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MICROBIOLOGIA Y SU EVOLUCIÓN La microbiología es el estudio de los organismos microscópicos el cual proviene de tres palabras griegas 1) Micos: pequeño 2) Bios: vida 3) Logos: ciencia En conjunto significa el “estudio de la vida microscópica”. La importancia de la microbiología: Los microrganismos son diminutos seres vivos que no pueden verse a simple vista. En este grupo se incluyen las bacterias, hongos, levaduras, hongos filamentosos, virus, protozoos y algas microscópicas. Normalmente tendemos asociar estos pequeños microorganismos con infecciones, enfermedades como el sida o deterioro de alimentos. Sin embargo, la mayoría de los microorganismos contribuye de una forma crucial en el bienestar de la tierra, ayudando a mantener el equilibrio de los organismos vivos y productos químicos de nuestro medio ambiente. Los microorganismos de aguas dulces y saladas son la base de la cadena alimenticia de océanos, lagos y ríos. Los microorganismos del suelo destruyen los productos de desecho e incorporan el gas nitrógenos del aire en compuestos orgánicos, así como reciclan los productos químicos del suelo, agua y aire. En este sentido, ciertas bacterias y algas, juegan un papel importante en la fotosíntesis, es un proceso que genera nutrientes y oxígeno a partir de la luz solar y seudos; es crítico para el mantenimiento de la vida sobre la tierra. Los hombres y algunos animales dependen de las bacterias que viven en sus intestinos para realizar la digestión, síntesis de algunas vitaminas como por ejemplo la vitamina K y algunas del complejo B. los microorganismos también tienen aplicaciones industriales ya que se utilizan en la síntesis de productos químicos como lo son acetona, ácidos orgánicos, enzimas alcohol y muchos medicamentos. El proceso de producción de acetona y butanol por bacterias fue descubierto en 1914 por Chaim Weizmann un polaco que trabaja en Inglaterra para Winston Churchill. Cuando estallo la primera guerra mundial en agosto de 1914 la producción de acetona era esencial en el proceso de fabricación de las municiones. Después de la guerra reusó todos los honores que le propuso el gobierno británico, sin embargo, en 1949 Weizmann fue elegido el primer presidente de Israel. En la industria alimentaria también se utiliza microorganismos para la producción de vinagre, bebidas alcohólicas, mantequilla, queso, yogurt y pan, además las bacterias y otros microorganismos pueden producir sustancia que ellos normalmente no sintetizan. A través de esta técnica, llamada ingeniería genética, las bacterias pueden producir importantes sustancias terapéuticas como insulina, hormona de crecimiento humana e interferón. Actualmente sabemos que los microorganismos se encuentran en todas partes; pero antes de la invención del microscopio eran desconocidos para los científicos. Miles de personas morían en las epidemias cuyas causas no se conocían. El deterioro de los alimentos no se podía controlar, muchas familias morían debido a que no existían vacunas o antibióticos para combatir las infecciones. Desarrollo histórico de la microbiología Aunque los microorganismos se originaron hace aproximadamente 4.000 millones de años, pero los primeros microorganismos se observaron hace 300 años, es por ello que la microbiología es relativamente una ciencia joven. Primeras observaciones de los microorganismos (Leeuwenhoek y sus microscopios) La existencia de los microorganismos no se conoció hasta la invención del microscopio. La primera persona en describir los microorganismos en detalle fue el holandés Anton van Leeuwenhoek en 1684, a los cuales denominó animáculos. Leeuwenhoek examinó el agua de lluvia, de mar, de río, saliva y otras materias. Sin embargo, estas observaciones no condujeron a ninguna investigación acerca de las posibles actividades de los microorganismos, ni como agentes de fermentaciones ni de enfermedades infecciosas ya que el desarrollo de la química y de la medicina era demasiado primitivo. Origen de los microorganismos (Teoría de la generación espontánea) Se formaron dos escuelas; Una de ellas admitía la existencia de estas estructuras, pero apoyaban la teoría que provenían de la descomposición de los tejidos de las plantas o animales (por la descomposición y no la causa). Los que apoyaban esta teoría creían que la vida se generaba a partir de materia no viva, proceso que se denominó abiogénesis: Generación Espontánea. Del otro lado estaba la teoría de la biogénesis. Los animáculos se originaban, como ocurre en formas de vida superiores, a partir de animáculos padres. Luego se rechazó la idea de la generación espontánea, pero se llevó más de 100 años resolver dicha controversia. La idea de la generación espontánea se remonta a la cultura griega, los cuales creían que las ranas y gusanos crecían espontáneamente a partir del lodo. Incluso existían recetas: llenando una tinaja con trapos y colocándola en un sitio apartado durante semanas al final crecían ratones a partir de los trapos. En el siglo XVII el italiano Francesco Redi demostró en 1668 que los gusanos encontrados en la carne podrida eran las larvas que provenían de los huevos que previamente habían depositado en la carne las moscas y NO el producto de la generación espontánea. En 1745 John Needham hirvió trozos de carne para destruir los organismos preexistentes y los colocó en un recipiente abierto. Al cabo de un tiempo observó colonias de microorganismos sobre la superficie y concluyó que se generaban espontáneamente a partir de la carne. En 1769, Lazzaro Spallanzani repitió el experimento, pero tapando los recipientes, no apareciendo las colonias, lo que contradecía la teoría de la generación espontánea. Pero Needham argumentó que el aire era esencial para la vida incluida en la generación espontánea de microorganismos. Unos 100 años después, en 1836 Franz Schulze pasó el aire a través de unas soluciones ácidas fuertes hacia el interior de un recipiente con carne hervida. Al año siguiente Theodor Schwann pasó el aire a través de tubos calientes. Los microorganismos no aparecían en ningún caso ya que los microorganismos presentes en el aire habían sido aniquilados. Sin embargo, los que apoyaban la generación espontánea comentaban que el ácido y el calor alteraban el aire de tal manera que impedía la generación espontánea de los microorganismos. Pero, Louis Pasteur fue el que elimino definitivamente la controversia en 1864 al utilizar matraces con un tubo largo y curvado llamados "cuello de cisne". El aire pasaba libremente a través del cuello, pero los microorganismos no aparecían en la solución ya que las partículas de polvo y microorganismos sedimentaban en el recodo del cuello. Pasteur promovió el reconocimiento de la biogénesis y refuto la teoría de la abiogénesis. Posteriormente Pasteur empezó a estudiar el papel de los microorganismos en la producción de vino y como causa de enfermedades. La fermentación como proceso biológico (Pasteur y el vino francés) Sin duda desde la Prehistoria los hombres utilizan con provecho las fermentaciones. El pan fermentado se conoce desde hace varios miles de años. Los jeroglíficos egipcios, así como representaciones gráficas en todo el Próximo Oriente atestiguan que el hombre recurría a la fermentación para fabricar bebidas alcohólicas. Al preparar el pan, vino, cerveza o sake, los egipcios, sumerios y todas las personas hasta mediados del Siglo XIX, empleaban sin saberlo, y de una manera empírica, una familia de agentes biológicos muy originales: las levaduras. Son ellas las que realizan la fermentación alcohólica. El papel de las levaduras como agentes fermentadores no fue reconocido hasta 1856 por Louis Pasteur. Las teorías científicas de esa época reconocían la presencia de levaduras en lafermentación alcohólica, pero estas levaduras eran consideradas como compuestos químicos complejos, sin vida. Esta era la teoría mecanística liderada por los químicos alemanes Justus von Liebig y Wöhler. Pero Louis Pasteur, químico francés, propuso la teoría vitalística y demostró que las células viables de levaduras causan fermentación en condiciones anaeróbicas; durante