300 Profase II. Los cromosomas vuelven a condensarse por

Profase II. Los cromosomas vuelven a condensarse por completo. En cada núcleo
existe un número haploide cromosómico y cada uno conserva todavía la forma de
dos cromátidas unidas por el centrómero. Aquí las envolturas nucleares, si las hay,
se desintegran y empieza a aparecer un huso nuevo.
Metafase II. Durante la metafase II, los pares de cromátidas de cada núcleo se
alinean en el plano ecuatorial.
Anafase II. Al igual que en la anafase mitótica, las cromátidas hijas se separan y
cada cromátida resultante se desplaza hacia uno de los polos.
Telofase II. Los husos desaparecen y se forma una envoltura nuclear en torno de
cada conjunto de cromosomas. En este momento existen cuatro núcleos en total y
cada uno contiene el número haploide de cromosomas. Se produce entonces la
división del citoplasma (citocinesis) de la misma manera que después de la
mitosis, y las células empiezan a diferenciarse luego en gametos. Después de la
meiosis II, las células haploides se convierten en gametos en los animales.
7.7 CICLO DE VIDA
Un ciclo de vida o ciclo vital es la secuencia que un individuo sexualmente
reproductivo sigue para lograr la transición de una generación a la siguiente. Los
ciclos de vida de casi todos los organismos eucariotas tienen un mismo patrón, en
el que se distinguen los siguientes aspectos:
Primero. Dos células haploides (n) se fusionan durante el proceso de
fecundación, uniendo cromosomas paternos y maternos para producir una célula
diploide (2n) con nuevas combinaciones genéticas.
Segundo. En un momento dado del ciclo vital ocurre la meiosis y se vuelven a
formar las células haploides.
Tercero. En otra etapa del ciclo de vida, la mitosis, bien sea de células haploides
o de células diploides o de ambas, determina el crecimiento de cuerpos
multicelulares y/o la reproducción asexual. Estos aspectos de los ciclos vitales
están interrelacionados y se pueden clasificar en tres categorías de acuerdo con la
duración relativa de los estados haploide y diploide, a saber:
·
·
·
Ciclo de vida haploide, característica de protistas, algas unicelulares,
hongos.
Ciclo de vida diploide, predominante en humanos.
Alternancia de generaciones, típico de las plantas.
300
Figura 7.14 Ciclo de vida de la especie humana. Tomado de Curtis y Barnes, 2000.
7.7.1 Ciclo de vida diploide
Casi todo el ciclo de vida de los humanos transcurre en estado diploide. Los
gametos haploides, espermatozoides en los hombres y óvulos en las mujeres, se
forman mediante meiosis y luego se fusionan para formar un óvulo fecundado: el
cigoto. El desarrollo y crecimiento del cigoto en un organismo adulto es el
resultado de la mitosis en las células diploides (Villanueva, 1990). Ver figura 7.14.
301
7.8 REPRODUCCION ASEXUAL
La reproducción asexual consiste en la producción de descendencia sin
intervención de dos gametos, es decir, en la reproducción asexual interviene un
solo progenitor y por consiguiente, la descendencia producida es genéticamente
idéntica al progenitor. La reproducción asexual es común en microorganismos,
plantas y animales de organización simple. También se presenta en variadas
especies de plantas superiores. En la reproducción asexual, intervienen por lo
general células somáticas que son diploides o haploides, dependiendo de la
especie. Sin embargo, en ciertas especies (abejas) interviene células sexuales
especialmente gametos femeninos. Las formas comunes de reproducción asexual
son las siguientes: fisión, gemación, esporulación, fragmentación o regeneración y
reproducción vegetativa (De Robertis y De Robertis, 2007).
7.8.1 Fisión.
Es la forma más generalizada de reproducción asexual en los organismos
unicelulares. El organismo se divide en dos partes aproximadamente iguales, cada
una de las cuales crece hasta alcanzar el tamaño completo y el proceso puede
renovarse. Bajo condiciones ideales, las bacterias pueden reproducirse por fisión
cada veinte o treinta minutos (Ver figura 7.15). Numerosos protozoos, entre ellos la
amiba, se reproducen igualmente por fisión. Algunos animales se reproducen por
fisión. Unos cuantos corales se pueden dividir longitudinalmente para producir dos
individuos más pequeños pero completos.
