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LA CIENCIA MICROBIOLOGICA LA MICROBIOLOGIA i .. La Microbiología ocupa wi lugar prominente entre las ciencias médicas. Se encuentra sin duda alguna entre las áreas de las ciencias biológicas más apasionante y que más ha crecido en los últimos años. Los microorganismos son considerados generalmente como agentes productores de enfermedades. En medicina veterinaria, además del daño que los microorganismos producen en la salud animal, su importancia radica en que muchas enfennedades son zoonosis, es decir, enfermedades que afectan tanto a los animales como al hombre, muchas otras son capaces de producir impor tantes pérdidas económicas, disminuyendo al tiempo la calidad alimenticia del hombre. Pero no todos los microorganismos son causantes de daño o enfermedad, la mayoría de ellos son apatógenos. además muchos son muy útiles para la alimentación (producción de yogurt, quesos, vinos), industria ( curtiembre ), producción de medicamentos (antibióticos) y ecología ( degrada ción de distintos compuestos), entre otras. Los microorganismos se encuentran distribuidos en la natu raleza formando parte del suelo, aire y agua; en los organismos vivos en la piel, mucosas, intestinos, la llamada "flora1" nonnal o microorganismos nativos. La microbiología como ciencia se fundamenta entonces en el estudio de estos microorganismos. La ciencia microbiológica-. La microbiología es la rama de la biología que estudia cuatro grupos de microorganismos: * Bacterias (estudiado por la bacteriología) * Vrrus (estudiado por la virología) * Levaduras * Mohos (ambos estudiados por la micología) Dentro de estos grupos se pueden hacer subdivisiones que invo lucran a ciertos microorganismos con características diferentes. Algunos autores incluyen dentro de la microbiología a los parásitos unicelulares, pero para la mayoría de los centros de estudio de las ciencias veterinarias, los parásitos son tratados por la rama específica que le compete: la parasitología. La microbiología, y dentro de ella la bacteriología, tiene divisiones. Cada división posee características propias, debido a que hay diversos tipos bacterianos hallados en diferentes hábitat. Como toda clasificación, es arbitraria; mientras que el límite entre algunas de las partes de la bacteriología es neto, en otras es confuso. Desde el punto de vista práctico se podría clasificar a la microbiología en: • general * industrial • ecológica * sistemática * agrícola * médico/sanitaria Todas son igualmente importantes, pero la microbiología general, la médico/sanitaria y la industrial son las que nos ocu pan en primera instancia. Podría diferenciarse en la segunda una microbiología veterinaria y otra humana, aunque en la práctica ambas están estrechamente relacionadas. CLASIFICACION Como se verá en el capítulo de evolución microbiana, el dominio que involucra a los microorganismos sujetos del estudio de la micro biología clínica es Bacteria En la actualidad, casi todas las clasifica ciones dejan a un lado a los minerales, lo que, en lugar de simplificar la taxonomía de los entes naturales, lo único que consigue es dejar a los virusentiem.dewidie,.puesoo pw:denCODs.idcon:se�u¡¡.. ser vivo {tabla 2-I ). Como se puede analizar en el mismo capintlo, Ias bacterias y hongos se encuentran en diferentes reinos o dominios. Tabla 2-1. Los reinos vivos de la naturaleza Haeckel (1894) Whittaker Woese (1977) Woese (1990) Tres reinos (1969) Seis reinos Tres Cinco reinos Protista Monera Prqtista Plantae Fungae Plantae Animalia Animalia Eubacteria Archaebacteria Protista Fungae Plantae Animalia Dominios Bacteria Archaea Eukaria Las bacterias verdaderas que incluyen a aquellas que pro ducen enfermedad en los animales y el hombre pertenecen a las eubacterias o bacteria. Por el otro, las bacterias del ambiente están incluidas en un segundo grupo: las archaebacteria o archaea. Morfológicarnente los dos reinos de microorganismos aparecen como similares y por ello se los ha unido en los pro cariotes. Las otras formas de vida se refieren como eucariotes, que incluyen a plantas, animales y hongos. ------ BacteriaProcarlotes ---- Archaeae Eucariotes Las células procariotas, en contraste con la eucariotas, no están compartimentadas. No están presentes las membranas nucleares, las mitocondrias, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi 1 La palabra "flora" hace referencia al tiempo en que las bacterias estaban clasificadas junto con los hongos; es más correcto el uso de la palabra microbiota. - ní fagosomas ni lisosomas. Además poseen un solo cromosoma circular, fijo en una invaginación de la membrana celular llamada mesosoma. Finalmente los ribosomas procariótícos son de 70S (S unidad Svedberg), mienú:as que los ribosomas eucarióticos son más grandes (80S). Las subunidades ribosómicas procarióticas son de 30S y 50S (los eucariotas son mayores). Lasubunidad noosómica de 30S tiene un RNA de 16S, mientras que la subunídad de SOS contieneRNAde23S y SS;porel contrario, los RNAnoosomales de los eucariotes son mayores (18S). La membrana bacteriana no contieneesieroles (excepto en los Mycoplasmas). Aunque disímiles en muchos aspectos importantes, y a pesar de que muchas algas y hongos no son microscópicos, los organíK mos que comprenden a los procariotas, protistas y bongos son estudiados cnnvencionalmente en conjunto por la rnícrobiologin. También abarca a los virus, viroides y priones que no encuadran en ninguno de los taxones de los sistemas vivientes. LAS BACTERIAS Y SU TAXONOMIA La taxonomía es la ciencia de la clasificación. Está dividida en tres partes: nomenclatura, clasificación e identificación. La oiwencla!UI'." .,..el sistema.denomhre• ,¡plícados aJ¡¡s dífi:J:l:ntes microorganismos de acuerdo con reglas internacionales. La clasifi. cacl&n es el agrupamiento de los microorganismos de acuerdo con las caracteristicas que comparten. La ldentlllcadón es el proceso por el cmri: lo!� �• soo clasificado<. Clasillcaclón fenotípica El proceso tradicional de clasificación de organismos desCO!ló cidos según el tradicional proceso de las propiedades observables fenotípicas compartidas ocurre en varios niveles y con direrentes grados de precisión. Por ejemplo, todos los mkroorganismos gram negativos pueden ser clasificados en un enorme grupo de cientos de direrentes organismos, que pueden no estar relacionados pero que comparten la coracteristica de ·ser gramnegativos. Clasificación filogenétlca Agrupa los microorganismos de acuerdo con su re!a<:ión genética. Para la mayoría de los propósitos prácticos, el esquema de clasificación fenotípica es suficientemente sofisticado para agru par a un microorganismo en un grupo de bacterias similares. PRINCIPALES GRUPOS BACTERIANOS Las bacterias son procariotas que constan de cuatro divisio nes' o categorías principales: Eubacterlas gramnegativas' que tienen pared celular, Estos tnicroorganismos poseen una pared compleja consístente en una membrana externa y una fina capa de peptidoglícano, qÚe connene ácido murámico. Usuálmente son giamnégstivos, las células pueden ser esféricas, ovares, bacilos rectos o curvos, helicoidales o filamentosos. La reproducción es por fisión binaria, aunque algunos grupos muestran brotes y hay un grupo raro, los Pleurocapsales, que muestran fusión múltiple, Las mixobacterias muestran cuerpos de fructificación y mixosporas, algunos miem bros son parásitos intracelulares obligados. 'Corresponde al Pbylurn (en ZóOlogia). Eubacterias gramposltlvas que llenen pared cl>lwar. Estos son procariotes con un perfil de pared celular de grampositivos, aun que no síemprecolorean oomo tal, Las células también son esféri<:as, bacilos o filamentos, pero muchas muestran verdaderas ramas. La reproducción es generalmente por fisión binaria, algunas producen esporas y fomms en descanso (endosporas o esporas en hifas). Eubacterias que can!ffll de pared celular. Estos son procariotes que han perdido su pared celular, son llamados Mycop/asmas e incluyen la clase MoUicuteS, que no sintetizan los precursores de los peptidoglicanos. Están encerrados en la membrnoa plasmática. Las células son altamente pleomórlicas, aunque formas filamentosas con proyecciones en forma de ramas son comunes. La reproducción puede ser por