dicha fermentación el azúcar presente es convertido principalmente en etanol y CO2. Sus ilustraciones claramente muestran auténticas levaduras vínicas y en sus escritos él las diferenciaba claramente de otros componentes. En el verano de 1856 M. Bigo, un fabricante de alcohol en la ciudad de Lille, en el norte de Francia, sufría repetidos fracasos en las fermentaciones de sus productos. En este proceso intervenía la fermentación de la caña de azúcar para producir alcohol etílico, pero una y otra vez el contenido de las tinajas se agriaba y al final en lugar de alcohol, se obtenía una sustancia que despedía un olor parecido a la leche agria. Sucedió que el hijo de M. Bigo estudiaba en la Facultad de Ciencias cuyo decano era Pasteur. M. Bigo, a través de su hijo, preguntó a Pasteur si estaría dispuesto a investigar los fracasos que estaban ocurriendo con sus fermentaciones, a lo que Pasteur accedió iniciando el estudio en los laboratorios de la Facultad. En primer lugar, sometió a análisis químico el contenido estropeado de las tinas llegando a la conclusión de que contenían una considerable cantidad de ácido láctico en lugar de etanol. El siguiente paso fue el examen de los sedimentos de las tinas en las que la fermentación había sido satisfactoria y el de aquellas que habían fallado. La comparación de los dos sedimentos reveló una clara diferencia: en los sedimentos procedentes de las tinas que habían producido alcohol había levaduras; en los procedentes de las tinas productoras de ácido láctico se veían "glóbulos mucho más pequeños que los de la levadura" con lo que ya disponía de pruebas de que los productos de estas dos fermentaciones estaban específicamente asociados con el crecimiento de dos microorganismos morfológicamente distintos. Tomó muestras de los sedimentos de los dos tipos de fermentaciones y los inoculó en tubos que contenían azúcar como fuente de carbono; en el caso de los "glóbulos mucho más pequeños que los de la levadura" pudo reproducir la fermentación láctica y observar los diminutos glóbulos en el sedimento que aparecía en los tubos. La adición del sedimento de las tinas en las que se había producido alcohol, dio una típica fermentación alcohólica apareciendo en el fondo de los tubos glóbulos de levaduras. En 1866, Pasteur publicó la obra titulada "Estudios sobre el vino, sus enfermedades, causas que las provocan. Nuevos procedimientos para la conservación y envejecimiento". Entre las mejoras aconsejadas había un método para aumentar la calidad de la conservación de los vinos consiste en calentarlos a una temperatura de 68° C durante 10 minutos y después enfriarlos rápidamente. Esta técnica es conocida como pasteurización y es ampliamente utilizada en el tratamiento de la leche. Descubrimiento de la función de los microorganismos como causantes de enfermedades (Koch y la bacteria del carbunco) Ya en 1546 Girolamo Fracastoro había sugerido que las enfermedades podían deberse a organismos tan pequeños que no podían verse y que eran transmitidos de una persona a otra. Sin embargo, el descubrimiento de que las bacterias pueden actuar como agentes específicos de las enfermedades infecciosas en los animales fue realizado a través del estudio del carbunco, infección grave de los animales domésticos que es transmisible al hombre. La demostración concluyente de la causa fue proporcionada en 1876 Robert Koch, un médico rural alemán. Koch empezó a estudiar el mundo microbiano después de que su mujer le regalara por su 28 cumpleaños un microscopio. Seis años después (1882) Koch anunció al mundo que había encontrado la bacteria del carbunco (Bacillus anthracis). Posteriormente él y sus colaboradores descubrieron las bacterias que causan la tuberculosis y el cólera. Esta serie de experimentos se ajustaban a los criterios necesarios para poder establecer la relación causal entre un organismo específico y una enfermedad específica. Estos criterios se conocen como los postulados de Koch: 1) El microorganismo debe estar presente en todos los casos de la enfermedad. 2) El microorganismo debe ser aislado del hospedador enfermo y obtenerse en cultivo puro en el laboratorio. 3) La enfermedad específica debe reproducirse cuando un cultivo puro del microorganismo se inocula a un hospedador susceptible sano. 4) El microorganismo debe ser recuperable de nuevo a partir del hospedador inyectado experimentalmente. El descubrimiento posterior de los virus gracias a Dimitri Ivanovski en 1892 (el virus del mosaico del tabaco pasaba los filtros que retenían a las bacterias), agentes que no crecen en medios artificiales en el laboratorio como lo hacen las bacterias, han permitido realizar algunas modificaciones en los postulados de Koch. Este trabajo sobre el carbunco condujo rápidamente a la edad de oro de la bacteriología. En 25 años la mayoría de los agentes bacterianos de las principales enfermedades humanas habían sido descubiertos y descritos. Desarrollo en la prevención de enfermedades (Lister y el fenol; Pasteur y las gallinas; Fleming y el hongo contaminante) Es difícil comprender la magnitud de la miseria y devastación causada por los microorganismos antes de 1950. En Europa, durante el período de 1347-1350 ocurrió una epidemia de peste bubónica, conocida como la "muerte negra" y causada por una bacteria Yersinia pestis. A causa de esta enfermedad en Francia murieron de un tercio a la mitad de la población en Europa murieron 25 millones de personas. Con el conocimiento de que los microorganismos causaban enfermedades, los científicos se dedicaron a investigar la prevención y el tratamiento. Los hospitales adoptaron la antisepsia, la cual previene la diseminación de las enfermedades infecciosas mediante la inhibición o destrucción de los agentes causantes. También se descubrió la inmunización, un proceso que estimula las defensas del cuerpo frente a la infección. Se empezó a aplicar la quimioterapia, tratamiento de las enfermedades con una sustancia química, a medida que los investigadores encontraban medicamentos más efectivos. También influyó la sanidad pública, sobre todo la higiene relacionada con los alimentos y aguas. Antisepsia: Hacia 1860 un cirujano inglés llamado Joseph Lister investigaba la forma de eliminar los microorganismos de las incisiones realizadas en las operaciones quirúrgicas. Por esa época, las muertes por infección después de una operación quirúrgica eran muy frecuentes. El 45% de sus pacientes morían a causa de las infecciones quirúrgicas. Para evitarlo utilizó una solución diluída de fenol para lavar las ropas de los cirujanos y todo el material quirúrgico, así como en spray en el quirófano durante la operación. Estos experimentos fueron el origen de la técnica aséptica. Inmunización: En 1880 Pasteur utilizó las técnicas de Koch para aislar y cultivar la bacteria que causa el cólera en gallinas. Para probar su descubrimiento convocó una demostración pública del experimento que había sido un éxito repetidas veces en el laboratorio. Inyectó un cultivo puro de la bacteria del cólera en gallinas sanas y esperó a que desarrollaran los síntomas y murieran. Pero para su desgracia, las gallinas siguieron vivas. Revisando el experimento fallido descubrió que había utilizado cultivos viejos en lugar de cultivos frescos preparados especialmente para la demostración. Algunas semanas más tarde repitió el experimento usando dosgrupos de gallinas: uno con gallinas inoculadas en el experimento anterior con el cultivo viejo y otro con gallinas nunca inoculadas. Ahora inyectó en ambos grupos cultivos frescos. En este experimento las gallinas del segundo grupo murieron, pero las del primero permanecían vivas. Estos resultados intrigantes pronto encontraron una explicación para Pasteur. Él había descubierto que la bacteria, si se dejaba crecer durante largo tiempo, podía volverse avirulenta, pero estimulaba algo en el hospedador, en este caso las gallinas, que resistían infecciones posteriores haciéndoles inmunes a esa enfermedad. Pasteur aplicó este principio de inmunización en la prevención del carbunco en animales y funcionó. A estos cultivos avirulentos los llamó vacunas (del latín vacca). Usando este