Figura 7.15 Reproducción asexual: Fisión binaria en bacterias.
302
7.8.2 Gemación
Este tipo de reproducción asexual es común en las levaduras y en animales
multicelulares simples como muchas esponjas y cnidarios tales como la hidra y
algunas anémonas. En la gemación, el individuo progenitor experimenta una
cariocinesis acompañada por una citocinesis muy desigual, de manera que la
célula hija (denominada yema) es de menor tamaño que la célula progenitora. Las
yemas crecen por división mitótica de sus células y se diferencian antes que la
yema se separe de su progenitora. La yema es genéticamente idéntica a la
progenitora y puede crecer tan grande como ella antes de llegar de ser
independiente. Ver figura 7.16.
Figura 7.16 Reproducción asexual: Gemación en levaduras.
La gemación se presenta también en la “lombriz solitaria” o Taenia solium. La
carne de cerdo deficientemente cocida puede contener cisticercos de la Tenia.
Los cisticercos poseen una cápsula que contiene el escólex. Cuando una persona
consume carne de cerdo “con pipitas” (que contiene cisticercos) el jugo gástrico
disuelve la pared de la cápsula, el escólex da la vuelta hacia afuera y se adhiere
mediante ventosas y ganchos a la pared del intestino. Enseguida produce yemas
en su extremo posterior que reciben el nombre de proglotis. Estas permanecen
unidas unas con otras formando una cadena que puede medir hasta seis metros y
contener más de 1000 proglotis.
Aunque sólo existen nervios rudimentarios, órganos excretorios y estructuras
musculares compartidas por los proglotis, éstos se consideran como un individuo
separado (Curtis y Barnes, 2000).
303
Figura 7.17 Gemación en la Teniae. El escólex de la lombriz se adhiere mediante
ventosas y ganchos a la pared del intestino y produce yemas en su extremo posterior que
reciben el nombre de proglotis.
304
7.8.3 Esporulación
En hongos, helechos, algas y otras plantas inferiores, la reproducción asexual se
efectúa por esporas. Una espora es una célula reproductiva diminuta que se
desarrolla en un nuevo organismo sin necesidad de fusionarse con otra célula
reproductiva. Las esporas se mantienen temporalmente unidas dentro de una
membrana común, tras haberse formado generalmente por medio de tres
divisiones sucesivas (2:4:8). Al romperse la membrana quedan en libertad y, si las
condiciones ambientales son favorables, se reanuda el crecimiento. En muchas
especies, la cubierta de la espora permite que el organismo se mantenga
protegido en estado de vida latente cuando las condiciones ambientales son en
extremo desfavorables.
Las esporas de los organismos terrestres son, por lo general, muy livianas y
poseen una pared protectora, lo cual les permite desplazarse a grandes distancias
por medio del viento. Ver figura 7.18.
Figura 7.18 Reproducción asexual: Esporas en el envés de la hoja del helecho.
305
Figura 7.19 La formación de una endospora. Tomado de Alexander, 1992.
7.8.4.Fragmentación o Regeneración
En algunas especies animales y vegetales la regeneración de los fragmentos
corporales es una forma potencial de reproducción. Si la estrella de mar se
fragmenta en porciones que contengan la región central del cuerpo cada porción
306
puede crecer y formar la estrella completa. Ver figura 7.20.
Unas cuantas estrellas de mar quebradizas se dividen y cada mitad regenera un
animal completo. No obstante esta modalidad de reproducción asexual, las
estrellas de mar en general se reproducen sexualmente mediante la expulsión de
enormes cantidades de espermatozoides y óvulos en el mar (Nason, 1990).
