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ENA LUZ TORRES ARROYO LISY GRACIA HERRERA EDUARDO THORRENS ROMERO ROSSANA VILLEGAS GRACIA MANUAL DE INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA Primera edición ENA LUZ TORRES ARROYO LISY GRACIA HERRERA EDUARDO THORRENS ROMERO ROSSANA VILLEGAS GRACIA Fondo Editorial de la Universidad de Córdoba Montería, Colombia. 2021 Ena Luz Torres Arroyo. M.Sc Lisy Gracia Herrera. M.Sc Eduardo Thorrens Romero. M.Sc Rossana Villegas Gracia. M. Sc Universidad de Córdoba Carrera 6 No. 77- 305 Montería. Córdoba 2021 Fondo Editorial Universidad de Córdoba Manual de Introducción a la Microbiología Autores: Ena Luz Torres Arroyo. M.Sc Lisy Gracia Herrera. M.Sc Eduardo Thorrens Romero. M.Sc Rossana Villegas Gracia. M. Sc ISBN 978-958-5104-41-9 Primera edición 2021 137 p. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorización escrita de los autores. Impreso en Colombia 1 1. Índice Capítulo 1. Microscopía ...................................................................................................... 7 Tipos de microscopio ..................................................................................................... 12 Pasos para la observación de muestras en el microscopio compuesto ......................... 17 Cuidados del microscopio .............................................................................................. 18 Capítulo 2. Técnicas para la observación microscópica de microorganismos .................... 22 Preparaciones en fresco o no coloreadas ...................................................................... 22 Tinciones o coloraciones ............................................................................................... 25 Capítulo 3. Técnicas básicas para el aislamiento de microorganismos ............................. 40 Procedimientos básicos en el laboratorio de microbiología ........................................... 40 Técnicas de siembra ...................................................................................................... 44 Capítulo 4. Metabolismo bacteriano. .................................................................................. 54 Transporte transmembranal........................................................................................... 56 Mecanismos de obtención de energía ........................................................................... 56 Viabilidad y pureza de cepas de referencia ................................................................... 58 Fundamentación de las pruebas bioquímicas para determinación de características metabólicas de las bacterias. ......................................................................................... 59 Capítulo 5. Generalidades de bacterias. ............................................................................ 66 Comparación de las características de las bacterias grampositivas y gramnegativas. 69 Tamaño de las bacterias ................................................................................................ 70 Formas de las bacterias ................................................................................................ 70 Forma de las colonias bacterianas ................................................................................ 74 Caracterización del crecimiento en medios líquidos como caldo nutritivo ...................... 76 Capítulo 6. Morfología de los hongos. ............................................................................... 78 Características de la célula micótica .............................................................................. 78 Morfología de los hongos .............................................................................................. 78 Características del cultivo de hongos. ........................................................................... 80 Enfermedades micóticas ............................................................................................... 82 Capítulo 7. Generalidades de parásitos. ............................................................................ 86 Generalidades de los protozoos. ................................................................................... 86 Generalidades sobre helmintos ..................................................................................... 90 Diagnóstico de parásitos ...............................................................................................93 Capítulo 8. Medios de cultivo. ............................................................................................ 97 Generalidades de medios de cultivo .............................................................................. 97 Control de calidad en los medios de cultivo ................................................................. 100 Control de calidad de la esterilización mediante indicadores físicos, mecánicos, químicos o biológicos .................................................................................................. 102 2 Procedimientos para preparación de medios de cultivo, control de calidad de esterilización y valoración de la calidad de los mismos .................................................... 103 Capítulo 9. Control de microorganismos .................................................................................. 107 Pruebas de sensibilidad a los antimicrobianos ................................................................... 108 Prueba de sensibilidad por difusión en agar con discos (método Kirby Bauer) ............. 110 Limpieza y desinfección .......................................................................................................... 111 Métodos de esterilización ........................................................................................................ 112 Valoración de desinfectantes .................................................................................................. 113 Capítulo 10. Bioseguridad en el laboratorio de microbiología ................................................ 116 Principios de la bioseguridad .................................................................................................. 117 Clasificación de los microorganismos por grupos de riesgo .............................................. 117 Niveles de contención .............................................................................................................. 118 Categorización de los laboratorios según el nivel de bioseguridad .................................. 119 La bioseguridad como ejercicio práctico .............................................................................. 120 Uso de elementos de protección personal .......................................................................... 120 Cabinas de seguridad biológica CSB ................................................................................... 121 Prácticas generales de seguridad en el laboratorio ........................................................... 123 Prevención y control ................................................................................................................ 125 Control del riesgo biológico .................................................................................................... 126 Procedimientos de desinfección en el laboratorio de microbiología ............................... 128 Medidas en caso de emergencia .......................................................................................... 130 Otros aspectos de la bioseguridad en el laboratorio .......................................................... 131 Simbología utilizada de acuerdo con los procedimientos de seguridad y bioseguridad establecidos..............................................................................................................................131 3 Autores Ena Luz Torres Arroyo. Bacterióloga y Laboratorista Clínico. Especialista en Microbiología Médica. Magister en Biotecnología. Docente de planta Programa de Bacteriología, Universidad de Córdoba Eduardo Enrique Thorrens Romero. Bacteriólogo. Magister en Salud Pública. Docente del programa de Bacteriologia, Universidad de Córdoba. Rossana Villegas Gracia. Bacterióloga. Magister en Microbiología y bioanálisis énfasis hematología, Universidad de Antioquia. Docente de planta Universidad de Córdoba. Lisy Gracia Herrera, Bacterióloga. Especialista en Microbiología médica. Magister en ciencias ambientales. Docente de planta de Universidad de Córdoba. 