término Pasteur reconoció el trabajo de Edward Jenner que en 1798 vacunó con éxito a un niño (James Phipps) de viruela, vacuna que obtuvo de las pústulas de una vaca con viruela. El reconocimiento internacional de Pasteur le supuso un nuevo reto ya que le encargaron que encontrara una vacuna contra la rabia. En aquel momento no se conocía el agente causante de la rabia, pero Pasteur creía que era un microorganismo. Hoy sabemos que es un virus. Finalmente obtuvo una vacuna frente a la rabia que funcionaba en perros, lo cual es diferente a humanos. En Julio de 1885, un niño llamado Joseph Meister fue mordido por un lobo rabioso, la familia del niño persuadió a Pasteur para que utilizara la vacuna en el niño resultando un éxito. Posteriormente esta vacuna salvó a un grupo de campesinos rusos que habían sido mordidos por otro lobo rabioso. Como agradecimiento, el zar de Rusia envió a Pasteur 100.000 francos que utilizó para construir el Instituto Pasteur de París. Quimioterapia: En 1495 ya se utilizaban sales de mercurio para tratar la sífilis, aunque este tratamiento hizo bueno el proberbio: "Es peor el remedio que la enfermedad" ya que determinados tratamientos, como es el caso del mercurio, son tóxicos para las células animales y humanas. Para que un agente quimioterápico sea efectivo en el tratamiento de una enfermedad infecciosa no sólo debe de matar o inhibir al microorganismo causante de la infección, sino que además debe ser relativamente inocuo para las células humanas al exhibir toxicidad selectiva. El primer gran descubrimiento en este sentido fue hecho por Paul Ehrlich a principios del siglo XX. Este médico alemán creía que era posible obtener un compuesto químico que pudiera curar específicamente la sífilis sin dañar al paciente. El conocía que el arsénico inhibía al microorganismo causante de la sífilis Treponema pallidum pero que también era tóxico para las células humanas. Ehrlich trabajó en la idea de que el arsénico podía incorporarse dentro de compuestos orgánicos de tal manera que perdiera su toxicidad para las células humanas manteniendo sus propiedades antimicrobianas. Después de ensayar 605 sustancias con estas características encontró un compuesto, el 606, que cumplía estos requisitos. A esta sustancia la llamó Salvarsan y fue el primer compuesto químico sintetizado en laboratorio que podía curar una enfermedad sin ser tóxico para el paciente. Gracias a este descubrimiento le concedieron el premio Nobel en 1908. Hoy en día ya no se utiliza Salvarsan para tratar la sífilis ya que ha sido reemplazado por un producto mucho más efectivo, el antibiótico Penicilina. En 1935 Gerhard Domagk trabajando en la Bayer realizó un descubrimiento importante. Después de llevar a cabo experimentos con más de 1000 colorantes sintéticos para comprobar si alguno de ellos podía curar las infecciones causadas por estreptococos en ratones sin dañar a los animales, descubrió que un colorante rojo llamado Prontosil era efectivo. Este descubrimiento le valió el premio Nobel en 1939. Curiosamente, este colorante no era capaz de inhibir el crecimiento de las bacterias crecidas en laboratorio; solamente era efectivo cuando las bacterias crecían dentro del cuerpo del animal. Esta aparente contradicción fue resuelta en el mismo año por un químico francés Jacques Tréfouël al observar que el prontosil era transformado en el cuerpo en un compuesto incoloro diferente que sí tenía actividad específica frente a bacterias. Esta nueva sustancia era la sulfonamida. En un corto período de tiempo se determinó su estructura siendo posible sintetizarla en gran escala y desarrollar nuevos compuestos que se denominaron sulfamidas que aún hoy en día se siguen utilizando. El salvarsan y las sulfamidas son ejemplos de agentes quimioterapéuticos sintéticos obtenidos mediante síntesis química en un laboratorio. Sin embargo, existe una segunda categoría: agentes quimioterapéuticos naturales, llamados antibióticos. Un antibiótico es una sustancia producida por un microorganismo que es inhibitoria para otros microorganismos en muy pequeña cantidad. En 1928 el microbiólogo inglés Alexander Fleming observó que en una placa de agar inoculada con Staphylococcus aureus que estaba contaminada con el hongo Penicillium notatum, las colonias de Staphylococcus eran destruidas por alguna actividad de las colonias del hongo. A partir de este hongo realizó la extracción de un compuesto que era el responsable del efecto inhibitorio al que llamó Penicilina. Si bien Fleming reconoció el enorme potencial terapéutico de la penicilina, encontró serios problemas para aislarla y purificarla. El primer ensayo clínico con una preparación cruda de penicilina se llevó a cabo el 12 de febrero de 1941. El paciente era un policía de Oxford que se estaba muriendo por una infección con Staphylococcus (septicemia). Al administrarle penicilina se observó un mejoramiento espectacular, pero 5 días después, cuando se les acabó la penicilina, la infección volvió a emerger y el paciente murió. Este ensayo clínico falló debido a que no se podía obtener una producción a gran escala de penicilina. En este punto (1940- 1941) los británicos estaban inmersos en la II guerra mundial. Los americanos se interesaron por la penicilina y la fundación Rockefeller invitó al inglés Florey para que investigara la producción a gran escala de la penicilina junto con universidades e industrias farmacéuticas americanas. Esta cooperación hizo posible que un año después estuvieran disponibles grandes cantidades de penicilina. Muy pocos descubrimientos científicos han tenido tanto efecto en el campo de la medicina como el descubrimiento de los antibióticos. Microbiología y genética (Neumococos, doble hélice e ingeniería genética) Antes de 1940 el conocimiento del fenómeno genético provenía de las investigaciones sobre plantas y animales, pero no se sabía si estos resultados se podían aplicar a los microorganismos. En 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod y MacLyn McCarty descubrieron el papel del DNA en la genética bacteriana. Encontraron que el material de DNA de un tipo de neumococos puede transferir una característica hereditaria a otro tipo de neumococos. Posteriormente, en 1953 Watson, Crick y Wilkins descubrieron la estructura molecular del DNA. Estos descubrimientos, junto con otros, establecieron que la información genética de todos los organismos está codificada en el DNA. Esto hizo de los microorganismos un modelo muy atractivo para la investigación genética. Actualmente y utilizando la tecnología del DNA recombinante o ingeniería genética se pueden transferir fragmentos de DNA de un organismo a otro. FECHAS Y DESCUBRIMIENTOS: 1914 por Chaim Weizman descubrió el proceso de la producción de acetona y butanol 1684 Anton van Leeuwenhoek fue la primera persona en describir los microorganismos llamándolos animáculos 1668 el italiano Francesco Redi demostró que los gusanos encontrados en la carne podrida eran las larvas que proveníande los huevos que previamente habían depositado en la carne las moscas y no el producto de la generación espontánea. En 1745 John Needham observó colonias de microorganismos sobre la superficie y concluyó que se generaban espontáneamente a partir de la carne. Además, Needham argumentó que el aire era esencial para la vida incluida la generación espontánea de microorganismos y este aire había sido excluido en los experimentos de Spallanzani En 1769, Lazzaro Spallanzani repitió el experimento, pero tapando los recipientes, no apareciendo las colonias, lo que contradecía la teoría de la generación espontánea. 1836 Franz Schulze pasó el aire a través de unas soluciones ácidas fuertes hacia el interior de un recipiente con carne hervida. Al año siguiente Theodor Schwann pasó el aire a través de tubos calientes. Los microorganismos no aparecían en ningún caso ya que los microorganismos presentes en el aire habían sido aniquilados. Técnicas utilizadas para descartar la teoría de generación espontánea. 1864 fue Louis Pasteur el que elimino definitivamente la controversia al utilizar matraces con un tubo largo y curvado llamados "cuello de cisne". Estos experimentos de Pasteur promovieron el reconocimiento de la biogénesis y refuto la teoría de la abiogénesis. 