea. FERMENTACIÓN. La naturaleza vegetal de la levadura había sido observada independientemente, por Schwann, Caignard-Latour y Kutzing. 7 Estos, concluyeron mediante el uso del microscopio de gran aumento, que el sedimento de partículas microscópicas acumuladas en las fermentaciones alcohólicas consistía en minúsculos vegetales que se reproducían por brotes, cuyas actividades metabólicas eran responsables de la fermentación. Hacia 1830, Schwann llamado el “Padre de la Fermentación”, fue el primero en explicar la fermentación alcohólica. No obstante, el eminente químico alemán Justus von Liebig (1839-1871) padre de la bioquímica, insistía en que la fermentación era un proceso químico y que no requería la intervención de ningún organismo. No acordaba con las excelentes pruebas de Schwann que fueron desechadas durante dos décadas. Para Liebig la fermentación era la descomposición de las sustancias orgánicas, un fenómeno de transformación y muerte. La autoridad de Liebig fue refutada por Pasteur cuando demuestra la acción de las levaduras en el desdoblamiento de los azúcares en alcohol y otros compuestos; comprueba que distintos microorganismos daban diferentes tipos de fermentaciones así como el proceso de putrefacción de la materia orgánica. Pasteur estudió el procesode las fermentaciones por sus primeros trabajos sobre estereoisomería de productos derivados de ciertas fermentaciones (formación de alcohol isoamílico ópticamente activo en el curso de la fermentación láctica). En 1857, interviene con la ayuda de un microscopio demostrando que había diferentes microorganismos vivos en crecimiento asociados a diferentes tipos de fermentación. Estudió las fermentaciones alcohólica, láctica y butírica. Demostró que son procesos biológicos que suceden como consecuencia de la actividad metabólica de los microorganismos. Además estudiando la fermentación butírica, descubrió la existencia de formas de vida capaces de vivir sin oxígeno (anaerobiosis) Pasteur aplicó estos conocimientos a sus trabajos sobre “enfermedades” del vino y la cerveza. Un microorganismo perjudicial puede reproducirse lo suficiente en una sustancia en fermentación como para conferirle un sabor desagradable. Dedujo que en las “enfermedades” del vino y la cerveza, las fermentaciones secundarias producidas por contaminantes resultaban en productos finales indeseables. Pasteur trabajaba tanto en problemas teóricos como prácticos. Para prevenir la descomposición por los microbios contaminantes del vino y la cerveza, después de encerrar el líquido en cubas bien selladas controló el proceso calentando cuidadosamente (62º C durante 30 minutos) para destruir los microorganismos indeseables e inoculando 8 después la mezcla fermentescible con microorganismos que llevaban a cabo la fermentación deseada. A pesar del rechazo inicial de la industria ante la idea de calentar vino, un experimento controlado con lotes de vino calentado y sin calentar demostró la efectividad del procedimiento. En su honor, este método de calentamiento ha recibido en nombre de “pasteurización”. La pasteurización se aplica mundialmente para matar microorganismos patógenos que pueden estar en la leche y transmitirse al humano, produciendo enfermedades como la tuberculosis, brucelosis, entre otras. No altera las características organolépticas y nutricionales de muchos alimentos Los estudios sobre fermentación condujeron a Pasteur pensar que algunos microbios tal vez, causaban diferentes enfermedades en el hombre. Este fue el inicio de la etapa en la que se establecieron los principios importantes de la Etiología microbiana específica. A fines de siglo XIX, cuando se refutó la teoría de generación espontánea y se comprobaron las causas de la fermentación cuando aumentó el interés que conduciría a numerosos descubrimientos que sentaron definitivamente las bases microbiológicas. DESARROLLO DE LA TEORÍA GERMINAL DE LA ENFERMEDAD Para demostrar la teoría germinal de la enfermedad hubo que reunir una serie de pruebas experimentales que se fueron acumulando lentamente y que procedían de varias direcciones: transmisión de la infección, su prevención y la identificación de los agentes causantes. 1) Transmisión de la infección La teoría germinal de la enfermedad comienza a surgir desde las concepciones y demostraciones de diferentes hombres. En 1762 von Plenciz de Viena, afirmó que ciertas formas vivas del agua y otros eran la causa de muchas enfermedades diferentes. En el siglo XVIII se demostró la transmisión de la infección cuando el famoso cirujano John Hunter al inocularse material purulento procedente de un enfermo con gonorrea (blenorragia), se transmitió al mismo tiempo una enfermedad más grave, la sífilis. Los primeros microbios patógenos reconocidos fueron los hongos. Oliver Holmes en 1840 puso de relieve la transmisión indirecta de una persona a otra. Afirmaba que los obstetras cuando visitaban a varios enfermas seguidas sin lavarse las manos entre las visitas, eran 9 responsables de la persistencia en los hospitales de la fiebre puerperal, causa frecuente de muerte materna. La idea de que las enfermedades pueden ser trasmitidas entre criaturas vivientes era evidente en las epidemias, como el brote de cólera de 1854 en la calle Broad, Londres, que cobró la vida de 500 personas en un pequeño radio de 200 metros. John Snow, mediante la interrogación de los infectados y el seguimiento epidemiológico del contagio, logro identificar el origen del brote en una fuente de agua pública, que distribuía agua contaminada con materia fecal. Snow convenció a las autoridades de que clausuraran el pozo y la epidemia cesó. Demostró la contagiosidad de la enfermedad, aunque la idea de una enfermedad contagiosa no resultaba obvia para la población, pues chocaba con el pensamiento de la época. La pieza que faltaba para dar coherencia a esta línea de pensamiento y resolver sus puntos débiles e inexplicables era descubrir qué era exactamente el trasmisor de la enfermedad. En 1855 Pollender observa estructuras bacilares en animales muertos por carbunclo. En 1863 Davaine (trabajaba con carbunclo) comprueba que por inoculación de sangre de animales enfermos, podía producir la enfermedad en animales sanos. En 1876 Roberto Koch con un cultivo puro del bacilo del carbunclo, hace lo mismo y comprueba que era éste y no otro microorganismo el agente responsable del ántrax. En 1865 Villemin transmitió la tuberculosis aunque el agente responsable fue identificado por R Koch. 2) Identificación de los agentes infecciosos El primer agente patógeno reconocido fue un hongo. En 1836, Agostino Bassi demostró experimentalmente que un hongo era responsable de una enfermedad del gusano de seda. La enfermedad del gusano de seda era conocida en Italia como “calcino” y por los franceses como “muscardine”. Schönlein, tres años después descubrió un hongo patógeno asociado a una enfermedad cutánea en el hombre, favus o tiña. En 1865 Pasteur contribuyó a la formulación de la teoría microbiana de la enfermedad, con su descubrimiento de que la “pebrina” del gusano de seda era causada por un protozoo, enfermedad que amenazaba destruir la industria del gusano de seda en Europa, Luego de resolver el problema de la industria vinícola, Pasteur fue contactado por el gobierno francés para que ayudara a resolver la causa de una enfermedad de los gusanos de seda del sur de Francia, la cual estaba arruinando la producción. Pasteur, como él mismo 10 reconoció, no sabía nada de gusanos de seda, sin embargo creía que su ignorancia le significaba una ventaja, pues le permitiría afrontar el problema sin prejuicios. Confiaba que el método científico sería la