Figura 7.20 Reproducción asexual por fragmentación. a) Regeneración por
fragmentación. Numerosas estrellas de mar pueden regenerar nuevos individuos a partir
de fragmentos si éstos incluyen la parte central del cuerpo. b) Algunos gusanos planos se
dividen por la parte media. En principio, a cada descendiente le falta la mitad del cuerpo
adulto, pero éste vuelve a crecer a partir de células cercanas al borde del roto. Tomado de
Audersik, 1996.
7.8.5 Clonación
La clonación es un método para producir copias idénticas de un individuo. Dado
que cualquier célula somática de un organismo contiene los mismos genes, cada
una de esas células tiene el mismo potencial genético.
La clonación de animales superiores ha tenido un impulso extraordinario con la
clonación de la oveja “Dolly”, realizada en 1997.
307
La posibilidad de clonar seres humanos plantea perspectivas excitantes. No
obstante, hay una gran distancia entre la clonación de ovejas y la clonación
humana. No solo intervienen consideraciones biológicas como los anticuerpos,
sino que deben enfrentarse problemas legales, morales, éticos y sociales
(Solomon et al, 1996).
Figura 7.21 Esquema del proceso mediante el cual se realizó la clonación de la oveja
Dolly.
7.9 REPRODUCCIÓN SEXUAL
La mayoría de los seres vivos, desde los más simples hasta los más complejos, se
reproducen sexualmente. La ventaja biológica de este tipo de reproducción
consiste en la posibilidad de recombinar en un mismo individuo los rasgos
procedentes de sus dos progenitores. De este modo, el hijo puede presentar unos
caracteres que no se encuentran en los padres, existiendo así la posibilidad de
que el descendiente mejore sus condiciones de supervivencia en el entorno.
Relacionados directamente con la reproducción sexual se encuentran los procesos
de meiosis y fecundación. En el primero se forman los gametos que, mediante la
recombinación que se realiza en la primera profase meiótica, constituyen una
mezcla de material genético procedente de los dos progenitores. La fecundación o
fusión de los gametos permite combinar los contenidos hereditarios de los dos
progenitores en sus respectivos cromosomas. El cigoto resultante puede ser
evolutivamente favorable o desfavorable, pero con rasgos distintos con respecto a
los progenitores. Las combinaciones desfavorables quedan en desventaja para
308
sobrevivir y son eliminadas por selección natural (Nelson, 1998).
En la reproducción sexual los nuevos individuos se forman a partir de células
sexuales o gametos, producidos por los progenitores. En los gametos se
encuentra la información hereditaria o ADN.
Figura 7.22 Diagrama que representa la reproducción sexual en humanos.
En todos los animales, los gametos masculinos son estructuralmente diferentes de
los gametos femeninos, condición conocida como heterogamia.
Para ser más eficientes, los gametos deben ser móviles (así pueden hacer
contacto y unirse) y deben estar dotados, además, de reservas nutritivas que
suministren energía y materiales para el embrión en desarrollo. Estos dos
requerimientos presentan de alguna manera, incompatibilidad, condición que se
resuelve así: el gameto masculino, el espermatozoide, es móvil y de pequeño
tamaño; el gameto femenino, el óvulo, contiene reservas alimentarias y es de
mayor tamaño (Nelson, 1990).
7.10 GAMETOGÉNESIS EN HUMANOS
Se denomina gametogénesis el conjunto de procesos mediante los cuales se
forman los gametos o células sexuales (espermatozoides en el macho y óvulos en
la hembra) en sus respectivas gónadas.
La gametogénesis masculina en animales, denominada espermatogénesis da
por resultado la formación de cuatro espermatozoides haploides por cada célula
309
que entra en la meiosis. En cambio, la gametogénesis femenina, llamada
oogénesis, genera un sólo óvulo o huevo, por cada célula que experimenta
meiosis.
En el embrión en desarrollo, se diferencian las células germinales o primitivas o
primordiales, en ambos sexos, que se originan en las células de la pared del saco
vitelino al final de tercera semana del periodo embrionario. Estas células migran al
ovario (o al testículo en el hombre) alrededor de la quinta semana y allí se
convierte en oogonios en la mujer o en espermatogonios en el hombre.