4 Prefacio El laboratorio de microbiología es el lugar en el cual se manejan y estudian los microorganismos, con la finalidad de establecer el diagnóstico de las enfermedades infecciosas. Este texto busca hacer de una manera didáctica una revisión precisa y actualizada de los procedimientos básicos empleados para la manipulación y el procesamiento de muestras clínicas, dirigidos al diagnóstico, seguimiento y tratamiento de las enfermedades de etiología microbiana. El objetivo principal de este manual es servir de guía para los estudiantes de pregrado que se forman en programas de bacteriología, microbiología y afines, quienes en su futuro ejercicio profesional se desempeñarán en el laboratorio de microbiología en el campo asistencial clínico humano o veterinario, de investigación o de docencia. Considerando que estos estudiantes inician su experiencia en el manejo de los microorganismos, estimamos de gran importancia incluir una serie de recomendaciones relacionadas con las reglas generales del laboratorio y los principales procedimientos que el estudiante deberá aprender, para manipular en forma adecuada los microorganismos, garantizando tanto su seguridad como la de sus compañeros, o sea la bioseguridad aplicada al laboratorio. Además, comprende temas fundamentales como los procedimientos para el aislamiento de microorganismos en medios de cultivo, microscopía; preparaciones y coloraciones para la observación microscópica de microorganismos; morfología macro y microscópica de bacterias, hongos y parásitos; generalidades y control de calidad de medios de cultivo; metabolismo bacteriano y viabilidad y pureza de cepas de referencia; y control de microorganismos: pruebas de sensibilidad a los antimicrobianos, limpieza y desinfección y métodos de esterilización. En este contenido se enfatizan aspectos prácticos indispensables en el procesamiento bioseguro de muestras clínicas, para la realización del estudio microbiológico que incluye exámenes directos, cultivo y antibiogramas para el diagnóstico de enfermedades causadas por bacterias, hongos y parásitos. La inclusión de imágenes en 3D y la Realidad Virtual tiene la capacidad de potencializar el proceso de pedagógico al brindar una nueva perspectiva del contenido al mostrarse desde un escenario inmersivo en donde el estudiante activa la construcción del aprendizaje en base a la experiencia en primera persona. 5 Instrucciones para Reproducir la realidad virtual Instrucciones para reproducir la Realidad Virtual, Videos e Interactividad Intalar desde O A) Leer el Código QR presente en las diferentes secciones Las siguientes Apps: del Manual B) Abrir el link escaneado mediante estas Apps según lo solicite el teléfono, es opcional utilizar una CardBoard Escáner de QR Chrome Youtube 6 Capítulo 1. Microscopía El microscopio es un instrumento que permite observar estructuras con tamaño inferior a 250 µm, correspondiente al nivel de resolución del ojo humano. El primer microscopio fue construido a finales del siglo XVI por dos holandeses fabricantes de anteojos, Hans Janssen y su hijo Zacharias; fue el también holandés Anton van Leeuwenhoek, quien vio y describió por primera vez las bacterias y levaduras presentes en una gota de agua. El primer microscopio electrónico, fue construido en el año 1931 por Max Knoll y Ernst Ruska en Berlin, Alemania. La microscopía se define como el uso de un microscopio para ampliar el tamaño de objetos tan pequeños que no pueden ser visualizados a simple vista. Este método es el más comúnmente usado para la identificación de microorganismos en muestras clínicas y para la caracterización de microorganismos aislados en cultivos. En muchas ocasiones, la combinación de coloraciones específicas con la microscopía permite identificar agentes etiológicos de enfermedades infecciosas de forma rápida, barata y efectiva. La microscopía se fundamenta en dos principios: poder de resolución y el aumento o magnificación. La resolución del microscopio es la capacidad para distinguir dos objetos muy cercanos el uno al otro y el aumento es la capacidad que posee un microscopio de amplificar una imagen en varias veces su tamaño original; esta propiedad está ligada con el poder de aumento de los lentes objetivos y oculares. Para optimizar la visualización, además de la magnificación, es esencial la resolución, la cual permite mantener el detalle del objeto ampliado. En la mayoría de los microscopios de luz, el lente del objetivo cercano a la muestra magnifica el objeto 100 veces 100X, y el lente ocular cercano a los ojos magnifica 10 veces 10X. Usando estos dos lentes, el tamaño real de los organismos en las muestras son magnificados 1000X; este aumento permite observar hongos, la mayoría de las bacterias y parásitos, pero no es suficiente para observar los virus, los cuales requieren magnificación de 100.000 o más. Para lograr un óptimo nivel de resolución con aumento 1000X, se adiciona aceite de inmersión, que tiene las propiedades ópticas y características de viscosidad específicas para la observación microscópica; el tener igual índice de refracción que el vidrio, hace que el aceite de inmersión reduzca la dispersión de la luz entre el objetivo de 100X y la lámina portaobjetos. Los bajos aumentos de 100X y 400X son útiles para observar microorganismos como hongos y parásitos, mientras que el aumento de 1000X con aceite de inmersión se usa para la observación de bacterias. 7 El microscopio compuesto está constituido por tres sistemas articulados para garantizar un óptimo funcionamiento: Sistema mecánico, que sirve de soporte al sistema óptico, iluminación y elementos como el pie o base, columna, mecanismo de enfoque, platina, revolver, tubo; Sistema óptico, constituido por los objetivos y ocular, que son los lentes para el aumento y resolución; Sistema de iluminación, conformado por los elementos como lámpara o fuente de iluminación, espejo, condensador y diafragma, que producen las radiaciones y transmiten, reflejan y regulan la intensidad y la cantidad de rayos que van a incidir sobre el espécimen. Adicionalmente, el microscopio puede estar dotado de accesorios como cámaras fotográficas, de video, computadoras, accesorios para dibujar, entre otros; que permiten potenciar las capacidades del instrumento (figura 1.1). SISTEMA MECÁNICO Componente Características y Funciones Base o pie Parte inferior en la cual se apoya el microscopio, soporta el brazo o columna sobre el cual reposa el resto del aparato y contiene la fuente de iluminación. Brazo o columna Junto con la base constituyen el soporte del instrumento. Sitio por donde se debe tomar el microscopio. Tiene en su parte más inferior el condensador y en la parte superior posee una cremallera que permite desplazar en sentido vertical el condensador, la platina o el revólver y el tubo. Revolver Constituido por una semiesfera que posee una serie de anillos en los cuales van atornillados los objetivos. Permite el intercambio rápido de objetivos mediante un movimiento de rotación. La platina Placa cuadrada, soportehorizontal donde se colocan las preparaciones a observar. Presenta en el centro un orificio circular por donde pasa el rayo de luz producido por la fuente luminosa y proveniente del condensador. Posee un sistema de fijación e inmovilización de la lámina porta- objeto. Tiene un desplazamiento hacia adelante o hacia atrás y de derecha a izquierda y viceversa que permite el examen completo de la preparación. Carro mecánico Sistema de dos pinzas ubicado encima de la platina, que sirve para desplazar la muestra izquierda-derecha y 8 adelante-atrás, mediante perillas ubicadas en el costado de la platina. Tubo o cabezal Cilindro que soporta los oculares en la parte superior y el revólver en la parte inferior. Puede ser monocular o binocular. En estos últimos, tiene una escala de ajuste interpupilar que permite mover los oculares hacia los lados y hacia el centro, con el fin de ajustar a la distancia de los ojos de quien usa el microscopio. Tornillo macrométrico Localiza la imagen y permite hacer un enfoque grueso, son dos tornillos de cremallera ubicados en ambos lados del microscopio. Tornillo micrométrico Su precisión le permite hacer el enfoque adecuado o enfoque fino de la imagen obtenida con el tornillo macrométrico, proporcionándole la nitidez necesaria. SISTEMA ÓPTICO Componente Características y Funciones Oculares Aumentan la imagen real proyectada por el objetivo, 10, 40 o 100 veces según el número inscrito en ellos. Posee dos lentes, una superior llamada ocular que queda cerca del ojo y es la que produce el aumento de la imagen real del objetivo; y una lente inferior denominada colectora encargada de aplanar y aclarar el campo. Generalmente en el ocular izquierdo, se ubica un anillo de dioptrías para ajustar la visión binocular. Objetivos Constituyen un sistema óptico formado por una o varias lentes que producen imágenes de las muestras aumentadas 4,10,40 o 100 veces según el número grabado en ellos y con base en el cual se nombran. Su función es colectar la luz proveniente del espécimen y proyectar una imagen nítida, real, invertida y aumentada hacia el cuerpo del microscopio. Constan de dos lentes, la lente frontal que queda cerca de la preparación y la lente posterior ubicada en la parte superior. Hay dos clases de objetivos, los secos, correspondientes a los marcados como 5x, 10x y 40x y los de inmersión u objetivo de 100x, con el mayor aumento y 9 poder de resolución. SISTEMA DE ILUMINACIÓN