1856 por Louis Pasteur descubrió el papel de las levaduras como agentes fermentadores. Propuso la teoría vitalística y demostró que las células viables de levaduras causan fermentación en condiciones anaeróbicas; durante dicha fermentación el azúcar presente en el mosto es convertido principalmente en etanol y CO2. 1856 M. Bigo, un fabricante de alcohol en la ciudad de Lille, en el norte de Francia, sufría repetidos fracasos en las fermentaciones de sus productos los cuales Pasteur procedió a investigar. En 1866, Pasteur publicó la obra titulada "Estudios sobre el vino, sus enfermedades, causas que las provocan. Nuevos procedimientos para la conservación y envejecimiento" 1546 Girolano Fracastoro había sugerido que las enfermedades podían deberse a organismos tan pequeños que no podían verse y que eran transmitidos de una persona a otra. 1876 Robert Koch, un médico rural alemán empezó a estudiar el mundo microbiano después de que su mujer le regalara por su 28 cumpleaños un microscopio. Seis años después (1882) Koch anunció al mundo que había encontrado la bacteria del carbunco (Bacillus anthracis). Posteriormente él y sus colaboradores descubrieron las bacterias que causan la tuberculosis y el cólera. 1892 Dimitri Ivanovski; el virus del mosaico del tabaco pasaba los filtros que retenían a las bacterias, agentes que no crecen en medios artificiales en el laboratorio como lo hacen las bacterias, han permitido realizar algunas modificaciones en los postulados de Koch. 1860 Joseph Lister implemento la solución diluída de fenol (que ya se sabía que mataba a las bacterias) para lavar las ropas de los cirujanos y todo el marterial quirúrgico, así como en spray en el quirófano durante la operación. Estos experimentos fueron el origen de la técnica aséptica. 1880 Pasteur por medio de las técnicas de Kock aplico el principio de inmunización en la prevención del carbunco en animales por medio término llamado vacuna (del latin vacca) Usando este término Pasteur reconoció el trabajo de Edward Jenner que en 1798 vacunó con éxito a un niño (James Phipps) de viruela, vacuna que obtuvo de las pústulas de una vaca con viruela. 1885 un niño llamado Joseph Meister fué mordido por un lobo rabioso, Pasteur utilizo la vacuna en el niño con rabia (era mortal) que resultó un éxito. 1908 se le concede el premio nobel a Paul Ehrlich por haber descubierto el Salvarsan y fue el primer compuesto químico sintetizado en laboratorio que podía curar una enfermedad sin ser tóxico para el paciente. 1935 Gerhard Domagk trabajando en la Bayer realizó un descubrimiento importante descubrió que un colorante rojo llamado Prontosil era efectivo para curar las infecciones causadas por estreptococos. Descubrimiento que le valió el premio Nobel en 1939. 1935 Jacques Tréfouël un químico francés determino la nueva sustancia llamada nueva sulfonamida. 1928 el microbiólogo inglés Alexander Fleming observó que en una placa de agar la penicilina 12 de Febrero de 1941 se lleva el primer ensayo clínico con una preparación cruda de penicilina 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod y MacLyn McCarty descubrieron el papel del DNA en la genética bacteriana. 1953 Watson, Crick y Wilkins descubrieron la estructura molecular del DNA. TAXONOMIA Y MORFOLOGIA BACTERIANA Se define como taxonomía a la agrupación sistemática de clasificar microorganismos debido a la gran diversidad que existen que existen en la naturaleza 1) Pueden hacerse de forma sistemática de acuerdo con caracteres: Morfológicos De cultivo Composición química Actividad bioquímica Características antigénicas y moleculares 2) La taxonomía se ordena por escalones jerárquicos: Reino Phylum Clase Orden Familia Tribu Genero Especie La nomenclatura es un “Sistema Binomial” 3) Reglas de la escritura o nomenclatura En negrilla En cursiva Subrayado Género: primera letra en mayúscula Especie: todo en minúscula Ejemplo: 4) Corresponde a una palabra latina o griega. Ej: Lactocillus, Micrococcus 5) Otras corresponden al nombre latinizado de una persona. Ej: Neisseria (Albert neisser) 6) Además del nombre científico las bacterias pueden tener un nombre común. Ejp: Gonococo Neisseria gonorhoeae Bacilo de koch Mycobacterium tuberculosis 7) Reinos Plantas: pluricelular eucariota Animales: pluricelular eucariota Fungi - pluricelular eucariota Protoctista - eucariota, unicelular y pluricelular Moneras (bacterias) procariota, unicelular Propiedades Eucariotas Procariotas Grupos filogénicos Bacteria, archaea Algas, hongos, protozoos, plantas animales Estructura y función de núcleos Membrana Celular Ausente Presente Núcleo Ausente Presente ADN Molécula única, generalmente circular y covalentemente cerrada, no acompañada con histonas (otros ADNs en plásmidos) Las bacterias se pueden transmitir partes del ADN mediante los plásmidos Lineal, formando los cromosomas, y frecuentemente se acompleja con histonas. División Fisión binaria Mitosis: aparato mitótico con huso microtubular Reproducción Sexual Proceso fragmentario, unidireccional; no meiosis; por lo general, solo se reordenan partes de la dotación genética Proceso regular; meiosis, reordenamiento de la dotación cromosómica compleja. Membrana citoplasmática Habitualmente carece de esteroles Existe generalmente esteroles (especialmente los hongos) Ribosoma 70S 80S, salvo los ribosomas de las mitocondrias y los cloroplastos que son 70S Orgánulos membranosos Ausente Existen varios Sistema respiratorio Forma parte de la membrana citoplasmática (cumplen esta función); ausencia de mitocondrias En las mitocondrias Paredes celulares Presentes (en la mayoría) compuestas de peptidoglicano principalmente Están presentes en plantas, algas, hongos, no hay peptidoglicano (bacterias), otros oligosacáridos, proteína glicoproteína (archae) generalmente hay polisacarídica; ausentes en animales, la mayoría protozoos. Celulas Eucariotas: MESOSOMA: son invaginaciones de la membrana citoplasmática que forman tabiques y que probablemente están relacionados con la síntesis de la pared celular, en el proceso de división y además son sitios de adhesión del cromosoma bacteriano. PILI: son de naturaleza proteica y están formados por una proteína llamada pilina. FLAGELLUM:orgánelo que le provee a la bacteria motilidad (no todas las bacterias lo poseen y tienen un solo flagelo). Compuesto por una proteína llamada flagelina. MEMBRANA CITOPLASMATICA: interviene en todos los procesos de intercambios de sustancias, debido a que es una membrana selectiva PARED CELULAR: gracias a la clasificación de Hans Christian Gram hoy día se sabe que existen dos tipos de bacterias de acuerdo a su característica que guarda su pared celular (bacterias GRAM –/GRAM+) CAPSULA: no todas las bacterias la poseen, es de naturaleza polisacárida, es decir, es un polisacárido, cumple funciones muy específicas e importantes sobre todo ante la protección de la fagocitosis y sistema inmune, viene siendo un factor de virulencia de gran importancia. “las bacterias que poseen capsula son más virulentas de aquellas que no la poseen” “De lo externo hacia lo interno: capsula (no todas), pared celular y membrana celular” Diferencias de las paredes bacterianas Bacterias GRAM + Bacterias GRAM - Contienen unas gruesas capas de peptidoglicano encima de la membrana plasmática Compuesta por ácido teicoico y ácido lipoteicoico. Estos compuestos ayudan a mantener la estructura celular de las bacterias GRAM + y a darle la propiedad característica. Estos “NO ESTAN PRESENTES EN LA BACTERIAS GRAM-“ Capa externa e interna de membrana celular y en el centro una fina y delgada capa de peptidoglicano. Membrana externa: presencia del lipopolisacarido elemento más importante de las bacterias GRAM debido a que esta se considera que en una endotoxina gracias a su composición muy antigénica. El lipopolisacarido está formado por: Lípido A es una sustancia toxica que le da esa característica de endotoxina. La cual es la responsable de algunas consecuencias muy graves en las infecciones por bacterias GRAM - Polisacárido O: que representa el antígeno