A continuación se describe el proceso de formación de gametos en la especie
humana (Mader, 2007).
Espermatogénesis. En el hombre la producción de espermatozoides se realiza
dentro de los túbulos seminíferos presentes en los testículos o gónadas
masculinas. Durante el período embrionario, las células germinales primitivas o
primordiales comienzan a diferenciarse alrededor de la tercera o cuarta semana
de gestación. Luego estas células primordiales experimentan una serie de
transformaciones hasta llegar a la pubertad cuando se completa el desarrollo de la
línea germinal masculina, a saber: espermatogonio, espermatocito primario,
espermatocito secundario, espermátida y espermatozoide.
Los túbulos seminíferos contienen dos tipos de células a) Espermatogénicas
también denominadas espermatogonios que producen espermatozoides y b)
células de Sertoli que nutren y proporcionan soporte a las anteriores. Ver figura
7.23.
La producción de espermatozoides comienza en la pubertad del varón y continúa
en forma ininterrumpida, a menos que se presente una lesión o una enfermedad
que ocasione la azoospermia. En un solo tubo seminífero es posible hallar células
en todos los estados diferentes de la espermatogénesis; sin embargo, no es
frecuente encontrar todos los estados en un solo corte transversal, porque la
espermatogénesis se presenta en oleadas que descienden por los túbulos. Las
células espermatogénicas o espermatogonios tapizan la membrana basal de cada
tubo seminífero.
Durante el desarrollo embrionario y la niñez, los espermatogonios (2n) se dividen
por mitosis para producir más espermatogonios. En la adolescencia parte de los
espermatogonios continúan dividiéndose por mitosis pero aproximadamente la
mitad de ellos aumentan de tamaño y se transforman en espermatocitos primarios
(2n), los cuales experimentan división meiótica.
Cada espermatocito primario presenta una primera división meiótica en la cual hay
reducción del número cromosómico a la mitad y da origen a dos espermatocitos
secundarios (n). En la segunda división meiótica, cada espermatocito secundario
produce dos espermátides (n). De esta forma, se obtienen cuatro espermátides (n)
310
del espermatocito primario original (2n), los cuales se diferencian luego en
espermatozoides, proceso denominado espermiogénesis, y pierden la mayor
parte del citoplasma en el proceso.
Figura 7.23 Espermatogénesis en el hombre. a) Corte longitudinal del testículo. b) Corte
transversal de un túbulo seminífero. c) Diferenciación de los tipos de células sexuales. d)
Espermatozoides en fase final. Tomado de Starr y Taggart, 2004.
En muchas especies animales (perros, gatos) la producción de gametos coincide
con la época de apareamiento (época de celo), pero el ser humano no tiene época
reproductiva especifica.
En un varón adulto, los testículos producen espermatozoides de forma continua,
aproximadamente 3500 espermatozoides maduran cada segundo. El proceso de
diferenciación de un espermatogonio en cuatro espermatozoides dura unos 74
días. Durante este tiempo, las células en desarrollo se nutren de las células de
Sertoli adyacentes.
311
Cerca de 300 millones de espermatozoides maduran cada día. Los
espermatozoides maduros se almacenan en el epidídimo y aquellos que no son
expulsados por eyaculación permanecen almacenados por varias semanas y
finalmente se degradan y sus materiales se reciclan. Los espermatozoides
eyaculados en la vagina de la mujer viven aproximadamente tres (3) días.
Un espermatozoide maduro está conformado por una cabeza, una sección media
(cuello) y una cola (flagelo). Ver figura 7.24. La cabeza contiene el núcleo (n) y,
en su extremo frontal, un acrosoma, formado a partir del complejo de Golgi. El
acrosoma produce enzimas que facilitan la penetración del óvulo. La sección
media o cuello del espermatozoide contiene numerosas mitocondrias que
suministran la energía para su desplazamiento. La cola es un flagelo típico de las
células eucariotas, con la disposición usual 9 + 2 de los microtúbulos. Los
ondulantes latigazos de la cola impulsan al espermatozoide a través de los fluidos
corporales o el agua.