bro!3ción, fragmentación y/o fisión binaria. Las células se tiñen como gramnegativas, usualmente no son móviles, y las colo nias suelen tener el típico aspecto de "huevo frito". Los organismos recuerdan a las formas L-bacterianas, aunque se diferencian de éstas ya que no revierten a la forma primaria. Archaeobacterlas. Son tnicrobíos terrestres y acuáticos, que ocurren en ambientes anaerobios, hipersalados, en ambientes geo tennales y como simbiontes en el inleslino animal.Algunas especies �encuna ae los ! t1U "C. Una caraclerlstica un,ca paraliaé' terias es la presencia de llpidos de glicerol isopraníl éter, La pérdida de mmeína en las células hace • las archeobacterias insensibles a los antibióticos � lactámicos. Con la coloración de Gram pueden aparecer como positivos (i:oti pseudi:,murefuaJ o negativos. Cada una de ellas se divide en clases, órdenes, familias (fam) o grupos morfológicos si no se dispone de tiun, género ·(gen) y especie (sp ). Familia: es un grupo de géneros relacionados. Género: es un grupo de especies relacionadas. Especie: es un grupo de cepas rela<:ionadas. Tipo o subespecie: es un grupo de cepas dentro de la especie (ejemplo: biotipos, serotipos) Cepa: una linea o aislamiento partk,ular de una especie. El comité intemacional en sistemática de procariotcs (Th,, Jnter• national Commíttee on Systematics q/'1'ro/<a,yotes-ICSP)yel código inlemaciorial de nomenclatura de bacterias (Intematianal Oxie o/ Nurnenc/aJwe of.Bactería) son los organismos responsables de otorgar nombres a los procariotas ( eubacteril;s, archaebacterias y an:haea). En el siglo XIX yprimenunitaddel XX, se siguieron los métodos de clasificación botánicos (&,lankal Cede q(Nomenclature), debido a que las bacterias hablan sido 1nldicionalmente consideradas bon gos, los Sebizomycetes. Obviamente, los métodos eran diferentes. En el primer Congreso Internacional de Microbiología, en 1930, se propuso establecer un código propio de nomend.atura bacteriana yse cre6 en el Segundo Congreso en Londres, en 1936, un borrador del código del lntemational Committee for Bacteriological NomencJa.. 1urifposti:riónnent llarnadolntemational Coinmittee im Sjsti.matíc Bactériology (ICSB), y abo!ll.el ICSP].Aquí se determina que a) los nombres deben ser estables, esto está asegurado por la retención del primer nombre con que fue publicado, principio de prioridad; b) los nombres deben se inambiguos; c) los nombres deben ser necesarios, esto está asegurado por la publicación de la descripción de los orga nismos y la elíminación de aquellos nombres superfluos. ' Por su afinidad tintórea oon el violeta de genciana, algunos mí<roorganismos se resisten a perder el colorante producido por acción del alcohol ( decoloración). Estos microorganismos son los llamados gra,npositivos, mientras que otros, que son decolorados con fucilidad, son denominados gnunnegativos. La edición más reciente del Código Internacional en No menclatura de Bacterias (International Code of Nomenclature of Bacteria), Revisión 1990, fue publicada en 1992 por la American Society for Mícrobiology. Unos pocos agregados se han hecho desde entonces. Además se han realizado algunos movimientos para unificar la nomenclatura de plantas, animales y bacterias. Esto está propuesto en el BioCode: establecer una terminología común es, por supuesto, el primer paso. COMO ESCRIBIR NOMBRES CIENTIFICOS Los nombres científicos deben escribirse o imprimirse. de ciertas maneras con el fin de reducir equivocaciones entre cidt" tíficos que trabajan en países diferentes, subdisciplinas o incluso entre distintos periodos de tiempo. Se designan nombres científicos oficiales para cada taxón de todos los organismos. vivientes. Un taxón es un grupo de organismos definidos por las similitudes particulares de reproducción, anatómicas, o gené ticamente determinadas. Cada taxón tiene nombre. Estos nombres casi siempre son únicos, pero a veces el mismo nombre es usado de manera inad vertida tanto para las plantas como para los animales, o para dos familias muy distantemente relaciooadas. Se colocan nombres taxonómicos en una jerarquía con un número indefinido de