más importante de la superficie bacteriana. espacio periplasmico (espacio entre las membranas externas e internas), acá existe una solución de lipoproteína de enlace que fijan la membrana externa al peptidoglicano “el Peptidoglicano es el sitio de ataque y fijación de los antibióticos para diferenciar las células propias y no propias” PILIS o FIMBRIAS Estructuras rígidas ubicadas en la superficie de bacterias Gram negativas y algunas especies Gram positivas, de menor tamaño que los flagelos. Funciones: Adherencia: permite la adherencia a las células del hospedador. Se denominan ADHESINAS. Sexuales: sirven de puente durante la conjugación CAPSULA BACTERIANA Este componente no aparece en todas las células bacterianas (presente en las bacterias más patógenas o virulentas). Está formada por polímeros glucosídicos, es decir, un carbohidrato. Esta capsula retiene agua, actuando como reservorio de agua (protege a la célula de la desecación). Es decir, que las células que tienen capsula pueden vivir más tiempo fuera de un organismo vivo. Sirve además como matriz adherente entre las bacterias, sin llegar a formar una autentica colonia. Impide la acción fagocítica de otras células dificultando el reconocimiento de la bacteria, por lo que también cumplen una función defensiva. FLAGELOS Apéndices filiformes de naturaleza proteica los cuales funcionan como organelas de locomoción. Se disponen en cuatro formas: Monótricos: aquellas que tienen un solo flagelo. Lofótricos: aquellas que tienen un penacho de flagelos en uno solo de sus extremos. Anfítricos: aquellas que tienen en ambos polos bien sea un flagelo o un penacho de flagelos. Perítricos: aquellas que están completamente rodeadas de flagelos. ENDOSPORAS BACTERIANAS o ESPORAS BACTERIANAS Es una estructura bacteriana de alta resistencia de forma oval y pared gruesa que se encuentra solo en algunos tipos de bacterias, solo en el Bacilus (específicamente el anthracis) y el Clostridium. Proveen resistencia en condiciones adversas como desecación, calor y escasez de nutrientes como medida de protección ellas forman esporas y la parte vegetativa desaparece (endosporas=cuando están dentro del bacilo / exosporas=cuando están fuera del bacilo). Cuando la parte vegetativa de la célula se pierde, toda la información queda acumulada dentro de la espora, donde se puede mantener hasta ubicarse en un ambiente óptimo que provea los nutrientes para su reproducción y pueda volver a ser una célula vegetativa. “Representa una forma de perpetuación más no un mecanismo de reproducción” Las esporas pueden modificar o no la forma de la bacteria. MESOSOMA Es una invaginación de la membrana donde se inserta el ADN. Las enzimas asociadas a los procesos de respiración celular se encuentran asociadas al mesosoma. RANGOS DE TAMAÑO QUE PRESENTAN LAS CELULAS PROCARIOTAS EN RELACION A OTROS MICROORGANISMOS Y BIOMOLECULAS CLASIFICACION DE LAS BACTERIAS SEGÚN SU MORFOLOGIA Y AGRUPACIÓN Características: Treponemas Microscopia de fluorescencia AZUL / ROJO = GRAM - MORADO / AZULES SEMI VIOLETAS = GRAM+ Características: Cocos en racimo GRAM + Staphylococcus Coloración 1) Se procede a fijar el frotis para que no se pierda la muestra, lo hacemos al calor con el mechero de bunsen. 2) Es el primer colorante que vamos a colocar, allí lo dejamos 1min, luego de ese minuto lo lavamos y lo colocamos nuevamente para agregarle la siguiente coloración. 3) Agregar el lugol que actúa como mordiente y fijador. “hasta este punto todas las bacterias que estén allí se van a teñir del mismo color, pero solamente las GRAM+ van a fijar ese colorante a su pared”. 4) Se lava la muestra para decolorar 5) Se decolora con alcohol-acetona y lo lavamos rápidamente. El alcohol va a desaparecer el resto de violeta genciana o de cristal violeta que no se fijó. En el caso de las GRAM+ solo se va a eliminar aquello que quedo excedente pero el resto se va a quedar dentro de las bacterias. Pero en el caso de las bacterias GRAM- eliminara por completo la violeta genciana, debido al contacto entre el alcohol y el lípido del lipopolisacarido de la bacteria GRAM- haciendo que se disuelva por completo los cristales violetas de la muestra, quedando de nuevo incoloro (solo en las gram-) 6) Ultimo paso, donde la fucsina o safranina funcionan como un contra colorante, donde se va a encargar de colorear todo aquello que no se coloreo. Por tanto, en las GRAM+ no será absolutamente nada debido a que todo el espacio está ocupado por el violeta degensiana y al momento de lavar no se va a teñir nada de rojo. Pero debido a que en las bacterias Características Bacilos GRAM+ Características: Treponemas Microscopia de fluorescencia Características: Bacteria NO ES UN HONGO Nocardia y antinomias Características: Streptococcus en cadena, Encapsulados con forma de antifaz GRAM+ Características: Diplococos en pareja Encapsulados con forma de antifaz, GRAM+ Streptococcus pneumaniae Características: Diplococos en pareja, Encapsulados, GRAM -, Neisseria Características: Streptobacilos en cadena, GRAM+ Características Bacilos GRAM - GRAM- perdió completamente el colorante violeta (debido a su condición de la membrana plasmática) se colorea entonces de rojo “este orden de coloración no se puede cambiar en nada” FISIOLOGIA, METABOLISMO Y NUTRICION BACTERIANO Metabolismo bacteriano: Es la degradación de los componentes orgánicos e inorgánicos para su utilización y biosíntesis de los componentes estructurales de las células bacterianas. Es decir, las bacterias necesitan tomar del ambiente ciertas sustancias que van a degradar para poder tomar de allí energía y elementos esenciales y producirsus propios elementos estructurales. Durante ese metabolismo se producen sustancias como toxinas, pigmentos u otros que ayudan a la identificación de los microorganismos, es exactamente lo que sucede en las pruebas bioquímicas que montamos en el laboratorio cuando tratamos de hacer una identificación bacteriana a través de pruebas como el Kliger, prueba del MIO, prueba de ZINC, entre otras; nos dan como resultado es la característica bioquímica de ese organismo, si es capaz o no de utilizar ciertas sustancias como la fuente de carbono y dependiendo si es capaz de producir ciertas sustancias que cambien el pH del medio, entonces vamos a saber si fermentan o no, esto nos permite reconocer la capacidad del microorganismo. Para que nosotros podamos sintetizar proteínas, se necesitan aminoácidos que son la base que se necesita para la síntesis de proteínas, los polisacáridos se forman a partir de la unión de monosacáridos. Los microorganismos toman estos elementos de la naturaleza a través de sustancias orgánicas e inorgánicas dependiendo de qué tipo de bacteria al que nos estamos refiriendo, en el caso de los lípidos el bloque fundamental de su formación son los ácidos grasos. Pero entonces fíjense que algunas bacterias pueden a partir de compuestos inorgánicos sencillos elaborar compuestos más complejos mientras que otras hacen lo contrario, necesitan sustancias complejas para formas sustancias más sencillas. Composición química de las bacterias: Agua: 75-85% Sustancias orgánicas: Proteínas: 50-80% (proteínas Simples, nucleoproteínas, lipoproteínas y enzimas) Carbohidratos: complejos de polisacáridos, ligados a lípidos y proteínas Lípidos: presentes en la pared celular, porcentaje variable (40% en algunas especies) se presentan como: 1) Ácidos grasos libres 2) Grasas neutras 3) Ceras 4) Fosfolípidos Ácidos nucleicos: 1) ARN (mensajero y de transferencia) 2) ADN Sustancias inorgánicas: 1) Fosforo 2) Sodio 3) Magnesio 4) Azufre 5) Potasio 6) Calcio 7) Zinc 8) Cloro 9) Hierro 10) Manganeso 11) Cobre Esta información es muy importante para cuando se necesite reproducir o cultivar nuestras bacterias en el laboratorio, al saber cuáles son sus requerimientos nutricionales podemos incluirlas dentro de sus medios de cultivo especiales para cada grupo de bacterias. Nutrición bacteriana Las bacterias requieren: Elementos para la síntesis de compuestos orgánicos (EL CARBONO ES EL ELEMENTO MAS IMPORTANTE) Una fuente de energía para llevar a cabo esta síntesis Las bacterias requieren aporte continuo de