herramienta que revelaría el misterio y le ayudaría a encontrar una solución. Emprendió una investigación de ensayo y error durante 4 años y tras investigar meticulosamente las enfermedades del gusano de seda pudo comprender los mecanismos de contagio. Gracias al microscopio identificó dos parásitos distintos que infectaban los gusanos y a las hojas de las cuales se alimentaban. Su diagnóstico fue drástico: los gusanos y hojas infectadas tenían que ser destruidos y reemplazados por otros nuevos. Mediante una meticulosa selección pudo aislar un grupo sano, y cuidó que no se contagiara. Sin embargo, no todo resultaba bien, Pasteur sufrió una hemorragia cerebral que lo dejó casi hemipléjico del lado izquierdo. En su convalecencia publicó un libro en los que detallaba sus ensayos y descubrimientos, conocimiento que otros países no tardaron en aplicar. Ya entonces la industria local de la seda recogía los frutos de su aporte y obtenía ganancias por primera vez en una década, y países como Australia e Italia imitaban ampliamente su técnica de selección. El descubrimiento de la cura de la enfermedad de los gusanos de seda atrajo su atención hacia el resto de enfermedades contagiosas. Expuso la teoría germinal de las enfermedades infecciosas, según la cual toda enfermedad infecciosa tiene su causa (etiología) en un ente vivo microscópico con capacidad para propagarse entre las personas, además de ser el causante de procesos químicos como la descomposición y la fermentación.Su teoría fue controvertida e impopular: resultaba ridículo pensar que algo insignificantemente pequeño pudiese ocasionar la muerte de seres mucho más grandes. El siglo XIX culmina con grandes aportes al conocimiento de los microorganismos por los hombres de la ciencia. Louis Pasteur. Contribuciones científicas Pasteur (1822-1895), fue un químico francés cuyos descubrimientos tuvieron enorme importancia en diversos campos de las ciencias naturales, sobre todo en la química y microbiología. Por sus trabajos es considerado el pionero de la microbiología moderna, iniciando la llamada «Edad de Oro de la Microbiología». 11 Pasteur examinó al microscopio cristales diminutos de sales formadas a partir de ácido tartárico sintetizado en el laboratorio, y observó cristales de dos tipos distintos, ambos casi exactamente iguales pero con simetría especular, como nuestras manos. La composición era la misma, pero la forma en la que los átomos se asociaban podía tomar dos formas diferentes y simétricas, mientras una forma polarizaba la luz a la derecha, la otra la polarizaba a la izquierda. Ahora, cuando examinó cristales formados a partir de ácido tartárico natural sólo eran de uno de los dos tipos (los seres vivos producían el ácido de una manera en la que sólo se creaba uno de ellos, aquel que polarizaba la luz a la derecha). Este hallazgo le valió la concesión de la Legión de Honor, con sólo 26 años de edad. Demostró que la generación espontánea no existe, y que existen los microbios, con lo que dio el golpe final a las teorías científicas aristotélicas. Desarrolló la teoría germinal de las enfermedades infecciosas. Descubrió que la rabia se transmite por algo que no es visible al microscopio (virus) y creó su vacuna en 1885. Mostró que los microbios son distintos entre sí, se nutren de distintos alimentos y responden a distintos bactericidas. Encontró la cura para el ántrax del ganado y el cólera de las aves. Estudió y manejó en 1855, la fermentación anaeróbica como clave de la industria del vino. Desarrolló la pasteurización por calor que destruye los microbios sin afectar los alimentos. Descubrió que formas atenuadas de microbios pueden usarse para generar inmunidad, tema en el que completó los trabajos de 1798 del británico Edward Jenner (1749-1823) sobre vacunas y protección contra la viruela. Impuso normas higiénicas en los hospitales para evitar el contagio de enfermedades, asumiendo la existencia de los microbios.-Hizo posible la industria de la seda en Francia, resolviendo en 1865 las enfermedades de los gusanos productores. Robert Koch (1843-1910) a fines del siglo XIX, alemán, médico rural, meticuloso y tranquilo que a veces se olvidaba del ejercicio de la medicina para jugar con la nueva y fascinante ciencia de la 12 bacteriología, demostró la relación entre los microorganismos y las enfermedades infecciosas. Aunque Pollender y Davaine, ya habían observado estructuras bacilares en la sangre y órganos de animales muertos por carbunco, Roberto Koch en 1876, estableció de manera inequívoca para el carbunclo o ántrax, el papel etiológico de las bacterias en una enfermedad. Koch descubrió a los bacilos típicos (Bacillus anthracis) en la sangre de bovinos que habían muerto con síntomas de carbunclo, luego desarrolló a estas bacterias en cultivos en el laboratorio, examinó microscópicamente los cultivos para asegurarse que solamente contenían B. anthracis (situación denominada “cultivo puro”) y los inyectó a otros animales sanos, para ver que ocurría. Lógicamente, los animales inoculados enfermaron de carbunclo. Estas experiencias dieron origen a los postulados de Koch, permitiendo la demostración concluyente de la relación causal entre el bacilo del carbunclo y la enfermedad. 1) El microorganismo específico debe encontrarse siempre asociado a la enfermedad. 2) El microorganismo debe ser cultivado y aislado en pureza (cultivo puro) en el laboratorio. 3) Este cultivo puro, inoculado en otro animal susceptible, debe reproducir la enfermedad. 4) El microorganismo debe recuperarse en cultivo puro a partir del animal infectado experimentalmente. La clave para la identificación de los microorganismos depende del aislamiento en cultivo puro. No todos los microorganismos cumplen los postulados. La totalidad de los virus, pues no desarrollan en medios artificiales de laboratorio y otros que son sólo patógenos para el hombre. Pasteur confirmó los trabajos de R. Koch sobre el ántrax. Estudió con gran esmero el material de pacientes con tuberculosis pulmonar, y luego de una serie de pruebas rigurosas, como lo había hecho con el bacilo del carbunclo, descubrió la causa de la tuberculosis, el Mycobacterium tuberculosis, conocido como bacilo de Koch (1882). Gracias a Pasteur y Koch, la teoría microbiana de la enfermedad fue un hecho y se inició la bacteriología médica. Koch orientó su atención hacia el perfeccionamiento de los métodos de laboratorio mediante técnicas ideadas por él. Pasteur se orientó hacia la inmunidad y profilaxis de las enfermedades 13 3) Prevención de la infección Las medidas preventivas también dieron apoyo a la teoría germinal. En 1798 Edward Jenner, al observar que los ordeñadores raras veces enfermaban de viruela, inoculó en el hombre material procedente de costras de una enfermedad similar en los bovinos, la viruela vacuna. Las personas inoculadas no enfermaban, así nació la primera vacuna (el inóculo procedía de un virus de los bovinos). Jenner por medio de la vacunación (del latín vacca, vaca) generó protección contra la viruela. Las implicancias teóricas de este hallazgo aún no eran apreciadas en aquella época. Asepsia Antes de Pasteur, el porcentaje de muertos por infecciones posoperatorias era muy elevado (40-50%). No se conocía la existencia de los microorganismos ni cómo combatirlos. Joseph Lister (1865), cirujano británico, se interesó en evitar las infecciones de las heridas operatorias. Primero supuso que se contaminaban por algún tipo de polem en el polvo en suspensión. Pero en 1865, impresionado por las experiencias de Pasteur sobre la ubicuidad de los microbios aéreos y de su importancia en la contaminación de infusiones, pensó que una contaminación