Componente Características y Funciones Condensador Sistema de lentes convergentes ubicados debajo de la platina entre la fuente de luz y el espécimen. El microscopio tiene dos condensadores, el de abertura que concentra los rayos luminosos sobre la preparación mientras que el condensador de campo ubicado en la base del microscopio concentra la luz de la fuente hacia el condensador de abertura. Fuente de luz Proporciona la luz necesaria para la observación de la muestra. Además de la luz solar utilizada en microscopios con espejo, se dispone de fuentes de iluminación artificial como las bombillas de tungsteno y halógenas y lámparas de arco eléctrico utilizadas en el microscopio de fluorescencia. Diafragma Dispositivo colocado inmediatamente debajo de la platina, con diseño que permite cambios en la apertura en relación con el tipo de objetivo que se esté utilizando y con diámetros variables para ofrecer conos luminosos cada vez más estrechos y eliminar los rayos de luz sobrantes. Filtro Disco de vidrio mate o de algún color ubicado sobre un anillo transportable en la parte inferior del diafragma, que permite seleccionar la longitud de onda de luz a emplear. En ocasiones se coloca en el diafragma del ocular una estructura filamentosa denominada señalador, usada para indicar de manera específica alguna estructura en particular en el campo de observación. El señalador se aprecia como una línea oscura que parte del borde del campo hacia el centro de este. 10 Figura 1.1 Partes del microscopio Componente Función Oculares de medición Permiten cuantificar longitudes, células y ángulos. En la actualidad hay disponibles instrumentos para morfometría con tecnología digital que permite transmitir los datos obtenidos a un computador, adicionando el manejo automatizado, almacenamiento de datos y obtención de variables estadísticas a partir de ellos. Cámaras y dispositivos para dibujar Utilizadas para obtener una representación exacta del espécimen en estudio mediante el dibujo de las preparaciones microscópicas. Cámaras digitales de alta resolución La microfotografía permite preservar lo observado al microscopio mediante el archivo de las imágenes obtenidas que pueden ser empleadas en publicaciones científicas, docencia y banco de datos. Cámaras de video Con la videomicroscopía se capturan imágenes en movimiento de la actividad de muestras vivas como células en cultivo, para la demostración y análisis de procesos fisiológicos. Filtros y Transforman el microscopio de campo claro en un Ocular Tubo de observación Cuerpo del microscopio Tubo de lentes Objetivo Apertura de diafragma Condensador Diafragma de campo 11 condensadores especiales instrumento con microscopia de campo oscuro, contraste de fases o polarización, que facilita la observación de especímenes con una estructura particular y células vivas. Tipos de microscopio Existen varias clases de microscopios, según la conformación, la naturaleza de los sistemas de luz y otros elementos utilizados para obtener las imágenes. Microscopio vertical. Es el microscopio convencional y de uso más común, que posee la fuente de luz ubicada en la base, por debajo de la platina. Microscopio invertido. Su estructura es inversa a la del microscopio convencional, aunque el principio de funcionamiento y formación de la imagen es el mismo que el del microscopio tradicional; la fuente de luz está ubicada por encima de la platina, facilitando la observación de células vivas en cultivos celulares y el monitoreo de crecimiento y comportamiento. Microscopio estereoscópico. Este microscopio proporciona una imagen estereoscópica, en tres dimensiones del espécimen que por lo general son de gran tamaño, sin corte o preparación previa. Es ideal para realizar microdisección. Microscopio quirúrgico. Es un microscopio empleado en microcirugía porque proporciona un campo muy bien iluminado y un aumento de las estructuras anatómicas, facilitando mayor visibilidad de los tejidos sanos y patológicos que serán manipulados más cuidadosamente y con menores posibilidades de lesión. Hay modelos muy sofisticados que tienen piezas automatizadas robóticas. Microscopios fotónicos especiales. Permiten la observación de células vivas o muestras no coloreadas, con un incremento muy satisfactorio del contraste, en comparación con el obtenido con el microscopio común de campo claro. Los microscopios de campo oscuro, microscopio de luz ultravioleta microscopio de fluorescencia, microscopio de polarización, microscopio de contraste de fases y microscopios interferenciales están incluidos en este tipo de microscopios. Microscopio de contraste de fases. El microscopio de contraste de fases utiliza un haz de luz que pasa a través de la muestra que se desvía parcialmente por las diferentes densidades o espesores de las células microbianas o las estructuras celulares de la muestra; traduce las diferencias en las fases dentro de la muestra en diferencias en las intensidades de luz que resultan en contraste entre los objetos dentro de la muestra observada. Este método tiene la ventaja de permitir observar microorganismos vivos. Se 12 usa para identificar hongos de importancia medica aislados en medios de cultivo (Figura 1.2). Los rayos de luzque salen del ocular viajan hacia el ojo Ocular Placa anular de fase en el objetivo Objetivo Luz retardada Muestra Condensador Diafragma anular Rayos de luz Figura 1.2 Microscopio de contraste de fases Microscopio de fluorescencia. La fluorescencia es un fenómeno físico por el cual ciertas moléculas conocidas como fluorocromos emiten luminiscencia tras ser excitadas previamente por un haz de luz de una determinada longitud de onda. La microscopía de fluorescencia utiliza la fluorescencia para la visualización y el estudio de la localización celular de estructuras biológicas que han sido previamente marcadas con fluorocromos (Figura 1.3). 13 Luz fluorescente Luz Exitada Filtro Exitado Espejo divisor de onda de luz Muestra (Contiene microorganismos coloreados con fluorocromo) Figura 1.3 Principio del microscopio de florescencia Microscopio de campo oscuro. El microscopio de campo oscuro se fundamenta en el efecto de Tyndall, que permite observar partículas casi invisibles bajo una iluminación normal que, al ser iluminadas oblicuamente en un ambiente oscuro, reflejan la luz y se muestran como objetos o puntos luminosos. En este microscopio el condensador no permite que la luz pase directamente a través de la muestra, sino que dirige la luz para que golpee la muestra en un ángulo oblicuo. Solo la luz que golpea objetos, como los microorganismos, se desviará hacia arriba en la lente del Fuente de luz 14 objetivo para su visualización. El resto de la luz que atraviesa la muestra perderá el objetivo, haciendo que el fondo sea un campo oscuro (figura 1.4). Objetivo Muestra Condensador Platina Filtro opaco Filtro de luz de día Fuente de luz Figura 1.4 Microscopio de campo oscuro Microscopio electrónico. El micoscopio electrónico usa electrones en lugar de luz para visualizar objetos pequeños y, en vez de lentes, los electrones son enfocados por campos electroagnéticos y forman una imagen en una pantalla fluorescente como una pantalla de televisión. Con este microscopio se logra magnificación por encima de 100,000,000X, permitiendo observar objetos con tamaño de 0,001µm que no se pueden observar con el microscopio óptico, como son los virus o estructuras bacterianas. Existen dos tipos de microscopio electrónico, el microscopio electrónico de transmisión (TEM), por su siglas en inglés y el microscopio electrónico de barrido (SEM, por su siglas en inglés). El primero pasa el haz de electrones a través de los objetos y permite la visualización de estructuras internas; la imagen se forma sobre una pantalla fluorescente (figura 1.5). El SEM usa los haces de electrones para escanear la superficie de objetos y proporciona vistas tridimensionales de estructuras superficiales; no tiene la resolución que se alcanza con el TEM pero tiene la ventaja de su excelente impresión tridimensional (figura 1.6). Con el uso del microscopio electrónico, se han descubierto muchas nuevas características morfológicas de las bacterias y se han descubierto parásitos, hongos y virus. 