energía que es usada en procesos: Biosíntesis (anabolismo) Transporte activo (principalmente en la membrana celular, y si el transporte se da en contra de un gradiente de concentración ese transporte necesita energía) Translocación de proteínas a través de la membrana citoplasmática (dentro de la membrana existe unas apoproteínas sirven para el transporte de algunas sustancias a través de ellas) Movimiento flagelar (en aquellas bacterias motiles) Tipos de bacterias y su fuente de carbono y energía 1) AUTÓTROFAS: requieren solo agua, CO2 y sales inorgánicas (utilizan solo dióxido de carbono como fuente de carbono) debido a esto estas bacterias no necesitan parasitar a otros organismos para poder vivir, fácilmente pueden vivir en la naturaleza donde encontraran estos elementos “ESTAS BACTERIAS NO ATACAN AL CUERPO HUMANO” Autótrofas fotosintéticas: obtienen su energía de la luz Autótrofas quimiosintéticas: obtienen energía de compuestos inorgánicos (H+, sulfuro de hidrogeno, azufre, amoniaco) 2) HETERÓTROFAS: requieren compuestos orgánicos como fuente de carbono, ej.: GLUCOSA. Estas bacterias requieren compuestos más complejos (reacciones de catabolismo) para poder reproducir compuestos más sencillos para su energía. Heterótrofas fotosintéticas: obtienen su energía de la luz (no son hay bacterias patógenas en los humanos) Heterótrofas quimiosintéticas: obtienen su energía de compuestos orgánicos (son las bacterias patógenas). “LAS BACTERIAS PATOGENAS PARA EL HOMBRE PERTENECEN HETEROTROFAS QUIMIOSINTETICAS” Otros compuestos indispensables para las bacterias Nitrógeno: representa entre 12 y 15 % del peso seco y es el constituyente principal de proteínas y ácidos nucleicos Fosforo: es utilizado para la síntesis de ácidos nucleicos y fosfolípidos. La mayoría de las bacterias lo usan en forma inorgánica como PO4= Azufre: es utilizado para la síntesis de aminoácidos azufrados como a cisteína y metionina. Micronutrientes: - Iones inorgánicos requeridos por las bacterias Son esenciales para el crecimiento porque estabilizan los compuestos biológicos como las enzimas, ribosomas y las membranas. Los iones requeridos para el crecimiento bacterianos son aportados en el medio a través de sales que contienen: k+, Mg2+, Mn2+, Ca2+, Na+, PO4-, Fe2+, Fe3+, Cu2+, Co2+ y Zn2+. Factores de crecimiento Son elementos tales como las vitaminas, aminoácidos, purinas y pirimidinas. Existen microorganismos que debido a sus necesidades biológicas son difíciles de cultivar en el laboratorio (neisserias y el haemophilus influenzae), debido a esta condición se dividen en: Si el organismo los necesita tomar del medio y no pueden sintetizarlos hablamos de AUXOTROFOS Si por el contrario pueden sintetizarlos hablamos de PROTOTROFOS. Mecanismos productores de energía Son aquellos mecanismos mediante los cuales se transforma la energía radiante o química en una forma biológicamente útil. Estos son: A) Respiración B) Fermentación C) Fotosíntesis RESPIRACION: Proceso que se realiza en la membrana celular para obtener energía para la síntesis de ATP 1) Aeróbica: proceso de óxido-reducción, donde el aceptor final de electrones es el O2 para formar agua (ciclo de Krebs). 2) Anaeróbica: proceso de óxido-reducción donde el aceptor final de electrones es un compuesto inorgánico (CO2, SO2 y Nitrato) Respiración Aeróbica El oxígeno es el aceptor final de electrones en la cadena respiratoria Formación del ion superóxido O2- (es toxico para humanos y bacterias) Al ser toxico se necesita la enzima superoxidodismutasa para transformarlo en peróxido de hidrogeno y oxigeno que también es toxico y gracias a la enzima peroxidasa o catalasa, se descompone en 2 moléculas de agua y oxigeno La respiración genera ATP de manera eficaz 28 moles de ATP/mol de glucosa en la respiración aerobia Respiración Anaeróbica: No puede crecer en presencia de oxigeno porque necesitan un medio muy reductor (no poseen superoxidodismutasa ni peroxidasa o catalasa). Es por ello que utilizan la fermentación donde los aceptores finales de electrones pueden ser generalmente SO4 (sulfuro), fumarato o CO3 (carbonato). Fermentación: proceso de obtención de energía donde se transforman azucares o proteínas, siendo el aceptor final de electrones un compuesto orgánico intermediario del proceso de fermentación. “El producto final es un alcohol o un ácido” La fermentación es una manera ineficaz para generar ATP y es necesario que se fermenten grandes cantidades de azúcar. “se forman 2 moles de ATP por cada mol de glucosa consumido” Clasificación de las bacterias según su requerimiento de oxigeno Aerobias obligadas o estrictas: el oxígeno es indispensable para ellas por eso se concentran en la punta del tubo de muestra. Anaerobias obligadas o estrictas: no toleran el oxígeno por ende se concentran al final del tubo de muestra. Anaerobias o Aerobias facultativas: son aquellas bacterias que en presencia del oxígeno lo usan, pero no son dependientes de él ya que también pueden vivir sin oxígeno. Pueden sobrevivir de cualquiera de las dos formas. Estánpresentes en todo el tubo de muestra. Anaerobias aerotolerantes: son aquellas bacterias anaeróbicas que toleran muy poco el oxígeno, pero pueden tolerarlo. Microaerofílicas: son baterías que para desarrollarse necesitan condiciones muy especiales para vivir. En el laboratorio se colocan en una campana con una vela para obtener bajo esas condiciones entre un 5% y 10% de CO2 que es lo que estas bacterias necesitan para poder vivir. Clasificación de las bacterias según su temperatura Psicrófilas: -5 a 30 °C optimo: 15°C Mesófilas: 10 a 45 °C optimo: 30°C Termófilas: 25 a 80 °C optimo: 55°C “Las bacterias patógenas son de tipo MESÓFILAS” Clasificación de las bacterias según su PH Acidófilo pH 1-5 Neutrófilo pH 5-9 Alcalófilos pH 9-10 “Nuestras bacterias patógenas son de tipo NEUTROFILAS” Curva de crecimiento bacteriano Fase de latencia: durante esta fase las bacterias no se reproducen, pero metabólicamente se encuentran activas ya que se están preparando para la reproducción o crecimiento “HAY GRAN ACTIVIDAD METABOLICA” Crecimiento exponencial: comienzo de la reproducción celular. Cada célula se reproduce poco a poco Fase estacionaria: la cantidad de microorganismos que se reproducen son iguales a la cantidad de bacterias que mueren, ya que en esta fase la cantidad de nutrientes se está agotando y también se están produciendo un cumulo de sustancias toxicas que se están concentrando en el tubo de muestra, por eso el crecimiento no varía si no que permanece en una constante. Declinación o muerte: acá los nutrientes se acabaron, ya no hay división celular y lo que procede es la muerte de forma progresiva. “En el laboratorio se recomienda trabajar en la fase de crecimiento exponencial o fase estacionaria” Existen diferentes medios de cultivo para sembrar el muestras e identificar el patógeno presente en la muestra. Ej. “CULTIVO URINARIO DE EMERGENCIA, no es correcto identificarlo así” Lo que se puede solicitar es un sedimento urinario y una prueba rápida de GRAM, ya que estas pruebas son rápidas (24-48hrs), en cambio el cultivo necesita tiempo. El antibiograma que es lo más importante que se puede obtener mínimo en 48hrs o 72hrs o más. CONTROL MICRIOBIANO “ESTERILIZACION Y DESINFECCION” (Métodos y procedimientos físicos y químicos) Importancia: Prevenir la transmisión de infecciones Prevenir la proliferación de Microorganismos perjudiciales (en humanos y cultivos de laboratorio) Condiciones que influyen en la acción antimicrobiana: Temperatura: a mayor temperatura mayor acción. Tipo de microorganismo: las células vegetativas en desarrollo son mucho más susceptibles que las esporas. Estado fisiológico de las células: las células jóvenes que están en proceso de replicación son más vulnerables que las viejas. Esterilización Es un proceso a través del que se puede lograr la destrucción total de los microorganismos viables presentes en un determinado material. Si un método puede eliminar solamente las bacterias, pero NO las esporas o virus, estamos hablando de un proceso de desinfección más no de esterilización. Desinfección: Es un proceso que elimina la mayoría o todos los microorganismos sobre los objetos inanimados con la excepción de esporas bacterianas a través de agentes químicos. Asepsia: se aplica a los procedimientos utilizados para prevenir que los microorganismos progresen en un medio determinado (quirófano, laboratorio) Sepsia: Termino contrario (contaminado) Todas estas técnicas aplican para: 1) La esterilización de equipos quirúrgicos y otros materiales de uso médico con el propósito de reducir el riesgo de infecciones en paciente. 