similar podría ser responsable del frecuente desarrollo de pus en las heridas y tejidos expuestos en el transcurso de las operaciones. Observó que la aplicación de fenol (ácido carbólico), rociando antes de las operaciones el ambiente de las salas quirúrgicas y el entorno del paciente, reducía sensiblemente la incidencia de infecciones graves, que se producían por las bacterias presentes en el aire. 14 Lister inventó el spray de ácido carbólico para heridas y vendajes. En esa época los alumbramientos en las maternidades eran muchas veces fatales, debido a la fiebre puerperal. Una de las tantas estadísticas arrojó el saldo de 64 muertes sobre 347 casos en París y en ocasiones hasta del 50%. Lister recomendó que los médicos debieran lavarse las manos y utilizar guantes, el instrumental quirúrgico debía esterilizarse justo antes de ser usado, había que limpiar las heridas con soluciones de ácido carbólico (que mataba los microorganismos). Pasteur, en 1871 sugirió a los médicos de los hospitales militares a hervir el instrumental y los vendajes. Describió un horno, llamado «horno Pasteur», útil para esterilizar instrumental quirúrgico y material de laboratorio y en el tuvieron entero apoyo. Lister es llamado el padre de la antisepsia moderna. Antes de Lister y Pasteur, pasar por el quirófano era, en muchos casos, una sentencia de gangrena y muerte. Luis Pasteur, en los últimos años de su vida, se dedicó al desarrollo de vacunas. En 4 años y antes que se comprendiera el mecanismo de la respuesta inmune, descubrió 4 métodos para atenuar microorganismos para producir vacunas. 1) Envejecimiento de cultivosbacteriano (cólera de los pollitos) 2) Cultivos a alta temperatura (ántrax) 3) Pasajes a través de otra especies huéspedes (erisipela en los cerdos) 4) Secado de médula (rabia) En 1880, Pasteur se encontraba realizando experimentos con pollos para determinar los mecanismos de transmisión de la bacteria 15 responsable del cólera aviar que acababa con muchos de ellos. Junto con su ayudante, Charles Chamberland, inoculaban Pasteurella multocida a pollos y evaluaban el proceso de la enfermedad. ….cuenta la historia que Pasteur iba a tomarse unas vacaciones, y encargó a Chamberland (inventor del autoclave), que inoculase a un grupo de pollos con un cultivo de la bacteria, antes de irse el propio ayudante de vacaciones. Pero Chamberland olvidó hacerlo, y se fue de vacaciones. Cuando ambos volvieron al cabo de un mes, los pollos estaban sin infectar y el cultivo de bacterias continuaba donde lo dejaron. Chamberland inoculó a los pollos de todos modos y los animales no murieron. Desarrollaron algunos síntomas, y una versión leve de la enfermedad, pero sobrevivieron. El ayudante, abochornado, iba a matar a los animales y empezar de nuevo, cuando Pasteur lo detuvo: la idea de la vacunación era conocida desde 1796 y Pasteur estaba al tanto. Expuso a los pollos una vez más al cólera y nuevamente sobrevivieron pues habían desarrollado respuesta inmune. Pasteur no desarrolló por lo tanto la primera vacuna, pero sí la primera vacuna de bacterias atenuadas en su virulencia. Las bacterias responsables del cólera aviar al estar atenuadas por el envejecimiento de los cultivos, protegían a los pollos de la enfermedad En 1881, Pasteur hizo una demostración de la eficacia de su vacuna contra el carbunco, inoculando la mitad de un rebaño de ovejas mientras inyectaba Bacillus anthracis a la otra mitad. Las inoculadas con la vacuna sobrevivieron, el resto, murió. Posteriormente, Pasteur empleó este principio básico para inmunizar y proteger contra la rabia a las personas. En sus estudios contra la rabia, utilizaba conejos infectados con la enfermedad, y cuando éstos morían les extraía el tejido nervioso para debilitar el agente patógeno que hoy sabemos que es un virus. En 1885 un niño, Joseph Meister, fue mordido por un perro rabioso cuando la vacuna de Pasteur sólo se había probado con unos cuántos perros. El niño iba a morir sin ninguna duda cuando desarrollase la enfermedad. Como Pasteur no era médico, si inoculaba la vacuna al niño, sin pruebas suficientes, podía acarrear un problema legal. Sin embargo, tras consultar con sus colegas, el químico se decidió a inocular la vacuna al muchacho. El tratamiento tuvo un éxito absoluto, el niño se recuperó las heridas y nunca desarrolló la rabia Pasteur, nuevamente fue alabado como héroe. DESARROLLO DE LOS MÉTODOS DE LABORATORIO 16 La obtención de cultivos puros, acompañados del desarrollo de métodos de coloración por Koch, Ehrlich, Weigert, entre otros, el perfeccionamiento del microscopio, significó un gran impulso para el estudio de las enfermedades infecciosas. El concepto de cultivo puro Desde las primeras observaciones microscópicas, resultaba evidente que existían diferentes tipos morfológicos y, esto ocurría en la naturaleza en forma de poblaciones mixtas, por lo que era esencial separar los microorganismos unos de otros. Joseph Lister en 1878, obtuvo por primera vez “cultivos puros bacterianos”, mediante diluciones seriadas en medios líquidos. Partiendo de un líquido que contenía una mezcla de bacterias, lo diluyó tantas veces hasta que quedara una sola bacteria en la dilución final. Luego de incubar, las bacterias derivadas de este cultivo eran de un solo tipo, es decir, se obtuvo un cultivo puro. Lister había realizado esta experiencia con leche, y llamó al microorganismo en cuestión Bacterium lactis. Era un método muy laborioso. La patata fue utilizada como medio de cultivo sólido. Koch en 1881, agrega gelatina al caldo de carne permitiendo obtener aislamientos en cultivo puro. Consistía en distribuir el inóculo sobre un medio líquido solidificado como del por el agregado de gelatina. Inconveniente del uso de gelatina: muchas bacterias licuan la gelatina por presentar gelatinasa y, por encima de 20ºC la gelatina es líquida, Más tarde lo hizo con agar-agar, introducido por la señora de Hesse, discípulo de Koch. El uso de colorantes en la práctica bacteriológica data de 1875, cuando Carl Weigert usó el violeta de metilo para teñir cocos en tejidos. Los colorantes o carmín se habían utilizado para teñir tejidos, hasta que en 1856, la anilina y otros colorantes de alquitrán fueron utilizados. Koch en 1877, observó que si se extendían las bacterias sobre una lámina de vidrio y si le añadía luego un colorante, se podían observar mejor las formas y componentes bacterianos. En 1881, empleó el calor para la fijación de los extendidos. En 1882, leyó su primer trabajo sobre el agente causal de la tuberculosis, descubrimiento realizado coloreando los extendidos del material tuberculoso con azul de metileno alcalino, seguido del tratamiento con vesubina y pardo de Birmack. En 1881, Paul Erhlich, contribuyó con la tinción de extendidos hemáticos y en 1882, perfeccionando la técnica de Koch para la tinción de los bacilos de la tuberculosis. 