15 Fuente de electrones Haz de electrones Lente condensador Muestra Lente objetivo Lente proyectora Imagen sobre una pantalla fluorescente Figura 1.5 Microscopio electrónico de transmisión Fuente de electrones Haz de Lente condensador electrones Deflector de electrones Lente de proyección Detector Muestra Figura 1.6 Microscopio electrónico de Barrido Imagen En TV 16 Microscopía digital automatizada. La automatización en microscopía digital utilizando software sofisticado y tecnología única permite adquirir imágenes digitales microscópicas de las coloraciones de Gram utilizando una interfaz basada en la web. Esta interfaz permite que las imágenes que utilizan un microscopio totalmente automatizado se vean en una sola pantalla. Microscopios fotónicos especiales: Permiten la observación de células vivas o muestras no coloreadas, con un incremento muy satisfactorio del contraste, en comparación con el obtenido con el microscopio común de campo claro. Los microscopios de campo oscuro, microscopio de luz ultravioleta y el microscopio de fluorescencia, están incluidos en este tipo de microscopios. Pasos para la observación de muestras en el microscopio compuesto Empleo del objetivo de 10x y 40x • Colocar el objetivo de menor aumento(4x) en posición de uso y bajar la platina • Colocar la preparación sobre la platina sujetándola con las pinzas metálicas. • Comenzar la observación con el objetivo de 4x (ya en posición) o colocar el de 10x. • Para realizar el enfoque, acercar al máximo la lente del objetivo 10x a la preparación, empleando el tornillo macrométrico, bajar el condensador y cerrar el diafragma. • Mirar a través de los oculares, separar lentamente el objetivo de la preparación con el tornillo macrométrico hasta observar algo nítida la imagen, girar el micrométrico para obtener un enfoque fino. • Si es necesario, mejore la iluminación de la preparación girando la perilla reguladora de intensidad de la luz. • Mover los oculares lateralmente, para ajustar la visión a su distancia interpupilar. • Ajustar la visión binocular con el tornillo de dioptrías así: Mirar con el ojo derecho por el ocular respectivo, cubrir el ocular izquierdo y enfocar con el tornillo micrométrico hasta lograr una imagen nítida. Luego mirar con el ojo izquierdo por el ocular izquierdo, cubrir el ocular derecho y enfocar con el anillo de dioptrías hasta lograr una imagen nítida. 17 • Colocar el objetivo de 10x en posición de enfoque girando suavemente el revolver, evitar girar por el objetivo para evitar su desajuste, luego aclarar la imagen haciendo uso solo del tornillo micrométrico. • Pasar al objetivo 40x, subir hasta la mitad el condensador y abrir hasta la mitad el diafragma, la imagen debe estar casi enfocada y suele ser suficiente con girar un poco el tornillo micrométrico para lograr el enfoque fino. Si al cambiar el objetivo se pierde por completo la imagen, es preferible volver a enfocar con el objetivo anterior (10x) y repetir la operación. Empleo del objetivo de inmersión 100x • Después de haber realizado el enfoque inicial con el objetivo de 10x para escoger el mejor campo de lectura, girar el revolver dejándolo entre este y el de 100x. • Abrir completamente el diafragma para ver claramente el circulo de luz que indica la zona que se va a visualizar y donde debe echar el aceite de inmersión. • Colocar una gota mínima de aceite de inmersión sobre el circulo de luz. • Terminar de girar suavemente el revolver por el lado del objetivo de 4x hasta la posición del objetivo de inmersión 100x. • Subir el condensador. • Enfocar cuidadosamente con el tornillo micrométrico, la distancia de trabajo entre el objetivo de inmersión y la preparación es mínima por lo que el riesgo de daño de la preparación es muy grande. • Una vez se haya puesto aceite de inmersión sobre la preparación, ya no se puede volver a usar el objetivo de 40x sobre esta zona pues se mancharía de aceite. • Una vez finalizada la observación de la preparación se baja la platina y se coloca el objetivo de menor aumento girando el revólver. En este momento se puede retirar la preparación de la platina; nunca se debe retirar con el objetivo de inmersión en posición de observación. Cuidados del microscopio • Al finalizar el trabajo, dejar el objetivo de 4x en posición de observación, asegurarse de que la parte mecánica de la platina no sobresale del borde de esta y cubrir con su funda. 18 • Evitar tocar las lentes con las manos; si se requiere limpiarlos utilizarsolo el papel y la solución destinada para tal fin. • Evitar dejar láminas porta objetos sobre la platina en posición de observación. • Después de utilizar el objetivo de inmersión, limpiar el aceite con papel de arroz o paño de óptica con movimiento circular por la lente de adentro hacia afuera y con suavidad. Cuando el aceite se ha pegado al objetivo, limpiar con una mezcla de alcohol acetona o xilol. La aplicación en exceso de estos disolventes puede dañar las lentes. • No forzar nunca los tornillos giratorios de microscopio (macrométrico, micrométrico, platina, revolver y condensador). • El cambio de objetivo se hace girando el revólver y dirigiendo siempre la mirada a la preparación para prevenir el roce de la lente con la muestra. No cambiar nunca de objetivo agarrándolo por el tubo de este ni hacerlo mientras se está observando a través del ocular. • Nunca retire la preparación con el objetivo de inmersión en posición de enfoque. • Encienda la bombilla únicamente en el momento de hacer las observaciones. • Mantener limpia y seca la platina del microscopio, en caso de derrame algún líquido, secar con un paño humedecido con xilol. • Para transportar el microscopio debe sujetarse siempre con las dos manos por la base y la columna o brazo. Nunca tener objetos adicionales en las manos. • Colocar el microscopio sobre la mesa, situado a 10 o 15 cm del borde. • Hacer mantenimiento correctivo y preventivo Al momento de apagar definitivamente el microscopio: colocar el objetivo de menor aumento en posición de enfoque, retirar la muestra, limpiar el objetivo de inmersión con papel especial o paño óptico sin frotar el lente, bajar completamente la platina, ubique en “cero” la perilla de intensidad de luz, apagar el interruptor de la fuente y desconectar del tomacorriente. Dejar enfriar el bombillo. Nunca enrolle el cable sobre el microscopio. 19 Referencias Tille P. Diagnostic Microbiology. 13a ed. Brookings: Elsevier Health Sciences; 2013 Rodríguez-Cavallini E, Gamboa-Coronado M, Hernández-Chavarría F, García-Hidalgo JD. Bacteriología General: Principios y Prácticas de Laboratorio. Costa Rica: Editorial Universidad de Costa Rica; 2012. Ruiz-Ruiz E, Porres-Osante, N. Microbiología clínica. 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Fundamentos Técnicos de la Microscopía Óptica. Disponible en: https://www.um.es/innova/OCW/Microscop%C3%ADa-aplicada-a-las-ciencias-forenses/ microscopia/material_clase/Sesion_Teorico-02.pdf https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/10421/3/T1421.pdf https://www.um.es/innova/OCW/Microscop%C3%ADa-aplicada-a-las-ciencias-forenses/microscopia/material_clase/Sesion_Teorico-02.pdf https://www.um.es/innova/OCW/Microscop%C3%ADa-aplicada-a-las-ciencias-forenses/microscopia/material_clase/Sesion_Teorico-02.pdf 21 Capítulo 2. Técnicas para la observación microscópica de microorganismos La observación microscópica de los microorganismos proporciona información importante para su identificación precoz y definitiva; se hace por medio de métodos como las preparaciones en fresco o no coloreadas que permite observarlos vivos, o por medio de tinciones biológicas positivas o negativas, que mejoran la imagen a observar. En la tinción positiva, un colorante se une a ciertas estructuras bacterianas y en la negativa se utilizan compuestos que no penetran en la célula, sino que impregnan el medio circundante y los microorganismos aparecen refringentes en un medio negro. Las coloraciones más utilizadas en microbiología son las coloraciones o tinciones diferenciales, en las que se usa más de un colorante. Preparaciones en fresco o no coloreadas El término en fresco hace referencia a preparaciones o suspensiones de una muestra en agua u otro líquido que se colocan entre porta y cubreobjeto. Este procedimiento es la forma más simple para observar microorganismos vivos mediante un examen microscópico en el que se evidencia su morfología, tamaño, color y movilidad. Existen dos técnicas para su realización, la técnica en fresco simple entre porta y cubreobjetos y la técnica en gota pendiente entre cubreobjetos y portaobjetos invertido. Las muestras que generalmente se observan en fresco son: sedimento urinario, secreción vaginal, exudado uretral, esperma, heces, esputo, exudados de lesiones, líquido de aspiraciones, entre otros. Técnica en fresco Simple Procedimiento • Colocar una gota de líquido o muestra sobre un portaobjetos. • Cubrir con un cubreobjetos. Evitar la formación de burbujas (figura 2.2). • Observar al microscopio primero con objetivo de 10X y luego con objetivo de 40X (figura 2.3). 22 Figura 2.1 Frotis de la mucosa bucal Figura 2.2 Inmersión del hisopo en Solución Salina Figura 2.3 Colocación de la muestra y cobertura con cubreobjetos para observación al microscopio Técnica en gota pendiente. • Colocar una gota del material en un cubreobjetos (figura 2.4). • Cubrir con un portaobjetos invertido y con una excavación central (figura 2.5). • Sellar la preparación con vaselina alrededor de la excavación (figura 2.6). • Observar al microscopio primero con objetivo de 10X y luego con objetivo de 40X (figura 2.6). Por el sellado, esta técnica tiene la ventaja de poder ser observada durante un tiempo más prolongado. 