2) El acondicionamiento del material (pipetas, tubos, placas de Petri, pinzas, etc.) que van a ser utilizado en laboratorios de microbiología deben estar estériles. 3) La preparación de medios de cultivo que serán empleados con diferentes propósitos (cultivos de microorganismos, control de ambiente, equipos o personal, análisis microbiológico de medicamentos, cosméticos y alimentos) 4) La descontaminación del material utilizado. Control microbiano por agentes físicos (métodos físicos) Calor húmedo (ebullición): es un método de desinfección, debido a que no garantiza que todos los microorganismos presentes sean eliminados por completo, ejemplo el virus de la hepatitis B dura hasta 5hrs y no elimina esporas. Las bacterias patógenas se eliminan por este medio a una temperatura de 60-65°C. Calor seco (vapor a presión o AUTOCLAVE): el calor seco a presión es uno de los más confiables de acuerdo a la situación planteada, y solo puede ser sustituido cuando el material que vamos a esterilizar no deba ser sometido a altas temperaturas, es decir que sea un material termo-sensible que se derrita con el calor o aquellos materiales sensibles a la humedad ya que la humedad va a penetrar en ciertos productos que pueden dañar. La autoclave es una cámara a presión, utiliza el vapor de agua. Cuando el agua es calentada a cierta temperatura en su debido recipiente, va a generar ebullición, pero luego de llegar a 100°C va a aumentar por encima de esta temperatura hasta llegar a 121°C, haciendo que la temperatura del vapor aumente con la presión. Se utiliza una exposición del material por 20 min a 121 °C y a una presión de 15 a 20 libras, así como es importante la concentración del vapor con respecto al aire, esos serían los parámetros para que el sistema de esterilización funciones correctamente . La esterilización por autoclave Es el método de esterilización por excelencia Por su capacidad de penetración Fiabilidad Facilidad de monitorización Seguridad (ausencia de residuos tóxicos) Es el más económico de los sistemas tradicionales dentro de la esterilización hospitalaria. Se utiliza para: materiales metálicos (instrumental de cirugía, contenedores), material textil (gasas, vendas, ropa), materiales de vidrio (jeringas y pipetas), materiales plásticos, gomas termo resistentes (caucho, silicona). Métodos para evaluar la esterilización del autoclave: Temperatura y presión para el autoclave Temperatura al vapor Lb/pulg2 Tem C° 0 100,0 5 109,0 10 115,0 15 121,5 Tipos de Calor húmedo 1) Vapor a presión: se hace por medio del autoclave y su efecto produce coagulación de proteínas de los microorganismos destruyendo todo. Como ventajas podemos señalar que es de calentamiento rápido, de alta penetración y la humedad es la que permite que este pueda penetrar en todo el material que se desea esterilizar 2) Tindalización (esterilización fraccionada) 3) Agua hirviendo (método de desinfección) 4) Pasteurización Pasteurización Es un método físico que utiliza calor húmedo y consiste en calentar el material y colocarlo rápidamente a enfriar. Tipo: LTH (Low Tempeture Holding): 62,8°C/30min HTST (Higth Tempeture Short-Time): 71,0°C/15s UHT (Ultra Higth Tempeture): 141,0°C/2s Mientras más grande sea el choque de temperatura más efectivo es el proceso, sin embargo, la pasteurización no es un método de esterilización si no un método de desinfección (de leche). La pasteurización se usa para prevenir las infecciones de origen lácteo y para retrasar la descomposición de la leche. Las bacterias de la leche no forman esporas (bacilo tuberculoso, salmonella, estreptococo y brucella) Tindalización (esterilización fraccionada): consiste en un calentamiento en tres periodos consecutivos a 100°C y enfriamiento rápidamente, produciendo choques de temperatura continuos. NO ES UN PROCESO DE ESTERILIZACION. CALOR SECO 1) Esterilización con aire caliente 2) Efecto: oxidación de proteínas 3) Uso: 160-180°C/2hrs 4) Equipo: horno Pasteur 5) Materiales: instrumentalquirúrgico de metal, vidrio, polvo de talco y vitaminas (que no les afecte) Ventajas Desventajas 1) No es corrosivo para metales e instrumentos 2) Permite la esterilización de sustancias en polvo y no acuosas, y de sustancias viscosas y no volátiles. 3) Requieren mayor tiempo de esterilización, respecto al calor húmedo, debido a la baja penetración al calor. Incineración o carbonización (M. de ESTERILIZACION) Flameado: consiste en la exposición directa del instrumento a una flama por poco tiempo con el mechero de bunsen Incineración: consiste en someter el material contaminado a altas temperaturas en hornos especiales para reducirlo a cenizas. Su fin es evitar el vertido del material de alto riesgo a la basura. (ej. La cremación de muertos) Radiaciones ionizantes (rayos gamma, rayos X) (M. de Ester.) Mecanismo de acción: penetran la célula y producen radiaciones libres del tipo: H+, OH+, H2O2, que inducen daño celular principalmente en su ADN Son aquellas radiaciones con energía suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus estados ligados al átomo. Las radiaciones tienen gran penetrabilidad y se les utiliza para esterilizar materiales termolábiles como jeringas descartables o sondas. Luz ultravioleta Son radiaciones NO IONIZANTES. Forma parte de un mecanismo de desinfección, debido al hecho que estos rayos son filtrados por la atmosfera disminuyendo su acción. Solo las lámparas que fueron creadas para emitir una gran concentración de luz ultravioleta son GERMICIDAS y se usan para reducir la población microbiana de muchos sitios de interés. Mecanismos de acción: inducen la formación de dímeros de timina lo que conduce a errores en la duplicación del ADN. Se aplica mediante las lámparas de mercurio Actúan a nivel del material genético, sobre unidades de timina juntas, lo que impide la duplicación del ADN. Su acción es SUPERFICIAL y MICROBIOSTÁTICA (puede eliminar la reproducción de ciertos microorganismos, pero no por completo) no actúa como MICROBICIDA Se utiliza en la reducción del nivel de Microorganismos en zonas estériles. Para saber si nuestro ambiente se encuentra estéril se colocan lámparas de luz ultravioleta en los quirófanos cuando no estén en uso; en el caso de los laboratorios se colocan las campanas de flujo laminar. Desventaja: tienen muy poca penetración por ende solo funciona en superficies, ejemplo: puede actuar sobre el polvo de una mesa, pero por debajo de este no. Procedimientos físicos Filtración: permite la remoción de todos los microorganismos presentes en un líquido o un gas reteniéndolos sobre la superficie de un material. NO DESTRUYEN LAS FORMAS VITALES, SI NO QUE LAS SEPARA DEL MATERIAL INFECTADO. La filtración puede ser de tipo: 1) Filtración de líquidos 2) Filtración de aire Se utiliza: para emulsiones oleosas, soluciones termolábiles, soluciones oftálmicas, soluciones intravenosas, drogas diagnósticas, medios para cultivos celulares, soluciones de antibióticos y vitaminas Pueden emplearse tamaños de poro de 0.45 micras, que retienen la mayor parte de las bacterias y hongos De 0.22 micras que eliminan hasta las bacterias más pequeñas, pero no los virus. Es un proceso de desinfección. Filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air): está compuesto por pliegues de acetato de celulosa que retienen las partículas (incluidos los microorganismos del aire). Estos se colocan en los aires acondicionados de los quirófanos o laboratorio de biología molecular, tienen un 99.97% de efectividad. Bajas temperaturas 1) El metabolismo de las bacterias esta inhibido a temperaturas por debajo de 0°C 2) Estas temperaturas no matan a los microorganismos si no que pueden consérvalos durante largos periodos de tiempo. Inhibe su proceso de proliferación sobre todo las Mesófilas. 