17 En 1884, Christian Gram crea la coloración que lleva su nombre y hasta el día de hoy constituye la tinción base que divide al mundo bacteriano en dos grupos: bacterias Gram positivas y bacterias Gran negativas. La relación de la Microbiología con la bioquímica y la genética en la década del 40, constituyó el mayor acontecimiento biológico del siglo XX, como fue el comienzo de la biología molecular. SÍNTESIS DE OBSERVACIONES, EXPERIENCIAS Y DESCUBRIMIENTOS RELEVANTES En 1885, Nicolair, observó el bacilo del tétano en animales inoculados con tierra. Kitasato lo cultiva en 1889. En 1888, Roux y Yersin descubrieron la toxina del bacilo de la diftéria. En 1889, Kitasato descubre la toxina tetánica. En 1892, Zielh y Neelsen crearon el método de coloración para el bacilo de la tuberculosis. En 1892, Iwanowski aisló el virus del mosaico del tabaco. En 1897, Löffler y Frosch, aislaron el primer virus animal (virus aftosa). El siglo XX comienza con nuevas realizaciones, entre otras: En 1905 Schaudin y Hoffmann, describen la espiroqueta de la sífilis En 1909 Ricketts, describe las rickettsias en enfermos con fiebre de las montañas Rocosas. En 1917 Twort y d´Herelle, descubren el bacteriófago. En 1925 Ramón, elabora el toxoide diftérico. En 1929 Fleming, observa el poder antibiótico de una sustancia elaborada por Penicillium notatum. En 1931 Goodpasture, utiliza el huevo embrionado para cultivo de virus. En 1935 Domagk, comprueba la acción del prontosil en las infecciones estreptocócicas e inicia una nueva era terapéutica. En 1940 Florey y Chain, purificaron la penicilina y comienza la etapa de la antibióticoterapia. Entre 1953-1955 Jonas Salk, desarrolla la vacuna antipoliomielítica. En 1953 James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura de doble hélice del ADN. Uno de los descubrimientos más trascendentales del siglo XX. En 1960 Stanley y col, establecen la composición molecular del virus del mosaico del tabaco. 18 James Watson y Francis Crick El 25 de abril de 1953, un corto y modesto escrito en la revista Nature, titulado La estructura molecular de los ácidos nucleicos, informó al mundo de uno de los descubrimientos más significativos en la historia de la ciencia 20 EL LABORATORIO MICROBIOLOGICO Un laboratorio de Microbiología es un lugar habilitado para manejar y estudiar microorganismos y que tiene características determinadas de acuerdo al tipo de tareas que en él se realizan. Puede estar destinado a enseñanza, diagnóstico, investigación o producción. El modelo ideal de laboratorio debe incluir por lo menos: 1) área administrativa,biblioteca, escritorios, computadoras con bases de datos, telefonía. 2) área para guardar elementos personales, sanitarios, cocina. 3) áreas de trabajo: a) módulos o cabinas para el análisis y procesado de muestras. b) salas de lavado, preparación de materiales, reactivos y medios de cultivo. c) sala de secado de material y esterilización. 4) área de almacenamiento de drogas, reactivos, medios de cultivo, material descartable, y otros. Normas de construcción La distribución de las diferentes áreas se lleva acabo siguiendo un criterio lógico de acuerdo al tipo de tareas a las que estará destinado el laboratorio. En cada caso es importante verificar el camino a recorrer por el personal y por los materiales para evitar accidentes; debe ser de fácil acceso para los operarios como para el recibo de muestras. El aislamiento se logra con medidas de bioseguridad que se verán más adelante, aunque se puede rodear con árboles y un parque sirviendo además como protección contra vientos, temperaturas extremas, y permite tener un buen aporte de luz natural durante la mayor parte del día. La iluminación apropiada evita reflejos perjudiciales. Los módulos o cabinas de trabajo tendrán un tamaño reducido, inferiores a 3 metros por 3 metros, para evitar las corrientes de aire, con una correcta distribución de la luz artificial y de los tomas de energía eléctrica, agua y gas, que estarán preferentemente en las paredes. Paredes, techos y piso deberán ser de superficie lisa, antiadherente e impermeables, fáciles de lavar y resistentes a los desinfectantes utilizados o a las radiaciones UV que eventualmente se utilizan para la esterilización del ambiente. Las superficies de las mesas deben ser a su vez impermeables y resistentes a los ácidos, álcalis, alcoholes, solventes y calor moderado. Elementos y materiales más frecuente en el laboratorio microbiológico. 21 Los laboratorios deberán disponer de los aparatos e instrumental necesario para el correcto desarrollo de su actividad. Debe existir un procedimiento de control de calidad en el laboratorio de Microbiología que implique la monitorización de los medios e instrumentos, con el fin de asegurar la adecuada realización de los aislamientos, identificación y caracterización de los patógenos y la realización precisa de las pruebas de sensibilidad a los antimicrobianos como referencia terapéutica. Es imprescindible la existencia de un procedimiento sobre medidas de protección personal en el manejo de equipos y aparatos. Los equipos del laboratorio deben funcionar de forma que se asegure la reproducibilidad de los resultados de las pruebas diagnósticas. El personal técnico del laboratorio deberá poseer la formación adecuada para las funciones que desarrolla. Materiales en los que se colocan y/o combinan sustancias. Vidrio: todo el material de vidrio debe ser: transparente, incoloro y de reacción neutra (no intercambiar iones con su contenido). Deben ser resistentes a los reactivos químicos y a los bruscos cambios de temperatura. El ideal es el de borosilicato neutro (Pyrex). Tubos de ensayo: sin reborde, existen de diferentes tamaños: 16 cm de largo x160 mm de diámetro, 10 cm de largo x 100 mm de diámetro (de hemólisis); 12 x 80 mm de diámetro. Los tubos pueden llevar tapones de algodón simple o envuelto en gasa, de caucho, de metal, de plástico o de baquelita. Tubos de centrífuga: de diferentes tamaños, con fondo redondo o cónico y se emplean para decantar suspensiones. 22 Tubos o campanas de Durham: son pequeños tubos que se utilizan en las pruebas bioquímicas de identificación bacteriana, para detectar la formación de gases en la fermentación de azúcares. La campana se coloca en posición invertida dentro de un tubo que contiene medio líquido. El gas producido por la bacteria en estudio se colecta en su interior. Erlermeyer: recipiente con base plana, cuerpo cónico y cuello cilíndrico corto; empleado para calentar líquidos, preparar y/o contener medios de cultivo o líquidos en general. Existen de diferentes volúmenes: 100 ml, 250 ml, 500 ml, 1 litro, 2 litros. Pueden estar graduados o no. Vaso de precipitado: tiene forma cilíndrica y posee un fondo plano. Se encuentran en varias capacidades. 23 Placa de Petri: recipientes circulares compuestos por una base donde se vierten los medios de cultivo y una tapa que los cubre. Existen de vidrio y de material de plástico resistente al calor (para ser esterilizados en autoclave) o los más económicos sensibles al calor y esterilizados mediante radiaciones, de un solo uso y descartables. Hay de diferentes tamaños; se las emplea para contener los medios de cultivo sólidos. Existen placas de vidrio y placas de plástico descartables. Materiales para medir volúmenes Los materiales para medir volúmenes son de vidrio o de plástico transparente y están graduados. Algunos de estos materiales son: pipetas, probetas, Erlenmeyer. Pipetas graduadas: tienen una escala graduada numerada indicador del volumen contenido; pueden ser de enrase simple o doble. Las más usadas son de 1, 5 y 10 ml. 24 Pipetas Pasteur: se pueden fabricar en el laboratorio por calentamiento y estiramiento de un tubo de vidrio ablandado a la llama; tiene de 4 a 8 mm en su parte tubular, que al estirarse se torna capilar; por no tener graduación se usan para siembras o medición de pH. Son pipetas de pase, pues no poseen graduación. También hay pipetas descartables con capacidad de 1 ml. Pipetas volumétricas o aforadas: llamadas así por poseer entre los tercios superior y medio una dilatación que permite trasvasar mayor volumen de líquidos. Pipetas automáticas: son instrumentos de precisión. Se utilizan para transferencia de líquidos en volúmenes que van desde 0,5-2 µl, de 2-20 µl, de 20-200 µl y de 200-1000 µl. El dispensador puede ser de canal único o múltiple. Se utilizan con puntas desechables de distinto tamaño y color según la micropipeta. Probetas: son tubos de cristal alargado y graduado, cerrado por un extremo, usado como recipiente de líquidos o gases, el cual tiene como finalidad medir el volumen de los mismos. 