23 Figura 2.4 Depósito de muestra en cubreobjeto Porta Objeto Figura 2.5 Posicionamiento de portaobjeto sobre el cubreobjeto Figura 2.6 Posicionamiento de porta objeto en la platina del microscopio para visualización Examen en fresco para el diagnóstico de parasitosis intestinales. Este examen es el más sencillo para la búsqueda y observación de características morfológicas de trofozoitos o quistes de protozoos, ooquistes de coccidios intestinales y huevos o larvas de helmintos; permite además evidenciar el movimiento de las estructuras quelo presentan. Procedimiento: • Colocar una gota de solución NaCl al 0.85%, en el centro de la mitad derecha de un portaobjetos y una gota de lugol en el centro de la mitad izquierda (figura 2.7). • Con un aplicador obtener aproximadamente 2 mg de la materia fecal y mezclarla primero en la gota de solución salina y luego en la gota de lugol (figura 2.8). • Hacer una suspensión uniforme y retirar los detritos macroscópicos si los hay. Vaselina Muestra Cubre objetos 24 • Colocar un cubreobjetos en ambos montajes y hacer la observación microscópica inmediatamente con los objetivos 10X y 40X (figura 2.9). Figura 2.7 Gotas de solución salina (S.S) y lugol sobre el portaobjetos Figura 2.8 Emulsión de la muestra con solución salina y lugol Figura 2.9 Cubrimiento de montajes con cubreobjetos para observación al microscopio Tinciones o coloraciones Los microorganismos poseen un protoplasma con índice de refracción cercano al del agua, lo que hace difícil el contraste con el entorno y por consiguiente la visualización detallada de sus características morfológicas, haciéndose necesario aplicar tinciones o coloraciones para facilitar su identificación. Existe una gran variedad de tinciones, desarrolladas para la detección de bacterias, hongos y parásitos. Los colorantes utilizados en las tinciones son sales compuestas por un ión positivo y un ión negativo, uno de los cuales está coloreado y se conoce como cromóforo. El color de los colorantes básicos está en el ión positivo y en los ácidos está en el ión negativo. Bajo 25 condiciones de crecimiento la mayoría de las bacterias tienen un pH interno de 7 y una superficie celular cargada negativamente, por lo que atrae el ión positivo coloreado del colorante básico. Los colorantes más utilizados son los básicos, entre los que se encuentran la violeta de genciana, safranina, verde de malaquita, azul de metileno. Son ejemplo de colorantes ácidos la eosina, la fuchina ácida y el rojo Congo, entre otros; se utilizan para teñir componentes como las proteínas. Todas las tinciones se realizan a partir de extensiones o frotis de microorganismos sobre un portaobjetos, secadas al aire y posteriormente fijadas; la fijación más utilizada es por calor y consiste en pasar el portaobjetos, con la extensión bacteriana seca, a través de la llama de un mechero; este método preserva la morfología externa de los microorganismos, pero no las estructuras internas. Además, se puede hacer fijación química con agentes como etanol, folmaldehido y ácido acético, utilizada cuando se requiere preservar las estructuras celulares. Si no se realiza la fijación, los microorganismos en el portaobjetos pueden ser arrastrados por el colorante. A continuación, se describe el fundamento y procedimiento de las coloraciones más utilizadas en el laboratorio de microbiología para la observación de muestras con microscopía óptica y microscopía de fluorescencia. Tinción negativa Este método es ideal para observar cápsulas de bacterias u hongos Cryptococcus spp. En esta coloración no se presenta reacción entre el colorante y las estructuras celulares, por lo general se utiliza tinta china o nigrosina, ambos insolubles, los cuales forman una película opaca. Procedimiento. • Agregar una gota de nigrosina o de tinta china sobre un portaobjetos (figura 2.10). • Tomar una porción de la colonia a estudiar y hacer un frotis. Si el montaje es a partir de una muestra líquida como líquido cefalorraquídeo, adicionar una gota (figura 2.11). • Dejar secar la preparación si es in frotis. Para el montaje a partir de muestra líquida colocar un cubreobjetos encima del montaje, evitando la formación de burbujas (figura 2.12). • Observar al microscopio los microorganismos brillantes sobre un fondo oscuro con objetivo de 100x. El montaje líquido se debe observar con objetivo de 10x y 40x, con el condensador bajo (figura 2.12). 26 Figura 2.10 Gota de tinta china sobre el portaobjetos Figura 2.11 Mezcla con la muestra Tinción simple Figura 2.12 Mezcla con cubreobjeto dispuesto sobre la platina del microscopio Es un método muy sencillo y rápido en el cual toda la muestra se tiñe del mismo color porque se utiliza un solo colorante; brinda información acerca del tamaño, la forma y el tipo de agrupación de los microorganismos. Procedimiento. • Colocar con el asa de siembra estéril sobre un portaobjetos, una gota de agua destilada y una pequeña porción de un cultivo bacteriano. Hacer el frotis, formando una película homogénea sobre el portaobjetos con el asa de siembra (figura 2.13). Dejar secar. • Fijar con calor pasando el portaobjetos a través de la llama del mechero (figura 2.14). 27 • Cubrir la preparación durante 1 minuto con una película de cualquier colorante básico (figura 2.15). • Lavar el exceso de colorante con agua (figura 2.16). • Dejar secar al aire. • Agregar una gota de aceite de inmersión. Enfocar con objetivo de 10X y luego observar con 100X (figura 2.17). Figura 2.13 Frotis de muestra sobre agua destilada Figura 2.15 vertimiento del colorante Figura 2.14 Fijación de la muestra al calor del mechero Figura 2.16 Lavado con agua destilada Figura 2.17 Montaje de la placa coloreada para observación al microscopio Tinciones Diferenciales La forma más común de utilizar los colorantes en microbiología es en coloraciones o tinciones diferenciales, en las que se visualiza más de un color porque usa más de un tipo 28 de colorante de diferente color y para el caso de las bacterias, permiten distinguir entre varios tipos de células bacterianas, que por sus características estructurales, tienen comportamientos diferentes a los colorantes. Una tinción diferencial típicamente consiste de tres pasos principales: primero un colorante primario, el cual se utiliza para teñir a todas las células en la tinción; enseguida un paso de decoloración, el cual remueve el colorante solo de ciertos tipos de células y finalmente un colorante de contraste, el cual tiñe las células recién decoloradas pero no tiene efecto sobre las células que aún retienen el colorante primario. Las dos tinciones diferenciales más empleadas en microbiología son la tinción de Gram y la tinción de Ziehl-Neelsen. Coloración de Gram. Esta tinción fue desarrollada por el médico danés Christian Gram en 1884, la cual es una de las tinciones diferenciales más utilizadas en bacteriología, que clasifica los cultivos bacterianos en menos de 24 horas en Gram positivos y Gram negativos. La tinción de Gram se fundamenta en una reacción basada en la cantidad de peptidoglucano presente en las paredes celulares de estas bacterias. Las bacterias Gram positivas tienen muchas capas de peptidoglucano, las cuales, a su vez, sostienen moléculas de ácido teicoico. El ácido teicoico reacciona con el cristal violeta y el yodo utilizado en este proceso de tinción. Un complejo de las moléculas cristal violeta-yodo-ácido teicoico es muy difícil de remover. Como la pared celular de las células Gram positivas retiene estos compuestos, es más difícil decolorar una célula Gram positiva que una Gram negativa. Una mezcla de alcohol remueve el cristal violeta de la célula Gram negativa, pero no de la Gram positiva. Esta mezcla de alcohol también disuelve mucho la capa exterior de lipopolisacáridos de la pared celular de la pared Gram negativa, lo cual acelera la remoción del colorante primario cristal violeta de estas células. Cuando otro colorante, usualmente safranina, se añade, las células Gram positivas siguen de color azul-violeta mientras que las Gram negativas absorben el color rojizo de la safranina. Al final del procedimiento de tinción, las células Gram positivas serán del color del cristal violeta, o colorante primario, y lascélulas Gram negativas serán del color de la safranina que es el colorante de contraste (figura 2.18). 