3) Es aprovechado para conservar los microorganismos para estudiarlos. 4) Los cultivos de microorganismos se conservan congelados a -70°C o incluso en tanques de nitrógeno líquido a -196°C 5) NO ES UN METODO DE ESTERILIZACION. En el caso de estudiar biológicamente un microorganismo, no se recomienda congelar y descongelar numerosas veces ya que estos choques de temperatura pueden producir su muerte Agentes químicos Algunas sustancias químicas pueden ser usadas como agentes esterilizantes porque pueden promover reacciones químicas capaces de dañar los componentes celulares de los microorganismos (proteínas, membranas). Factores que influyen en la muerte microbiana: Concentración o intensidad del agente químico. Número de individuos de la población de la sustancia o material contaminado. Tiempo de exposición del agente químico sobre ese material contaminado. Métodos gaseosos Óxido de etileno: es un gas que actúa en frio (32-57°C) o materiales que no puedan ser esterilizados con calor, en el interior de las cámaras. Se utiliza para la esterilización de materiales termo-sensibles como los plásticos. 1) El óxido de etileno es bactericida, esporicida. 2) Con gran poder de penetración, efectivo a bajas temperaturas y penetra sustancias porosas. 3) Para evitar su poder explosivo y su alto potencial inflamable se mezcla con CO2. 4) Existen dos tipos: Óxido de etileno puro, se utiliza en máquinas con presión negativa y va contenido en cartuchos Óxido de etileno en mezcla, se utiliza en una mezcla con gases inertes y se utilizan en máquinas de mayor rendimiento. 5) La eficacia del esterilizante depende de la concentración del gas, la temperatura, humedad y el gas. 6) Para controlar la eficacia de los ciclos se hacen registros gráficos de tiempo, presión, temperatura, indicadores químicos, controles biológicos como el “Bacillus subtilis” que son sometidos a su exposición para ver si estas crecen o no. 7) Tiene toxicidad aguda y crónica, principalmente quienes trabajan de forma directa, ya que el personal debe evitar inhalar este material al airearlo ya que induce neo formaciones, cancer. Desventajas: Necesita ciclos largos y posterior aireación: en total 16hrs Es toxico por inhalación, irritante para la piel y mucosas y potencialmente cancerígeno. Elevado costo económico. Extremar precauciones en el secado, ejemplo: aireación forzada para que estos gases sean eliminados de manera más rápida. Métodos no gaseosos Aldehídos, son agentes alquilantes que actúan sobre las proteínas y modifican irreversible las enzimas e inhiben la actividad enzimática. ESTOS COMPUESTOS DESTRUYEN LAS ESPORAS. Glutaraldehído: 1) Consiste en preparar una solución alcalina al 2% y sumergir el material a esterilizar de 20 a 30min, y luego un enjuague de 10min. 2) Este método tiene la ventaja de ser rápido y ser el único esterilizante efectivo frio. 3) Puede esterilizar plástico, goma, vidrio y metal. Plasma gas: proceso de esterilización a baja temperatura que consiste en la difusión de peróxido de hidrogeno en fase plasma (entre líquido y gas). El vapor del peróxido de hidrogeno en forma de gas y por medio de electro-rayo- frecuencia, produce plasma el cual es un interfaz entre líquido y gas. De este modo en temperatura inferior a 50°C y al vacío se consigue que el material sea esterilizado en un ciclo de 75min aprox. Otros equipos pueden utilizar el gas plasma de hidrogeno que es una modificación del peróxido de hidrogeno y otros equipos utilizan gas del ácido peracético y plasma derivado de un segundo componente integrado por armo hidrogeno y oxígeno, generado por reacciones electromagnéticas. Su uso: 1. Utilizado para materiales termosensibles como el plástico. 2. Menor espectro de biosida que el óxido de etileno. 3. No traspasa envolturas de celulosa, lo que limita su capacidad de penetración. 4. Eliminala humedad al máximo 5. Es un sistema muy caro, reservado a uso industrial y centrales de esterilización grandes. Antiséptico: Sustancia aplicada en la piel u otro tejido que previene o detiene el crecimiento o la acción de microorganismo por la inhibición de su actividad o su destrucción. Ej.: alcohol o solución yodada como Betadine. Desinfectante: Sustancia que destruye los gérmenes o microorganismo presentes, a excepción de las esporas bacterianas. Se utiliza este término en sustancias aplicadas sobre objetos inanimados. Antisépticos 1) Alcoholes: - Actúan desnaturalizando las proteínas, disolviendo las capas lipídicas y como agentes deshidratantes. - El etanol al 96% se usa como antiséptico de la piel y como desinfectante en los termómetros clínicos orales y algunos instrumentos quirúrgicos. 2) Halógenos: Cloro: - En presencia del agua desprende oxigeno naciente (o) que oxida la materia orgánica. - El gas cloro licuificado se utiliza en la desinfección del agua de bebidas y piscinas. - El hipoclorito sódico (lejía) al 1% se puede utilizar como desinfectante doméstico. Iodo: - Acción oxidante. - El iodo se combina con el aminoácido tirosina, inactivando enzimas y otras proteínas. - El iodo se puede utilizar como antiséptico bajo dos formas: a) Tintura de iodo, es una solución alcohólica más ioduro potásico (KI) o sódico (NaI). b) Iodóforos, actúan como agentes transportadores y solubilizadores del iodo, ejp: betadine. Detergentes catiónicos: - Los jabones reducen la tensión superficial, el agua jabonosa tiene la propiedad de emulsionar y dispensar aceites y polvos, los microorganismos son atrapados por el jabón y arrastrados por el agua para la desinfección de manos. - El cloruro de benzalconio: antisepsia de la piel. - Su uso más corriente en para la limpieza y desinfección de paredes, suelos, ropa y objetos en general. Metales pesados: - Actúan desnaturalizando componentes esenciales al unirse a los grupos sulfhidrilos. - Los más efectivos son el mercurio (mercuriocromo y mertiolate), plata (nitrato de plata, sulfadiazina de plata) y cobre (sales). Colorantes: - Hay dos clases de compuestos colorantes que tienen especial interés como agentes antimicrobianos y son colorantes del trifenilmetano (violeta degenciana o cristal violeta) y algunos derivados de la acridina. - Están casi en desuso. - Tienen efectos bactericida Fenol y sus derivados: - Fenol: Es toxico para los tejidos, es corrosivo y de olor desagradable. Mecanismo de acción: daño a la membrana celular y desnaturalización de proteínas - El cresol: (metilfenol) ingrediente activo del lysol. Es desinfectante de uso continuo. - El hexaclorofeno: se mezcla con jabones no es irritable para la piel y deja una película protectora en la piel después de su aplicación. Se emplea ampliamente en hospitales y clínicas. Por los posibles daños al cerebro (neurotóxico) su uso se ha restringido un poco. Ácidos y álcalis - Actúan alterando la permeabilidad y coagulación de las proteínas. - Dentro de estos compuestos se encuentran el Ac. Sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3), hidróxido sódico (NaOH) e Hidróxido potásico (KOH). Estos dos últimos son álcalis. - Tienen aplicación limitada debido a su naturaleza cáustica y corrosiva. Ácidos de uso en medicina: el ácido acético medicinal y el ácido bórico. Son elementos desinfectantes. Conservación del material estéril Una vez que hemos obtenido ya nuestro material estéril por cualquiera de los métodos mencionados, se debe hacer lo siguiente: - Se coloca el lote y la fecha de caducidad. - Conservar la esterilidad hasta que el material vaya a ser utilizado. Uso de embalajes apropiados, que no se deterioren con el procedimiento de esterilización, es decir, que sean impermeables al paso de microorganismos. Evitar maltratos físicos o químicos de la envoltura, bien sea golpes o romper el material. Guardar en un lugar limpio y seco. Evitar cambios bruscos de temperatura. Manipular el material asépticamente. Técnicas asépticas: mantienen el cuidado del material esterilizado, cuidando que no se contamine durante su manipulación, se debe controlar que su ambiente este lo más posible estéril, eje: se utiliza la filtración.
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