25 Otros elementos Tiras indicadoras de pH, en el comercio se venden en rangos de pH por lo que una que abarque de 6,5 a 10 cubrirá la mayoría de las reacciones del laboratorio. Propipeta: pueden ser pera de goma o tipo jeringas de plástico, que contienen válvulas que permiten el llenado y vaciado de pipetas de vidrio sin necesidad de aspirar mediante la boca (indispensables para la bioseguridad en el laboratorio). Permiten la transferencia de líquidos de todo tipo, con propiedades específicas (infecciosos, corrosivos, tóxicos, radiactivos o estériles). Portaobjetos: se utilizan para colocar sobre ellos muestras de microorganismos que serán observados al microscopio. Son láminas de vidrio rectangulares de bordes biselados, de aproximadamente 76 x 26 x 1 mm Cubreobjetos: láminas delgadas de vidrio con medidas que oscilan entre 15a 22 mm de lado y 0,17 a 0,20 mm de espesor. 26 Varillas de vidrio: son varillas macizas que se utilizan para homogeneizar medios de cultivo, suspensiones, etc. Bocales: Son los recipientes utilizados para colocar las pipetas contaminadas o sucias inmediatamente después de ser utilizadas. Se lo conoce también con el nombre de pipetero, y debe ser de algún material impermeable y que resista la temperatura de autoclave, pues las pipetas sucias y contaminadas deben ser esterilizadas, antes de ser lavadas (si son de vidrio) o descartadas (si son de plástico). Espátula de Drigalsky: se obtiene calentando el extremo de una varilla o pipeta Pasteur y acodándola en forma triangular; se la utiliza para siembra en medio sólido. Embudo: pieza cónica de vidrio o plástico que se utiliza para el trasvasijado de productos desde un recipiente a otro. También se utiliza para realizar filtraciones. Embudo Büchner es un tipo especial de embudo utilizado para la filtración al vacío o filtración a presión asistida. Se hace tradicionalmente de porcelana, sin embargo también está disponible 27 en vidrio y plástico. En la zona superior cilíndrica del embudo existe una placa circular que posee un conjunto de perforaciones. La filtración al vacío es una técnica que permite separar un producto sólido a partir de una mezcla solido-liquido. La mezcla sólido-líquido se vierte a través de un papel filtro en un embudo Büchner. Mortero: se utiliza para triturar sólidos. Consta de un pilón para el triturado y pueden ser de piedra, porcelana, mármol o madera. Membranas filtrantes: derivados de celulosa (nitrato y acetato) o poliamida de Nylon 66, son de alta calidad y de estructura regular; actúan por verdadero efecto tamiz ya que separan las partículas si éstas son mayores que los poros de la membrana. Según su constitución resisten o no la acción de ciertos elementos (solventes) y en el comercio se encuentra marcas como Sartorius, Millipore, etc. Instrumental Balanzas: aparato de precisión empleado para pesar diversas elementos; existen distintos tipos. Balanzas granatarias: consta de dos platillos y se emplean pesas de 1 a 1000 g. No sirven para pesar con precisión, en general en 28 bacteriología se pesan principalmente medios de cultivo en donde puede tolerarse las pequeñas desviaciones que producen este tipo de balanzas. Balanzas analíticas modernas: pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1µg a 0,1 mg. Están desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso.. Porta filtros: son soportes encargados de contener los filtros para su uso; pueden ser metálicos o sintéticos, son autoclavables y sus tamaños varían con la finalidad y uso (muestreo de aguas con jeringa, filtración de medios de cultivo a Kitasato, etc.). Mango de Kolle: constituido por un vástago metálico con un mango aislante de ebonita o madera. En el extremo opuesto al mango se coloca un alambre fino de platino o similar, de calentamiento y enfriado rápido luego de ser expuesto a la llama. Según su terminación se denomina: ansa (extremo en anillo), o en aguja (extremo aguzado), este instrumento se utiliza en siembras. Baño térmico (Baño María): consta de un recipiente con agua en el que se colocan gradillas metálicas con el material a calentar o inclusive para cultivar microorganismos. El calor se obtiene por medio 29 de una resistencia eléctrica y se controla por medio de un termostato, verificándose la temperatura mediante un termómetro. Microscopio- Instrumento óptico que permite observar objetos no perceptibles al ojo humano. Esto se logra mediante un sistema óptico compuesto por lentes, que forman y amplifican la imagen del objeto que se está observando. Partes de un microscopio óptico común 30 Recorrido de la luz desde la fuente, a través de los diferentes lentes de un microscopio básico, hasta el observador. Microscopio de campo oscuro: configuración esquemática del principio de iluminación de campo oscuro (luz transmitida). El filtro opaco (se coloca en el condensador) es de forma circular y forma un cono de luz vacío que incide sobre el espécimen en forma oblicua y los rayos refractados, difractados y reflejados por el espécimen penetran en el sistema óptico del microscopio para formar la imagen Microscopio electrónico, tiene un límite de resolución más pequeño que 1 nanómetro. La fuente de luz es un haz de electrones que incide sobre la muestra y permite aumentos de varios millones de veces. Comparación básica entre un microscopio óptico (izquierda), electrónico de transmisión (centro) y electrónico de barrido (derecha). 31 Mechero de Bunsen: es un aparato que consta de un tubo vertical soportado en una base a la que va enroscado. El tubo en su base tiene un pequeño orificio vertical para permitir la entrada de gas, rodeado de un anillo móvil (collar) que sirve para regular la cantidad de aire que se aspira por las aberturas al subir rápidamente el gas por el tubo vertical. En el extremo superior del tubo vertical se enciende la mezcla de gas y aire. Se pueden distinguir varias zonas o regiones definidas en la llama: en el cono interior se alcanzan altas temperaturas. Se emplea para el trabajo de microbiología y todas las maniobras deben realizarse en un radio de 10-15cm de la llama del mechero (zona aséptica), técnica conocida como “trabajar al abrigo de la llama”. 32 Tipos de llama 1) Sin entrada de aire 2) Poca entrada de aire 3) Mucha entrada de aire 4) Máxima entrada de aire Ollas: recipientes metálicos con tapa: se utilizan para desechar los materiales contaminados. Trípode: elemento metálico constituido por un aro sostenido por tres pies; se emplea como apoyo para recipientes que deben ser sometidos a la acción del calor. Conviene mandarlos a hacer a algún herrero, salen más baratos que los comprados en las casas destinadas a su venta. Cantidad mínima para un laboratorio que se inicia: 1. Telas metálicas o difusoras: constan de un tramado de alambre con amianto en su parte central; se utilizan colocándolas sobre el 33 trípode, entre la llama y el recipiente a calentar, con lo que se amortigua el efecto del fuego directo. Policubeta: placa múltiple de 96 celdas con fondo redondeado, cónico o plano, construidas en poliestireno y esterilizables por radiación; poseen una gran claridad óptica y medidas estándar que permiten su utilización en variados equipos; se emplean en microanálisis por lo general de tipo serológico (hemaglutinación, inhibición de la hemaglutinación, fijación de complemento, etc.). Gradillas: es un utensilio utilizado para dar soporte a los tubos de ensayos o tubos de muestras. Normalmente es utilizado