29 Gram Positiva Gram Negativa Figura 2.18 Cambios en la tinción de la pared celular de las bacterias gramnegativas y grampositivas según los pasos de la tinción de Gram La coloración de Gram es la técnica más empleada en los protocolos rutinarios de identificación bacteriana. A excepción de clamidias, micoplasmas, ureaplasmas y espiroquetas, todas las bacterias pueden observarse con esta coloración. Procedimiento • Poner sobre un portaobjetos una gota de agua destilada y una pequeña porción del cultivo bacteriano con el asa de siembra estéril. Preparar un extendido fino del material en estudio y dejarlo secar al aire (figura 2.19). • Fijar el material al portaobjeto de modo que no sea arrastrado durante el proceso de tinción, pasando el porta objeto 3 o 4 veces por la llama de un mechero de Bunsen (figura 2.20). • Colocar el preparado sobre un soporte de tinción y cubrir la superficie con solución de cristal violeta por un (1) minuto (figura 2.21). Fijación Cristal Violeta Lugol Alcohol Acetona Safranina 30 • Pasado el minuto, lavar el exceso de colorante con agua destilada. Eliminar el exceso de agua (figura 2.22). • Añadir el mordiente lugol, dejar 1 minuto (figura 2.23). • Lavar el exceso de mordiente con agua (figura 2.24). • Lavar la preparación con alcohol acetona formando un ángulo con la preparación, hasta decolorarla, durante aproximadamente 20 segundos (figura 2.25). • Lavar con agua destilada y colocar nuevamente el portaobjeto sobre el soporte (figura 2.24). • Cubrir la superficie con Safranina, durante 1 minuto (figura 2.26). Lavar con agua. • Colocar el preparado en un soporte de tinción en posición vertical, dejando escurrir el exceso de agua hasta el secado completo del extendido. • Examinar la preparación al microscopio con objetivo de inmersión (100X) (figura 2.27). Figura 2.19 Frotis de muestra sobre agua destilada Figura 2.20 Fijación del material con el mechero Figura 2.21 Vertimiento de cristal violeta Figura 2.22 Lavado con agua destilada 31 Figura 2.23 Vertimiento de lugol Figura 2.24 Lavado con agua destilada Figura 2.25 Vertimiento de alcohol cetona Figura 2.26 Vertimiento de safranina Figura 2.27 Montaje de la placa coloreada en el microscopio Control de calidad de la coloración de Gram El objetivo principal del control de calidad de la coloración de Gram es evaluar en primer lugar la realización adecuada del proceso de coloración, teniendo en cuenta el protocolo, los tiempos de tinción, la calidad y el estado de los colorantes y la organización al momento de realizar el procedimiento. Se utilizan dos microorganismos cuyas características tintoriales han sido previamente establecidas, con el fin de que el resultado de la coloración concuerde con dichas características. 32 Procedimiento. • Agregar una gota de solución salina estéril en un portaobjeto limpio, con un asa previamente esterilizada tomar una porción de cultivo de S. aureus (coco Gram positivo) para depositarla sobre la gota de solución salina. Esterilizar el asa y tomar una porción de cultivo de E. coli o Salmonella spp. (bacilos Gram negativos) para depositarla sobre la gota de solución salina donde se colocó la anterior bacteria. • Mezclar suavemente los dos microorganismos, sin tocar los bordes de la placa. Dejar secar el frotis a temperatura ambiente. Una vez seco fijar el frotis pasando 3 a 4 veces sobre la llama del mechero. • Realizar la coloración de Gram. Dejar secar la placa y observar al microscopio con objetivo de 100x. Debe observarse claramente los cocos Gram positivos de color violeta y los bacilos Gram negativos de color rosado – fucsia. Coloración de Ziehl Neelsen. Las micobacterias están cubiertas por ácido micólico, un material grueso, ceroso, que resiste la tinción; no obstante una vez se tiñen las paredes celulares bacterianas resisten a la decoloración por solventes orgánicos fuertes, como el alcohol ácido. Consecuentemente dichas bacterias son conocidas como ácido alcohol resistentes, un fenómeno descubierto en 1881 por Ziehl Neelsen. Se requiere un tratamiento especial para que el colorante primario, la carbolfuscina, penetre en el material ceroso de los bacilos resistentes al ácido. En esta técnica se utiliza calor. Una vez que la carbolfuscina se deposita en la superficie del extendido, se pasa por debajo del porta objeto, hacia atrás y hacia delante de la llama de un mechero. También se puede utilizar un componente que permite la penetración de la tinción en la cápsula llamado Tergicol. Las bacterias resistentes al ácido, resisten a la decoloración con alcohol ácido y las no resistentes se colorean con colorantes de contraste como el azul de metileno o verde de malaquita. Las bacterias que retienen el colorante carbolfuscina luego de decolorarse con alcohol ácido son denominadas Ácido Alcohol Resistentes y se observan al microscopio de color rojo o rosado. Habitualmente se utiliza esta coloración para la observación de bacterias como Mycobacterium spp, Nocardia spp., Streptomices spp. La técnica de Ziehl Neelsen modificada es útil para el estudio de parásitos como Cryptosporidium, Isospora y Cyclospora. Procedimiento 33 • Hacer un extendido en una lámina porta objetos y dejar secar a temperatura ambiente (figura 2.28). • Cubrir el extendido con papel filtro y agregue carbolfuscina, calentar la lámina pasando la llama de un mechero por debajo hasta el desprendimiento de vapores. Si el colorante se empieza a secar, agregar más colorante. Este procedimiento se hace por 5 minutos (figura 2.29). • Descartar el papel con una pinza y lavar la lámina con agua (figura 2.30), cubrir el extendido con azul de metileno o verde de malaquita por 1 minuto (figura 2.31). • Lavar con agua y dejar secar a temperatura ambiente (figura 2.30). • Observar al microscopio con objetivo de inmersión. Las bacterias ácido alcohol resistentes se ven rojas o rosadas y las otras de color azul o verde dependiendo del colorante de contraste (figura 2.32). Figura 2.28 Extendido de muestra Figura 2.29 Vertimiento de carbolfuscina mientras la muestra es calentada Figura 2.30 Lavado de la Muestra con agua destilada Figura 2.31 Vertimiento de azul de metileno o verde malaquita Figura 2.32 Montaje de la placa coloreada en el microscopio 34 Coloración de Giemsa Es útil para la coloración de hemoparásitos como Trypanosoma cruzi, Plasmodium spp. y microfilarias, diagnóstico de micosis como histoplasmosis, neumocistosis, adiaspiromicosis y foliculitis por Malassezia spp. Procedimiento. • Fijar el extendido con metanol por 3 - 5 minutos (figura 2.33). • Cubrir la preparación con la solución de trabajo por 15 minutos (figura 2.34). • Retirar el colorante y lavar con agua (figura 2.35). • Secar la lámina y observar al microscopio con objetivo de inmersión (figura 2.36). Figura 2.33 Fijado de la muestra con metanol Figura 2.34 Vertimiento de giemsa Figura 2.35 Lavado de la muestra con agua destilada Figura 2.36 Montaje de la placa coloreada en el microscopio 35 Coloración con azul de lactofenol Esta tinción a pesar de no ser considerada una tinción diferencial, posee características tintoriales que permiten observar claramente las estructuras de los hongos para hacer una adecuada identificación de las diferentes especies de hongos de interés clínico a partir de los cultivos. Procedimiento • Colocar una gota de azul de lactofenol sobre un porta objetos. • Tomar con un asa o estilete una pequeña porción de la colonia o del crecimiento del hongo y depositarla sobre el colorante, enseguida disgregarla cuidadosamente con la ayuda del estilete(figura 2.37). • Cubrir la preparación con un cubre objetos y observar al microscopio con objetivos de 10X y 40X, el aspecto morfológico de las estructuras fúngicas (figura 2.38). Figura 2.37 Disgregación de la muestra en una gota de azul de lactofenol Figura 2.38 Montaje de la placa con cubreobjeto en el microscopio Técnicas de tinción para microscopía de fluorescencia La microscopía de fluorescencia supera a la microscopía óptica al aumentar el contraste, permitiendo visualizar muestras con concentraciones de microorganismos diez veces menores a las requeridas en la microscopía óptica. Hay dos tipos de técnicas de tinción por fluorescencia, tinciones directas con fluorocromos y tinciones indirectas con inmunofluorescencia. Tinciones Directas. En las tinciones directas existe una unión directa entre el fluorocromo y un componente de la célula microbiana. Las más utilizadas son la tinción de 36 naranja de acridina, la tinción de auramina-rodamina y Calcoflúor blanco con azul de Evans. El calcoflúor blanco con azul de Evans es un método muy sensible para identificar las estructuras micóticas en muestras clínicas, aunque su uso es limitado porque requiere de un microscopio de fluorescencia. El calcoflúor es un fluorocromo que se une a polisacáridos con enlaces beta 1-3 y beta 1-4, presentes en la pared celular de los hongos. Tinciones Indirectas. En las tinciones indirectas los colorantes fluorescentes se unen con anticuerpos específicos formando conjugados colorante-anticuerpo. Dichos conjugados se unirán a antígenos microbianos específicos permitiendo su detección mediante el microscopio de fluorescencia. Esta técnica combina el alto contraste de la fluorescencia con la alta especificidad de las uniones antígeno- anticuerpo. El fluorocromo más utilizado en los laboratorios de Microbiología es isotiocianato de fluoresceína por su estabilidad en soluciones acuosas, intensidad y ausencia de interferencia con la reacción inmunológica (figura 2.39). Figura 2.39 Principios de la técnica con fluorocromos y de la inmunofluorescencia. La técnica con fluorocromos (A) incluye la tinción de cualquier célula bacteriana con un colorante fluorescente. La inmunofluorescencia (B) utiliza aticuerpos marcados con un colorante fluorescente (es decir, un conjugado) para teñir de manera específica una especie bacteriana particular. 