niveles. Como·· se mencionó, los niveles taxonómicos·· básicos son dominio, reino, filum, clase, orden, familia y especie binomial (género+ el epíteto específico). El código de nomenclatura reconoce los grupos taxonómicos siguientes: clase (clases), subclase (subclases), orden (abrevia ción ord. ), suborden ( abreviación subord. ), familia (abreviación fam. ), subfamilia ( abreviación subfam. ), tribu, subtribu, género (abreviación gen.), subgénero (abreviación subgen.), especie (abreviación sp.), y subespecie (abreviación subsp.). Los niveles intermedios son 'indicados por una variedad amplia de prefijos; por ejemplo: subreino, subfilum, infraclase, superfamilia. Algunas jerarquías incluyen un nivel entre el sub o infra familia y género, llamado "tribu", aunque no se ha publicado una nomenclatura para ia categoría de subfamilia y subtribu. -�Eltérnlinovarie<lad�(�()llvar.},111iliza �do¡,orcierto§a!#!reS, esimsinónimode subespecie, pero luego de laaparicióndelaedi� de 1975 del Código de Nomenclatura, su utili7ación ha sido proscripta. Toda la nomenclatura está realizada en palabras latinas o la tinizadas, y estas palabras se escriben tradicionalmente en itálica o están subrayadas en un manuscrito. Sin embargo, no hay en el Código de Nomenclatura una guía concerniente a la utilización de itálica o subrayado en este nivel. La ausencia de guía permite su libre elección. En este libro hemos optado por la no utilización de letra itálica siguiendo los lienamientos de la taxonomía.animal: "los nombres científicos a nivel taxonómico siempre se capitalizan (mayúscula) de género hacia arriba pero no se ponen en bastardilla (itálica o cursiva), ni subrayan cuando están escritos a mano". El nombre científico para un taxón de organismos es exacta mente el mismo en todos los idiomas y lugares. NOMBRES COMUNES En el caso de plantas y animales, los nombres comunes no están definidos oficialmente y el nombre común de una sola es pecie de animal puede diferir entre idiomas, regiones o incluso entre los grupos étnicos de las personas en una sola comunidad. También, muchos animales de especies diferentes pueden com partir el mismo nombre común. Generalmente no se capitalizan los nombres comunes (excepto como requisito gramatical). Los nombres científicos son a menudo "castellanizados": se cambian sus terminaciones al formato español. Se tratan nombres castellanizados como nombres comunes y no deben capitalizarse. Ejemplo, Eukarya se vuelve eucariotas. Excepción: se capitalizan las partes de los nombres comunes para algunos virus porque ellos están basados en un lugar o en el nombre de persona. Ejemplos de: Virus de Nilo Occidental. En algunos casos el nombre común es idéntico al nombre científico. Cuando imo de estos nombres idénticos al género y al nombre común se piensa aplicar a un género particular, debe capitalizarse y debe ponerse en bastardilla o cursiva. Pero cuando está refiriéndose a un animal específicamente identificado con una forma del cuerpo que podría pertenecer a cualquiera de varios géne ros particulares, debe escribirse en mínúscula y no debe ponerse en bastardilla. Cuando el género particular no se identifica, el nombre debe escribirse en minúscula y no debe ponerse en bastardilla. NOMBRE DE LA ESPECIE El término especie en uso científico apropiado significa un taxón definido de organismos dentro de un género particular. No hay ninguna nomia absoluta parala caillidad de material genético o las diferencias morfológicas que deben existir entre dos individuos para ponerlos en especies separadas. NOMENCLATURA BINOMIAL El nombre de una especie siempre debe tener dos partes: un género nombre y un epíteto específico. Por ejemplo: el epíteto específico umelitensis" nunca debe ser escrito por sí mismo, sino siempre como Brucella me/itensis o B. melitensis. El nombre del género debe ser único, esto es, nunca debe ser aplicado a cualquier otro tipo de organismo, mientras que el epíteto específico no tiene que ser único y muchas especies tiene los mísmos o similares epítetos específicos. El nombre del género siempre se capitaliza y se pone en bastardilla ( o subrayado si es