En el hombre se conocen alteraciones del proceso de espermatogénesis que
detienen la maduración de los espermatozoides (azoospermia). Actualmente se
ha desarrollado técnicas de fecundación in vitro que permiten fecundar óvulos
con espermatocitos inmaduros, produciéndose el cigoto in vitro. El embrión se
transplanta luego a las trompas de Falopio de la madre, para que complete
normalmente el proceso de desarrollo, aunque, probablemente, el niño heredará la
anomalía de su padre (De Robertis y De Robertis, 2007).
Figura 7.24 Esquema de un espermatozoide humano.
Oogénesis u ovogénesis. La oogénesis (u ovogénesis) es el proceso mediante
el cual se forman los óvulos o gametos femeninos, y se realiza en el par de
gónadas femeninas u ovarios. Ver figura 7.25.
312
Los oogonios continúan dividiéndose por mitosis pero algunos de ellos
experimentan meiosis y originan los oocitos u ovocitos primarios. Estas células
replican pronto su ADN e inician la profase I de la primera división meiótica y
detetienen su marcha. Cada oocito primario está rodeado por una sola capa de
células aplanadas procedentes del epitelio ovárico y que ahora se denominan
células foliculares. Cada oocito, junto con las células foliculares que lo rodean,
constituye un folículo primordial. Se calcula que esta etapa hay unos 6 millones
de células entre oogonios y oocitos primarios, principalmente estos últimos. Ver
figura 7.26.
Figura 7.25 Oogénesis en la mujer. a) Vista externa del ovario y del oviducto. b)
Desarrollo de los folículos en el ovario. c) Los estados celulares de la oogénesis. Tomado
de Audersik.
313
Sin embargo, a partir de entonces, numerosos folículos primordiales comienzan a
degradarse, tornándose atrésicos. Para el séptimo mes solo quedan algunos
oogonios y aproximadamente un millón de folículos primordiales cerca de la
superficie del ovario. En el momento del nacimiento sólo hay unos 400.000
folículos primordiales (Cooper, 2002).
Durante el desarrollo embrionario, los ovocitos del folículo primordial completan la
profase de la primera división meiótica. Durante la infancia, los folículos continúan
en profase I. Sin embargo, como ocurría antes del nacimiento, la mayoría
experimentan atresia. Al comenzar la pubertad sólo hay unos 40.000 folículos
primordiales (Paniagua et al, 1997).
Figura 7.26 Desarrollo de la línea germinal femenina. Esquema que muestra los cambios
que se presentan desde los oogonios hasta los oocitos ovulados en la mujer. Tomado de
Paniagua.
314
Ovulación. Cuando en la niña se inicia la pubertad se presenta el ciclo menstrual
cada 28 días y se reinicia un nuevo ciclo ovárico. En la primera quincena del ciclo
se reanuda la meiosis (que se había interrumpido en el período embrionario) y en
el ovocito primario tienen lugar la primera división meiótica que originan dos
células: el ovocito secundario, que contiene prácticamente la totalidad del
citoplasma y el primer cuerpo polar. Cuando el ovocito secundario este en
metafase II, se produce el rompimiento del folículo primordial y se expulsa el
ovocito secundario a las trompas uterinas, proceso conocido como “ovulación” y
se vuelve a detener la meiosis.
Si no hay fecundación el ovocito secundario muere en 24 horas. Al producirse la
ovulación, los restantes folículos que estaban en fase de maduración han
empezado a degradarse por falta de estimulación específica. Los folículos
primarios que desaparecen no dejan rastro. En sentido estrictamente biológico, la
denominada ovulación debería llamarse ovocitación por cuanto se expulsa un
ovocito secundario y no un ovulo formado (CTO Medicina y cirugía. Genética,
2011).
7.11 SEXUALIDAD.
La sexualidad, expresada por medio de la masculinidad y la feminidad o identidad
de género, es de interés sólo para los humanos. En la especie humana, la
identidad del sexo tiene importancia tanto social como sicológica y se aprende a
una edad temprana. La sexualidad en otros organismos sólo tiene significado
reproductivo.