37 Referencias González de Buitrago JM. Técnicas y Métodos de Laboratorio Clínico. 3 a ed. Barcelona: Masson; 2010 Rodríguez-Cavallini E, Gamboa-Coronado M, Hernández-Chavarría F, García-Hidalgo JD. Bacteriología General: Principios Y Prácticas de Laboratorio. Costa Rica: Editorial Universidad de Costa Rica;2012. Luna-Fontalvo J. Manual de prácticas de laboratorio de Microbiología. Santa marta: Editorial de la Universidad del Magdalena; 2012 Ruiz-Ruiz E, Porres-Osante, N. Microbiología clínica. Madrid: Ediciones Paraninfo SA; 2018 Serrano-Berríos C, Gutiérrez-Ilabaca R. Manual de microbiología. 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El estudio de los microorganismos requiere de la aplicación adecuada de las técnicas establecidas para el aislamiento en el cultivo y observación de características microscópicas y macroscópicas que permiten la identificación y conocimiento de propiedades, cualidades y rasgos distintivos. Para obtener cultivos puros se hace la siembra o proceso en el que se colocan los microrganismos en un medio de cultivo, empleando métodos asépticos, que exigen el mantenimiento de un ambiente estéril con el uso del mechero de Bunsen y las cabinas de siembra, la esterilización del material de trabajo como asas de siembra, frascos, tubos, entre otros. Cuando la siembra se hace de un cultivo microbiano a otra toma el nombre de subcultivo o repique. A continuación, se revisan algunos de los procedimientos básicos, utilizados de rutina en el adecuado procesamiento de muestras en el laboratorio de microbiología. Procedimientos básicos en el laboratorio de microbiología Preparación del área de trabajo Para el trabajo en el laboratorio de microbiología se requiere disponer de un ambiente limpio y ordenado, por lo que es necesario emplear una buena técnica de asepsia que garantice el mantenimiento de la esterilidad de los elementos a utilizar. Por lo general la superficie del área de trabajo se desinfecta con una solución de hipoclorito de sodio al 0.5% o 5 g/L de cloro libre, aunque también se puede utilizar un compuesto a base de peróxido de hidrógeno al 3%. El mantenimiento de condiciones mínimas de asepsia exige que todo el material que se va a emplear se encuentre estéril, disponible al alcance de la mano para evitar 40 desplazamientos innecesarios y mantener cerrados los medios de cultivo u otros recipientes con microorganismos aislados. Las necesidades particulares de la desinfección dependen del tipo de trabajo experimental a realizar y de la naturaleza de los agentes infecciosos manipulados. Cuando el trabajo se va a realizar en cabinade flujo laminar, se recomienda poner a funcionar la cabina entre 15 y 30 minutos antes de iniciar el trabajo y dejarla encendida este mismo tiempo después de finalizar. Colocar en el interior de la cabina solo el material necesario y de uso inmediato; dividir la superficie de la cabina en tres zonas, una zona limpia, una zona de trabajo y una zona de residuos en donde se ubicará un recipiente para descartar productos de desechos como muestras, placas, tubos, entre otros. Si se requiere introducir material adicional luego de iniciado el trabajo, se recomienda esperar dos minutos para reiniciar el trabajo, para que se restablezca el flujo laminar. Descontaminar semanalmente la superficie de trabajo y las superficies interiores de la cabina con etanol al 70%. Figura 3.1 Materiales utilizados en el aislamiento de microorganismos Esterilización del asa. Para utilizar el asa bacteriológica, previamente debe esterilizarse en la llama del mechero, calentando el alambre de ferroníquel en toda su extensión incluyendo la base del mango hasta que se ponga roja (figura 3.2) o utilizando esterilizadores que funcionan mediante rayos infrarrojos Espátula de Drigalski Asa Recta Asa en Anillo Pipeta Pasteur Mechero Micropipeta 41 El flameado o proceso de esterilización por incineración destruye cualquier forma de vida sobre la superficie del asa. Al dejar de usar el asa también debe realizar este procedimiento. Figura 3.2 Método de esterilización del asa bacteriológica por incineración. Manejo de los tubos y el asa bacteriológica para hacer siembras o pases bacterianos de un tubo a otro. Procedimiento. • Tomar el tubo con la mano izquierda y quitar la tapa con la mano derecha, flamear de inmediato la boca del tubo (figura 3.3). • Sostener la tapa entre el dedo meñique y la palma de la mano derecha, cerca de la llama del mechero; con esta misma mano tomar el asa entre el dedo índice y el pulgar (figura 3.4). • Sembrar la muestra: Volver a flamear la boca del tubo antes de tapar de nuevo para evitar la formación de aerosoles o la contaminación del tubo con microrganismos del ambiente (figura 3.5). • Realizar estos procedimientos cerca del mechero. Del correcto manejo de los tubos depende el éxito de los cultivos y por consiguiente el resultado de los estudios microbiológicos. 42 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Manejo de la caja de Petri. Procedimiento. • Ubicar la caja de Petri sobre la mesa con el medio de cultivo hacia arriba • Tomar la caja con la mano izquierda manteniendo la base y la tapa simultáneamente y voltear para destaparla con el dedo pulgar de la misma mano, abrir la caja parcialmente cerca de la llama del mechero para realizar la respectiva siembra y cerrar al terminar (figura 3.6). Figura 3.6 Apertura de la caja de petri 43 • La caja se debe marcar antes de llevar a la incubadora con cinta de enmascarar o marcador en el borde de la base, para evitar tapar la superficie de los cultivos y hacer difícil su observación. Técnicas de siembra Un cultivo puro se define como una población de células todas procedentes de una misma célula. Con el uso de diferentes tipos de siembra se obtienen cultivos puros, indispensables para la identificación y conocimiento de características morfológicas, bioquímicas y de tinción, patogenicidad, sensibilidad a los antibióticos. Para efectuar una siembra es fundamental trabajar bajo estricta asepsia, utilizar medios de cultivo y materiales estériles, esterilizar los instrumentos utilizados antes y después de cada procedimiento, no contaminar ni destruir el inóculo, depositar el inóculo sépticamente en el medio de cultivo, trabajar lejos de corriente de aire, usando mechero o en cabina de flujo laminar y realizar los procedimientos del protocolo específicos a seguir. Tipos de siembra Existen diferentes técnicas de siembra, entre las más utilizadas se destacan la siembra por agotamiento o siembra por estrías en caja de Petri y en tubo con agar inclinado, siembra masiva, siembra por estría sencilla, siembra por picadura en tubo, siembra en profundidad. Siembras en caja de petri Siembra por agotamiento o por estrías El aislamiento de bacterias a partir de muestras biológicas se realiza, en la mayoría de los casos, mediante la siembra por agotamiento. Este es un método en donde se da un agotamiento progresivo y continuo del inóculo sobre un medio sólido contenido en una caja de Petri, con el objetivo de obtener colonias aisladas y así disponer de un cultivo puro o axénico o cepa. Procedimiento. • Esterilizar un asa de siembra por flameado en la llama de un mechero y enfriarla en el área cercana a este antes de usar (figura 3.2). • Introducir el asa en la muestra o suspensión bacteriana para tomar el inóculo (figura 3.4). • Inocular o sembrar la muestra haciendo 4 o 5 estrías simples muy juntas de lado a lado sobre un área pequeña próxima al borde de la caja, luego cerrarla (figura 3.7 y 3.8a). 44 • Flamear de nuevo el asa y girar la caja de Petri un cuarto de vuelta. Abrir nuevamente la caja, tocar la superficie de las estrías recién hechas en un punto alejado del inicio para hacer un segundo grupo de estrías como las anteriores y cerrar la caja (figura 3.8b). • Girar de nuevo la caja de Petri un cuarto de vuelta. Realizar el mismo procedimiento, cerrar la caja (figura 3.8c). • Hacer un último giro de la caja y sin flamear el asa de siembra hacer una estría más abierta (figura 3.8d). • Incubar las cajas con la base hacia arriba a la temperatura y condiciones óptimas para el cultivo procesado. La gran mayoría de las bacterias y levaduras de interés clínico se incuban a temperatura de 37°C durante 24-48 horas, los mohos se incuban a temperatura ambiente entre 24 y 28°C por 1 a 6 semanas dependiendo el agente sospechado. a) b) c) d) Figura 3.8 Siembra por agotamiento Siembra en superficie Figura 3.7 45 Con este procedimiento se obtiene el crecimiento de colonias en la superficie del agar que permite el recuento de microorganismos o recuento de UFC (unidades formadoras de colonias); se utiliza este método en el procesamiento de urocultivos y en el control de calidad microbiológico de alimentos. Procedimiento • Depositar en la superficie del medio de cultivo una asada de muestra de orina con asa calibrada para el caso de los urocultivos o 0.1 ml de cada dilución seriada del alimento a analizar, haciendo una única estría a través del centro de la caja (figura 3.9a). • Esparcir el inóculo de manera uniforme en ángulos rectos respecto de la primera estría; girar luego 90° la placa y esparcir hasta cubrir toda la superficie del agar. También se puede extender la muestra sobre toda la superficie de la placa, usando un asa de Drigalski estéril (figura 3.9b). • Marcar y luego Incubar las placas a la temperatura y tiempo de incubación acorde con el cultivo realizado. • Evaluar el crecimiento en las placas de agar a través de la observación de colonias en la superficie y con base en el número de colonias, la cantidad de muestra sembrada y la dilución correspondiente, calcular el número de microorganismos viables en la muestra original (figura 3.9c). a) b) Asa Calibrada 0.1 mL de muestra Asa de Drigalski 46 c) Figura 3.9 Métodos de siembra de superficie Siembra en profundidad. Este método al igual que la siembra en superficie en placa de agar, permite realizar recuento de UFC; consiste en mezclar el inoculo con el agar y durante la incubación las colonias crecen en el interior del agar. Procedimiento • Depositar 1 ml de cada dilución en cajas de Petri estériles, vacías. • Agregar a cada caja de 15 a 20 ml del medio de cultivo a emplear, previamente fundido y mantenido a temperatura de 45 – 50ºC.