para sostener y almacenar los tubos. Pueden ser de madera, plástico o metal. Balanzas: aparato de precisión empleado para pesar diversas elementos; existen distintos tipos. Balanzas granatarias: consta de dos platillos y se emplean pesas de 1 a 1000 g. No sirven para pesar con precisión, en general en bacteriología se pesan principalmente medios de cultivo en donde puede tolerarse las pequeñas desviacionesque producen este tipo de balanzas. Balanzas analíticas modernas: pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1µg a 0,1 mg. Están desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso.. Estufa de cultivo: caja rectangular de triple pared con dos puertas frontales (la interna es de vidrio), estantes interiores, fuente calórica (resistencia eléctrica). Por mantener una temperatura óptima de 35 a 37ºC es el equipo indicado para desarrollar microorganismos en el laboratorio. Horno o estufa de esterilización: gabinete metálico aislado con fibra de vidrio o amianto, eléctrico, temperatura de hasta 300 ºC; esteriliza por calor seco, puede adaptarse un horno de cocina que funcione bien (sin pérdidas de calor) en este caso conviene destinarlo sólo a esterilización. 34 Autoclave de Chamberland: está formado por una caldera cilíndrica de doble pared, una fuente calórica (eléctrica o gas) y en la parte superior en la tapa, una corona de mariposas con las que se cierra. En la tapa se encuentran un manómetro, una válvula de seguridad, una espita. Un aro de caucho que otorga hermeticidad al cierre. En el interior (a cierta altura del fondo) se ubica una placa cribada o rejilla en donde se deposita el material a esterilizar para que no contacte con el agua colocada por debajo. En la actualidad existen autoclaves automáticos que no varían en su fundamento pero sí difieren en su estructura y manejo. Tienen espita, manómetro y tapa de cierre hermético (que se ajusta con una llave central), pero además tiene ficha de encendido eléctrico, temporizador o «timer», regulador automático de la temperatura y espita de salida inferior; también tiene una alarma o timbre para anunciar la finalización del proceso de esterilización. Congeladoras: empleadas para conservar virus, bacterias o sueros por largo tiempo, su temperatura es de -10 °C a -80 °C; si se desea conservar sustancias por debajo de ese límite, deben emplearse termos especiales con N2 líquido que producen temperaturas de - 196ºC. Freezer de -20 ºC es importante para conservar varios elementos de laboratorio. 35 Centrífugas: genera movimientos de rotación y tiene el objetivo de separar los componentes que constituyen una sustancia aplicando la fuerza centrífuga y aprovechando las diferentes densidades de los elementos. Existe una diversidad de centrífugas. Campana o cámara de siembra: son campanas «barridas» por aire estéril en donde el aparato aspira aire contaminado, lo filtra y lo expulsa a través de la campana impidiendo la introducción de microorganismos en el medio ambiente. Emplea un ventilador para forzar el paso de aire a través de un filtro HEPA y proporcionar aire limpio a la zona de trabajo libre de partículas de 0,1 µ. Jarras para cultivo de bacterias anaerobias: son recipientes que se usan para conseguir una atmósfera libre de oxígeno 36 BIOSEGURIDAD GLOSARIO 1-Bioseguridad : conjunto de métodos tendientes a minimizar el riesgo asociado al manipuleo de microorganismos , mediante la protección de operadores , personas del entorno , animales y medio ambiente (Norma IRAM 80059). 2-Riesgo biológico: en los laboratorios microbiológicos y biomédicos implica la probabilidad que ocurra un daño, lesión o enfermedad, cuya evaluación se concentra en la prevención de infecciones. 3-Contención primaria: Se refiere al cumplimiento de las buenas prácticas de laboratorio y la correcta utilización de equipos de seguridad apropiados (uso de ropa adecuada, guantes, antiparras, barbijos, cabinas o gabinetes de seguridad biológica, centrífuga de seguridad). 4-Contención secundaria: Protege al ambiente externo de agentes infecciosos; esto se logra a través de un correcto diseño de las instalaciones (provisión de lavamanos, duchas, cabinas de bioseguridad, flujo de aire direccional con filtro HEPA). 5-esiduo patogénico: aquellos desechos o elementos materiales en estado sólido, semisólido, líquido o gaseoso que presumiblemente presenten o puedan presentar características de infecciosidad, toxicidad o actividad biológica que puedan afectar directa o indirectamente a los seres vivos, y causar contaminación del suelo, del agua o de la atmósfera; que sean generados en la atención de la salud humana o animal por el diagnóstico, tratamiento, inmunización o provisión de servicio, así como también en la investigación o producción general de elementos biológicos tóxicos. 6-Generador de residuos: todo individuo que a través de cualquier técnica o procedimiento descarte un elemento 7-Contingencia: derrame o emanación accidental de residuos. 37 8-Cabina de seguridad biológica: equipo proyectado para ofrecer protección al usuario y al ambiente de los riesgos asociados al manejo del material infeccioso y otros materiales biológicos peligrosos. 9-Almacenamiento final: espacio físico destinado al depósito diario de los residuos generados hasta el momento en que son retirados para su tratamiento final. 10-Segregación: separación adecuada de los residuos de acuerdo a su clasificación. NORMAS GENERALES DE TRABAJO EN UN LABORATORIO 38 El trabajo debe realizarse de acuerdo con los estándares técnicos y de seguridad propios de cada laboratorio de Microbiología. El estricto cumplimiento de las normas que representan la buena práctica en el laboratorio, es la mayor garantía de la BIOSEGURIDAD y NO PUEDE ser reemplazado por cualquier otra medida de orden colateral. * Los extinguidores de fuego deben estar en lugares de fácil acceso, señalizados, y en condiciones de uso. * El laboratorio debe mantenerse limpio y organizado, libre de materiales que no tengan relación con el trabajo en el mismo. * Todos los procedimientos y técnicas se deben realizar con el máximo cuidado para minimizar la producción de aerosoles. Siempre se deberá caminar y desplazarse sin realizar movimientos bruscos, evitando la formación de corrientes de aire. * Las superficies de las mesas de trabajo deberán ser decontaminadas antes y después de cada una de las jornadas. * El personal deberá higienizarse las manos con algún detergente, jabón o desinfectante luego de cada jornada de trabajo. * Es obligatorio el uso de batas o delantales, y en los casos necesarios, guantes, barbijos o cofias. * Circular solamente por las zonas permitidas y hacerlo lentamente a fin de evitar las corrientes de aire. * Cualquier accidente que ocurra deberá se comunicado de inmediato al encargado del laboratorio. * Antes de retirarse, al concluir el trabajo, verificar que las llaves de gas, agua y luz se encuentren cerradas. * Las prácticas de higiene personal en el laboratorio clínico, están destinadas a prevenir lesiones o enfermedades directamente relacionadas con esta labor, y aunque muchas veces no se sigue con la formalidad que corresponde, están destinadas a prevenir enfermedades laborales. 