Una indicación de la sexualidad es el dimorfismo sexual, (Ver figura 7.27) lo cual
significa que existe diferencia de forma entre los sexos. El dimorfismo
genéticamente controlado ocurre en todos los mamíferos y en varios otros grupos
de animales.
Los niveles hormonales de cada individuo determinan los caracteres sexuales
secundarios e influyen en la sexualidad. Todos los humanos producen hormonas
estrógenos (femeninas) y andrógenas (masculinas). Las hembras producen
principalmente estrógenos y los machos andrógenos y la predominancia de una de
estas hormonas determina el aspecto físico del individuo. Algunos individuos
machos muestran caracteres sexuales exagerados, como las grandes astas del
alce o las carnosidades del pavo.
Un equilibrio hormonal atípico puede hacer que los individuos masculinos sean
afeminados o que los individuos femeninos tengan atributos masculinos. El
aspecto físico no necesariamente influye en la capacidad o interés sexuales
(Fraser, 1999).
315
Figura 7.27 Dimorfismo sexual en aves: Macho y hembra del cóndor.
7.12 APARATO REPRODUCTOR DEL HOMBRE
En la especie humana el hombre tiene la función reproductiva de producir
espermatozoides y depositarlos en la vagina de la mujer. Esto se logra mediante el
aparato reproductor masculino el cual produce espermatozoides y hormonas
sexuales masculinas (testosterona) necesarias para que aquellos se produzcan y
para el desarrollo de las características sexuales secundarias en la pubertad.
Cuando un espermatozoide se fusiona con el óvulo aporta la mitad de los
cromosomas al cigoto y determina su sexo. (Ver Figura 7.28 y 7.29). El aparato
reproductor masculino incluye, entre otras, las siguientes estructuras:
·
·
·
·
Testículos, que producen espermatozoides y la hormona testosterona.
Sistema de conductos que almacenan y transportan los espermatozoides
desde los testículos hacia el exterior del cuerpo.
Glándulas accesorias que producen los componentes líquidos del semen.
Pene u órgano copulador.
Testículos. Los testículos son dos glándulas (gónadas masculinas) que se
desarrollan en la cavidad abdominal del embrión masculino y descienden a un
saco externo, el escroto, lo cual ocurre generalmente antes del nacimiento. La
función del escroto aparentemente consiste en mantener los testículos en un
ambiente más frío que en la cavidad abdominal. Se necesita una temperatura 3 ºC
más baja que la del cuerpo para que los espermatozoides se desarrollen.
316
En casos excepcionales, los testículos no descienden al escroto por lo cual hay
necesidad de una intervención quirúrgica para lograrlo. Si no se corrige la
anomalía los túbulos seminíferos degeneran con el tiempo y el varón queda estéril
por cuanto no puede producir espermatozoides.
Figura 7.28 Aparato reproductor del hombre. Vista frontal.
Cuando la temperatura fuera del saco escrotal es cálida, el saco se adelgaza y
cuelga laxo formando múltiples pliegues mientras que cuando la temperatura
exterior es fría, los músculos que se encuentran por debajo de la piel del escroto
se contraen y acercan los testículos al cuerpo lo cual garantiza una temperatura
testicular relativamente constante.
317
b
a
c
Figura 7.29 Aparato reproductor masculino. a) Vista frontal, b) Corte transversal
del pene. c) Corte transversal del testículo.
Cada testículo está dividido en unos 250 compartimientos denominados lóbulos y
cada uno de ellos posee numerosos túbulos seminíferos que se enrollan
apretadamente. Cada túbulo seminífero tiene alrededor de 80 cm. de largo y los
dos testículos juntos contienen aproximadamente 500 m de túbulos. Los
espermatozoides se producen continuamente dentro de los túbulos. Entre un
túbulo y el siguiente se encuentran las células intersticiales o células de Leydig
que producen la testosterona u hormona sexual masculina ( El Tiempo, 2010).