manuscrito). Ejemplo correcto: Bacillus, siendo incorrecto bacillus o Ilacillus. El epíteto específico no se capitaliza, incluso cuando está basa do en un nombre del lugar o de personas por otra parte capitalizado. Ejemplos: los epítetos basados en Leptospira noguchi "noguchi" no se capitalizan ( en los nombres de algunas plantas basados en las personas o lugares son capitalizados por botánicos). El nombre completo de la especie puede pero no necesariamen te tiene que incluir la subespecie o la variedad nombrada siguíendo el epíteto específico. Cuando se usan estos nombres adicionales también deben ponerse en bastardilla ( o subrayados) y no se capi talizan. El nombre del género puede reducirse a su primera parte después de que ha estado por completo impreso antes en el mísmo documento. La parte importante que se abrevia también se pone en bastardilla. Por ejemplo: después de usar Borrelia bwgdorferi en un documento, uno puede referirse a ésta en el resto del docu mento como B. burdgorferi. Sin embargo, si otras especies son nombradas con un nombre'de género que empieza con "b" en el mismo documento, deben escribirse completos dondequiera que ambos nombres del género aparezcan. En animales y plantas, el binomio de la especie, cuando es usado propiamente y en una publicación científica, debe tener con él los últimos nombres del autor que lo describió. El autor que lo describió es el científico ( o científicos) que le asignó un nombre la primera vez y quien reúne los otros requisitos para establecer el nombre oficial para ese tipo de animal o planta. Aspectos a tener en cuenta en la clasificación Funcionalmente, las bacterias se dividen en varias "seccio nes" sobre la base de: * la coloración de Gram * los requerimientos de 0 2 A modo de recordatorio, el peso molecular es actualmente denominado Masa Molecular Relativa. Esta es la suma de todas las masas atómicas relativas de los átomos en una molécula; es entonces la relación de la proporción de la masa media por molécula de una composición isotópica especificada de una substancia a un duodécimo de la masa de un átomo de carbono 12. Por lo tanto, surge la pregunta sobre cuál es la unidad de masa atómica. La respuesta es simple: no la tiene. Las masas atómicas son masas relativas, esto significa que no tienen unidad. De allí que consideramos incorrecta la unidad Dalton o sus diferentes múltiplos: kDalton, entre otros. • la formación de esporas • el patrón metabólico :f.. Por lo general, el estudio rutinario de los microorganismos lleva a evaluar los productos metabólicos o su capacidad de atacar diferentes sustratos orgánicos o inorgánicos. La marcha bacteriológica que suele aplicarse a las muestras microbiológicas nos permitirá arribar a un diagnóstico certero. La considerable diversidad de las especies bacterianas hace que su estudio involucre la comparación de múltiples cepas dentro de cada especie. Estas comparaciones están basadas principalmente en dos aspectos: análisis químico y molecular. Químico: hay distintos métodos para el estudio de la compo sición estructural de las bacterias (ácidos grasos más comunes, carbohidratos, proteínas, etcétera.). La caracterización de los productos metabólicos secretados (alcoholes volátiles, ácidos grasos de cadena corta, etcétera.) son también útiles. Molecular: es ideal para comparar secuenc.iasde DNA bacte riano. El estudio del genoma completo se ha realizado en algunas bacterias. La similitud históricamente se ha basado en el conteni do porcentual de Guanina + Citosina (% 6C}; El secuenciamiento del RNA ribosómico de l6S (16S RNA) se ha convertido ·en el estándar de oro en la bacteriología sistemática. BIBLIOGRAFIA The Collins English Dictionary, 2000 HarperCollins Publishers. http://www.carlton.paschools.pa.sk.ca/chemical/molemass/avogadro http://www.carlton.paschools.pa.sk.ca/chemical/molemass/moles2.htm http://www.the-icsp.org/Code _ history.htm http://www.inform.umd.edu/PBIO/nomcl/mcne.html ltltp:/lwww.bacterio:eict.frlbacoieo,/s.�!neme11elatureJ1tml http://www.d.smz.de/bactnomlbactname.htm http://www.bacterio.cict.fr
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