39 * Los alimentos, bebidas, goma de mascar, etc., se consumirán fuera del laboratorio. Nunca usar los recipientes del laboratorio para beber líquidos. Los refrigeradores, congeladores y freezer debencontener exclusivamente materiales bien identificados. No se colocarán alimentos ni bebidas en los mismos, si éstos contienen materiales de trabajo del laboratorio, evitando así la contaminación. * No tocarse el rostro ni tocar a otras personas u objetos, luego de haber realizado alguna maniobra microbiológica sin antes lavarse las manos. El cabello largo y la barba no son recomendables en el laboratorio; en caso necesario se deberán utilizar cofias y barbijos. * Los procedimientos de riesgo se realizarán en cabinas de bioseguridad. En ellas se colocará todo el material necesario antes de comenzar el trabajo, evitándose todo tipo de movimientos de entrada y salida durante el trabajo; también se evitarán los movimientos bruscos pues estos podrían ocasionar corrientes de aire. No se debe pipetear con la boca, sino con algún intermediario. Al concluir el trabajo, se limpiará la superficie de las mesadas con algún desinfectante adecuado, o dejando lámparas de UV que actúen por un período de 1 hora. Lavado de manos: Las manos constituyen una de las rutas de diseminación de infecciones. Pueden adquirir fácilmente microorganismos indeseables que luego se transfieren a las personas, instrumental y alimentos. Su lavado o desinfección debe ser cuidadoso a fin de evitar la diseminación de cualquier agente. En los casos que se sospecha una contaminación de manos con material microbiológico es necesaria la desinfección con soluciones alcohólicas. Podemos distinguir dos tipos de microbiota en las manos 40 - microbiota residente: microorganismos que se multiplican en la piel, por lo que las manos se convierten en fuentes de infección. Son gérmenes difíciles de eliminar por lavado o con desinfectantes. Aproximadamente el 20% se mantiene en zonas profundas de la piel cuando no se cuenta con buenas medidas de erradicación - microbiota transitoria: son microorganismos presentes en la piel pero que no es allí donde se multiplican. Su hallazgo es debido a contaminaciones recientes. Su transporte no suele superar las 48 h Se pueden eliminar por lavado con jabón o por tratamiento con desinfectantes. Si la carga bacteriana es alta (mayor a 106 UFC/ml) el lavado o desinfección es incorrecto. Un cierto número de bacterias puede permanecer en piel aumentando el riesgo de diseminación. En caso de realizar maniobras riesgosas es aconsejable la utilización de guantes. -Lavado higiénico: es la remoción mecánica de microorganismos. Se realiza mediante el lavado con jabón no medicamentoso y posterior arrastre con agua. Remueve hasta el 99% de la flora transitoria entre 30 y 60 segundos, pero no produce muerte de los microorganismos. El lavado debe realizarse cubriendo las manos con jabón y poca cantidad de agua, seguida de un cuidadoso enjuague y secado con toalla descartable que también es utilizada para el cierre de la canilla. El jabón puede ser líquido o en barra. -Lavado antiséptico: es un procedimiento de remoción química de bacterias efectuado con soluciones antisépticas, que producen la muerte o inhibición de las mismas. Es más efectivo que el lavado con jabón común. Se realiza mediante cepillado, inmersión o aspersión. El tiempo de lavado oscila alrededor de 60 segundos cubriendo toda la superficie de las manos. Los agentes antisépticos recomendados son: etanol 70%, solución de clorhexidina o iodopovidona. -Uso de guantes: constituyen una barrera de protección para impedir la contaminación de las manos. Sin embargo los mismos no siempre son impermeables. Bacterias y virus pueden atravesarlos en un 5% de los casos. Los guantes de látex son más eficaces que los de vinilo pero no reemplaza al lavado de manos Residuos: 41 Las personas que generan residuos infecciosos son responsables de acondicionarlos para minimizar la posible contaminación ambiental y disminuir el riesgo de exposición del trabajador de salud. Se pueden diferenciar tres grupos de residuos: -Residuos equivalentes a los domésticos: no requieren manejo especial pues no representan un riesgo. Están compuestos de papel, cartón, plásticos, maderas, alimentos, vidrios, latas, escombros, tierra. -Residuos infecciosos: presentan un riesgo potencial para el medio ambiente o la salud humana y/o animal. Son capaces de producir enfermedad. Se generan en procesos de atención a pacientes, diagnósticos, tratamientos, inmunizaciones, investigaciones o utilización como animales experimentales. En el caso de residuos de la clínica, muestras, cultivos microbianos, residuos patológicos deben esterilizarse previo a su destino final. En el caso de elementos punzo- cortantes deben acondicionarse para evitar el riesgo agregado por accidente traumático al preexistente por transporte mecánico de un agente infeccioso. -Residuos especiales: integrado por agentes químicos, antineoplásicos, radioactivos, etc. Transporte de material infeccioso: Toda muestra debe ser acondicionada para su envío, por las vías de comunicación habituales, para llegar al laboratorio de destino en condiciones de contención biológica adecuada. Para este fin se consideran envases de contención con tres barreras. Estas barreras deben asegurar la impermeabilidad del contenido, resistencia a pinchaduras, rígidos a prueba de pérdidas. Los recipientes deben ser acondicionados para soportar golpes sin pérdida de contenido. Su identificación debe ser clara y fácilmente identificable. Durante el transporte debe existir un teléfono y nombre de referencia para comunicarse con el responsable que determine las medidas a seguir en caso de accidente. La normativa para el transporte seguro de sustancias infecciosas y muestras para diagnóstico de la OMS se basa en las recomendaciones de la UNCE (Comité de expertos en transportes de Mercancías peligrosas de Naciones Unidas), que integra 23 países incluyendo la Argentina Aerosoles 42 Los aerosoles se producen en toda actividad que se desarrolle en el laboratorio, y su importancia radica fundamentalmente en que no pueden ser detectados y se desplazan por el ambiente, sometiendo a riesgo de contaminación al personal que trabaja o transita allí. Se producen dos tipos de aerosoles: 1) los que se desprenden como partículas de más de 5 micrones, que se depositan rápidamente y contaminan las superficies de trabajo y la piel del operador y 2) los que se desprenden como partículas menores de 5 micrones, que se secan en forma instantánea, permaneciendo en suspensión, razón por la que son fácilmente arrastrados por las corrientes de aire. Las operaciones con mayor riesgo de infección son las que pueden producir aerosoles al trabajar con fluidos contaminados, como el destapar con muestras para diagnóstico, flamear el ansa metálica cuando ésta se encuentra contaminada con una gran cantidad de medio, transvasar líquidos infectantes, agitar un envase con suspensión de microorganismos, desintegrar en un mortero tejidos para su posterior análisis, abrir ampollas de cultivo, destapar tubos luego de haberlos sometido a centrifugación o agitación, pipetear líquidos contaminados, manipular jeringas y agujas con muestras de sangre. Medidas para disminuir sus riesgos: -Evitar la agitación de frascos o tubos destapados -No descargar la última gota del contenido de una pipeta -No usar anillos, relojes o colgantes que puedan contribuir a transportar a los aerosoles. Clasificación de los agentes biológicos por grupos de riesgo 43 * Agente biológico del grupo 1. Aquél que resulta poco probable que cause una enfermedad en el hombre. *Agente biológico del grupo 2. Aquél que puede causar una enfermedad en el hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo poco probable que se propague a la colectividad y existiendo generalmente profilaxis o tratamiento eficaz. *Agente biológico del grupo 3. Aquél que puede causar una enfermedadgrave en el hombre y presenta un serio peligro para los trabajadores, con riesgo de que se propague a la colectividad y existiendo frente a él generalmente profilaxis