• Para mezclar el inóculo con el agar, agitar moviendo la placa tapada sobre la superficie de la mesa con movimientos circulares y de vaivén (siempre sin levantar la placa de la mesa). • Dejar solidificar y llevar las placas a incubar a la temperatura y tiempo de incubación acorde con el cultivo realizado. • Evaluar el crecimiento en las placas de agar a través de la observación de colonias en la superficie y con base en el número de colonias, la cantidad de muestra sembrada y la dilución correspondiente, calcular el número de microorganismos viables en la muestra original. Medio fundido 1 mL de muestra atemperado Figura 3.10 Siembra Colonia Colonia por profundidad 47 Siembra para aislamiento de hongos Para el aislamiento de hongos causantes de micosis humanas, se debe introducir un poco en el agar la muestra obtenida de la lesión, haciendo uso del asa de punta o estilete o a través de incisiones con un bisturí en el medio de cultivo; se recomienda hacer varios inóculos separados por una distancia aproximada de 1 cm. Estos cultivos deben sellarse con parafilm, o cinta de enmascarar y se rotula con el nombre y la fecha correspondiente. Los cultivos se incuban a temperatura ambiente y se invierten las cajas colocando la tapa hacia abajo y la base hacia arriba; se revisan cada ocho días sin descartar antes de tres semanas o más dependiendo del agente sospechado. Al crecer la colonia se analizan la morfología macro y microscópica de ella (figura 3.11). Figura 3.11 Siembra de hongos Siembra en tubo Siembra en superficie de agar en tubo inclinado o bisel. Este tipo de siembra permite el cultivo de microorganismos aerobios o anaerobios facultativos, se utiliza además para almacenar cultivos a temperatura de 4ºC durante períodos cortos de tiempo, para la amplificación de un inóculo pequeño y para hacer algunas pruebas bioquímicas empleadas para la identificación de microrganismos. Procedimiento. • Tomar el recipiente que contenga la muestra con la mano izquierda, sujetando el asa (previamente esterilizada) entre el índice y el pulgar de la mano derecha. • recolectar con ella una porción de la muestra, seguidamente agarrando el tubo de siembra con la mano izquierda, quitar la tapa y sostenerla entre el dedo meñique y la palma de la mano derecha. Colonia 48 • flamear de inmediato la boca del tubo (figura 3.13) y esparcir el espécimen en la superficie del bisel en forma de zig-zag desde el fondo hasta la parte superior, cuidando de no dañar el agar, flamear antes de volver a cerrar el tubo(figura 3.12). También, para algunas pruebas bioquímicas se puede hacer siembra en este agar de forma simultánea en superficie (aerobiosis) y profundidad del agar (anaerobiosis). Para esto, se procede de la siguiente forma: • Tomar la colonia con asa de punta e introducirla primero por punción hasta el fondo del medio (figura 3.14). • Retirar el asa por el mismo sitio de entrada y luego sembrar en zigzag en superficie, flamear antes de volver a cerrar (figura 3.12). • Después de incubar en las condiciones apropiadas, se evalúa la presencia de crecimiento en el agar por la formación de una película o por el crecimiento de colonias en la superficie. Para el caso de pruebas bioquímicas se observará cambio de color, precipitados, formación de burbujas, entre otras características. Figura 3.12 Siembra en zig zag en tubo de agar inclinado Siembra en medio semisólido. Este tipo de siembra se utiliza para la conservación de cepas y en el procesamiento de pruebas bioquímicas como SIM-sulfuro indol movilidad. Procedimiento. • Flamear la boca del tubo en la llama del mechero luego de abrirlo para hacer la siembra (figura 3.13). 49 • Tomar el inoculo e introducirlo con el asa recta hasta el fondo del medio con un solo movimiento cuidando de hacer el mismo trayecto de entrada y de salida, flamear antes de volver a cerrar (figura 3.14). • Después de incubar en las condiciones apropiadas, se evalúa el crecimiento en el agar por la presencia de turbidez; la movilidad es positiva cuando se observa turbidez tanto en el inóculo inicial, como alrededor de este; las bacterias no móviles solo se desarrollan en el trayecto del inóculo inicial (figura 3.15). Figura 3.13 Flameado de tubo Figura 3.14 Siembra por punción en medio semisólido Figura 3.15 Evidencia de crecimiento con movilidad positiva Siembra en medio líquido La siembra en medio líquido permite aumentar una población microbiana a partir de un inoculo inicial, para obtener un elevado número de microorganismos, que por lo general serán utilizados en studios o procedimientos posteriores. Procedimiento 50 e) Crecimiento bacteriano en médio líquido Figura 3.16 Siembra en medio líquido • Flamear la boca del tubo después de quitar la tapa (figura 3.16a), introducir el asa previamente esterilizada y fría, tomar la muestra (figura 3.16b), retirarla del tubo ya cargada, manteniéndola siempre cerca del mechero y luego flamear de nuevo la boca del tubo antes de cerrarlo (figura 3.16a). • Mantener el asa cargada entre el índice y pulgar derechos, tomar el tubo donde va a colocar la muestra y retirar la tapa siguiendo el procedimiento del paso anterior, flamear la boca del tubo (figura 316.a), colocar la muestra en el medio de cultivo rotando con movimientos suaves el asa (figura 3.16d), luego de lo cual la debe retirar y flamear de nuevo la boca del tubo antes de cerrarlo (figura 3.16a). Flamear de nuevo el asa antes de colocarla en su soporte (figura 3.16c) . Esta siembra puede hacerse además con hisopo o pipeta. • Después de incubar en las condiciones apropiadas, el crecimiento microbiano se interpreta como positivo cuando hay presencia de turbidez, formación de una película o velo sobre la superficie o aparición de sedimento en el fondo del tubo, entre otros (figura 3.16e). a) Flameado del tubo b) Toma de muestra de medio líquido c) Inoculación en medio líquido d) Esterilización del asa 51 Referencias Gamazo C, López I, Díaz R. Manual práctico de microbiología. 3ª edición. Barcelona: Masson; 2005. Murray PR, Rosental KS y Pfaller MA. Microbiología Medica. 8a edición. Barcelona: Elsevier; 2017. De La Rosa Fraile M, Prieto J, Navarro-Marí JM. Microbiología en Ciencias de la Salud. Conceptos y Aplicaciones. 3a ed. España: Elsevie; 2011. Koneman E, Winn W, Allen S, Janda W, Procop G, Schrenckenberger P, Woods G. Diagnóstico Microbiológico. Texto y atlas color. 6a ed. Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana; 2008. Forbes BA, Sahm D, Weissfeld A. Bailey & Scott. Diagnóstico Microbiológico. 12a ed. Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana; 2009. Rodríguez-Cavallini E, Gamboa-Coronado M, Hernández-Chavarría F, García-Hidalgo JD. Bacteriología General: Principios Y Prácticas de Laboratorio. 1a ed. 3ª reimpresión. Costa Rica: Editorial Universidad de Costa Rica; 2012. Luna-Fontalvo J. Manual de prácticas de laboratorio de Microbiología. 1ª ed. Santa marta: Editorial de la Universidad del Magdalena; 2012 Ruiz-Ruiz E, Porres-Osante N. Microbiología clínica. 1ª edición. Madrid: Ediciones Paraninfo SA; 2018 Serrano-Berríos C, Gutiérrez-Ilabaca R. Manual de microbiología. Santiago de Chile: Ediciones Universidad Católica de Chile; 2018 Gutiérrez-Romero AL, Arellano-Pimentel BE, Gutiérrez-Iglesias C, Escalera-Zúñiga E, Romero-Díaz GA, Saucedo-Constantino J, González-Moreno JO, Zamudio-Duran M, Martínez-Flores MG, Ortiz de Montellano MG, Flores-Cabrera Y. Manual de Laboratorio Microbiología General I[Internet]. Universidad Nacional Autónoma de México-Facultad de Estudios Superiores Zaragoza; 2017. Available from: https://www.zaragoza.unam.mx/wpcontent/Portal2015/Licenciaturas/qfb/manuales/ 19Manual_Microbiologia_General1.pdf Rojas-Triviño A. Conceptos y Práctica de Microbiología
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