o tratamiento eficaz. *Agente biológico del grupo 4. Aquél que causando una enfermedad grave en el hombre supone un serio peligro para los trabajadores, con muchas probabilidades de que se propague a la colectividad y sin que exista generalmente frente a él profilaxis o tratamiento eficaz. Niveles de contención El término "contención" se emplea para describir los métodos que hacen seguro el manejo de materiales infecciosos en el laboratorio. El propósito de la contención es reducir al mínimo la exposición del personal de los laboratorios, otras personas y el entorno a agentes potencialmente peligrosos. La Seguridad Biológica se fundamenta en tres elementos: • Técnicas de laboratorio. El elemento más importante para contener los riesgos biológicos es el seguimiento estricto de las prácticas y técnicas estándar microbiológicas. Como parte de estas prácticas está el desarrollo o adopción por parte de cada laboratorio de un manual de operaciones (Manual de Seguridad Biológica) en el que se identifiquen los riesgos que pueda sufrir 44 el personal y que especifique los procedimientos que puedan minimizar esos riesgos. • Equipo de seguridad (barreras primarias). Se incluyen en este apartado tanto dispositivos o aparatos que garantizan la seguridad (ej. las cabinas de seguridad biológica), como las prendas de protección personal (guantes, mascarillas, batas,...). • Diseño y construcción de la instalación (barreras secundarias). La magnitud de las barreras secundarias dependerá del tipo de agente infeccioso que se manipule en el laboratorio. Dentro de ellas se incluyen la separación de las zonas donde tiene acceso el público, la disponibilidad de sistemas de descontaminación (autoclaves), el filtrado del aire de salida al exterior, el flujo de aire direccional, etc. NIVELES DE BIOSEGURIDAD 45 En relación al grado de riesgo de los agentes biológicos infecciosos en el material que se maneja, se han establecido cuatro niveles de bioseguridad: NIVEL DE BIOSEGURIDAD 1: laboratorios destinados al diagnóstico y a la enseñanza, con equipos de seguridad y reglamentaciones de índole general. Las normas de seguridad están destinadas sobre todo a la protección de los cultivos (evitar que los cultivos puros o las muestras recibidas se contaminen con microorganismos ambientales) y no tanto del operador. Esto es debido a que se trabaja con microorganismos no patógenos o con un potencial mínimo de riesgo o riesgo individual y comunitario escaso o nulo. Podemos citar como ejemplo al laboratorio de entrenamiento en el cual trabajaremos a lo largo del curso de la presente asignatura. NIVEL DE BIOSEGURIDAD 2: Se rigen con la normativa a dicho nivel los laboratorios que trabajan con agentes que pueden producir enfermedad en el hombre como en los animales en forma accidental, pero que pueden ser contenidos por las normas de laboratorio. Por lo tanto el riesgo individual es moderado y el riesgo comunitario bajo. Requiere las consideraciones del anterior, más los elementos fundamentales que se detallan a continuación: -Prácticas cuidadosas para evitar producir aerosoles infecciosos (no generar presión positiva en las pipetas ni quemar el ansa directamente en la llama cuando tiene adherido mucho contenido microbiano) - Acceso reglamentado al laboratorio - Puertas cerradas con la señalización: “RIESGO BIOLOGICO” - Cualquier mínimo accidente debe ser notificado - Algunos materiales pueden requerir gabinetes de bioseguridad. - Agentes biológicos que se manejan en laboratorios de Nivel 2: Salmonella, Virus de Hepatitis B. -Ejemplos de laboratorios de este tipo: Laboratorios de Hospitales, Centros Diagnósticos, etc. 46 NIVEL DE BIOSEGURIDAD 3: En estos laboratorios se realiza diagnóstico o investigación con agentes biológicos que requieren especiales condiciones de manejo. Cuando se manipulan agentes biológicos del grupo 3, microorganismos que causan patología grave, de difícil y largo tratamiento, que pueden curar con secuelas y a veces producir la muerte. El mayor y más frecuente peligro que entrañan éstos es la infección adquirida a través de aerosoles y por fluidos biológicos. El nivel de riesgo individual es elevado y el riesgo comunitario moderado. Además de lo ya mencionado para los niveles 1 y 2, requieren: -Personal entrenado en el manejo de estos microorganismos patógenos específicos - Acceso controlado y restringido solo al personal del laboratorio - El laboratorio debe estar separado de las áreas de tráfico habitual del edificio, con una doble puerta (vestíbulo) , duchas y vestuarios en el vestíbulo. - Ventanas y puertas cerradas. - Sistema de ventilación y circulación de aire independiente del resto del edificio. - Lavamanos con llave accionada con el pié; toallas descartables. - Uso obligatorio de guantes y barbijo en los gabinetes de trabajo. -Agentes biológicos que se manejan en estos laboratorios: virus rábico, Histoplasma capsulatum, Coxiella burnetti, Mycobacterium tuberculosis. - Ejemplo de laboratorio: laboratorios especializados. 47 NIVEL DE BIOSEGURIDAD 4: Se trabaja con agentes que requieren las más estrictas normas de contención por ser extremadamente patógenos para el personal de laboratorio, y/o porque son exóticos en ese país. En este caso el riesgo individual y comunitario es elevado. Normalmente son microorganismos de dosis infectiva baja y alta contagiosidad. Este nivel también puede utilizarse para trabajar con animales de experimentación infectados por microorganismos del grupo 4. En este grupo está virus Ebola, etc. Además, deben incluirse en este nivel de contención los microorganismos del grupo 3 que adquieran propiedades patógenas que los eleven al grupo 4 (Mycobacterium spp. multirresistente). Es obligatorio el cumplimiento de las normas anteriores, además de: - El acceso estará bajo la supervisión directa del jefe responsable. -Todas las actividades que se realicen en este tipo de laboratorio requieren de un edificio totalmente independiente, con todos los servicios de apoyo separados y exclusivos. -Ventanas de vidrio irrompible y puertas a prueba de filtraciones de aire. - El agua de las duchas y deshechos debe ser tratada previo a su eliminación. - En caso de accidente se requiere de una metodología especial con controles médicos y una investigación permanente seguida por la institución -Agentes microbiológicos: por ejemplo el virus de la Peste Porcina Africana en la Argentina. -Ejemplos: laboratorios de alta seguridad. Actualmente no solo debe observarse el nivel de bioseguridad necesario sino también los tipos de actividades u operaciones que se pueden realizar con los microorganismos. Se pueden considerar tres diferentes posibilidades dentro de cada nivel de bioseguridad -Actividad que no multiplica ni disemina el microorganismo -Actividad que multiplica y/o disemina el microorganismo -Trabajo con animales potencialmente infectados. De la relación entre las dos clasificaciones (nivel de bioseguridad y actividad) para un listado de microorganismos se establece el nivel real de bioseguridad necesario sobre los cuatro posibles. Esta última normativa establece el riesgo real que enfrenta el operador para fijar los procedimientos y dispositivos de protección necesarios con el que se debe trabajar. En los trabajos anteriores se establecía a menudo una relación directa entre el nivel de bioseguridad y el grupo de riesgo al que 48 pertenece cada microorganismo, sin tener en cuenta la operación desarrollada. Se consigue así definir normas de trabajo seguro en el laboratorio orientada a los dispositivos y procedimientos adecuados para brindar protección al operador y
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