318
Sistemas de conductos. Las células espermáticas salen de los túbulos
seminíferos de cada testículo y son conducidas al epidídimo, un tubo enrollado de
7 m de longitud aproximadamente, situado en lo alto del testículo. El epidídimo
está rodeado por una capa delgada, circular, de fibras de músculo liso, cuyas
contracciones contribuyen al transporte de los espermatozoides. Se presentan
dos epidídimos, uno sobre cada testículo. Aquí los espermatozoides completan
su maduración y se almacenan hasta que son expulsados en el semen con la
eyaculación o bien se desintegran y se reabsorben por los tejidos adyacentes.
Desde cada epidídimo los espermatozoides pasan al vaso o conducto deferente,
que lleva los espermatozoides a través de la cavidad abdominal. Cada vaso
deferente, sus nervios, arterias y venas acompañantes y el tejido conectivo que los
envuelve constituye el denominado cordón espermático. El corte de los vasos
deferentes (vasectomía) ofrece un método relativamente seguro de control natal.
Los dos vasos deferentes, uno de cada testículo, tienen una longitud aproximada
de 35-45 cm y conectan el epidídimo con los conductos eyaculadores.
Figura 7.30. Esquema que muestra la técnica de la vasectomía en el hombre.
Conductos eyaculadores. Comienzan al final de los vasos deferentes y se juntan
en la uretra dentro de la próstata. Trasportan el semen, el cual durante la
eyaculación se expulsa a través del pene.
319
En el hombre, la uretra es un tubo con doble finalidad: trasportar orina de la vejiga
durante la micción y conducir los espermatozoides de los testículos. En la
eyaculación, el esfínter de la base de la vejiga se cierra a causa de la elevada
presión en la uretra.
Glándulas Accesorias. A medida que los espermatozoides se desplazan por los
conductos se mezclan con las secreciones de tres tipos de glándulas: un par de
vesículas seminales, la próstata única y un par de glándulas bulbouretrales o
de Cowper. Las secreciones de estas glándulas junto con los espermatozoides
constituyen el semen o líquido seminal.
Figura 7.31 Glándulas accesorias del aparato reproductor masculino.
Las dos vesículas seminales descargan en los vasos deferentes un fluido (60% del
líquido seminal) rico en fructosa, vitamina C y prostaglandinas. La fructosa se
utiliza como combustible de la respiración celular dentro de las mitocondrias de los
espermatozoides, suministrándoles ATP para su desplazamiento. Las
prostaglandinas son mensajeros químicos que estimulan las contracciones del
útero, produciendo corrientes de fluidos que conducen los espermatozoides a los
oviductos.
La próstata es una glándula que vierte un líquido lechoso que constituirá el 30%
del volumen del esperma y contiene, enzimas, ácidos grasos, colesterol y sales
para ajustar el equilibrio Ácido-base del semen.
Aún cuando la secreción prostática es ligeramente ácida, el semen es alcalino y
320
así neutraliza el pH normalmente ácido del tracto reproductor femenino.
Las dos glándulas bulbouretrales o de Cowper son pequeñas estructuras en
forma de arveja que se encuentran en la base del pene y secretan un líquido
lubricante (5% del volumen del semen) que ayuda a la penetración del pene
durante el coito y favorece el movimiento de los espermatozoides a lo largo de la
uretra.
Las secreciones de las glándulas accesorias se añaden a los espermatozoides al
contraerse sus envolturas musculares durante la eyaculación y representa casi el
60% del volumen del líquido seminal.
Durante el orgasmo el varón eyacula alrededor de 3,5 ml de semen, del cual, al
menos, el 10% contiene espermatozoides (aproximadamente 400 millones)
aunque solamente uno es suficiente para que haga contacto con el oocito
secundario y se realice la fecundación.
El pene, también denominado falo o miembro viril, es el órgano copulador
adaptado para transferir espermatozoides a la vagina. El pene está formado por
tres masas cilíndricas de tejido eréctil esponjoso (algunas veces denominadas
cuerpos cavernosos), cada una de las cuales contiene numerosos espacios del
tamaño de la cabeza de un alfiler. Dos de estas masas se hallan en la porción
dorsal del pene y la tercera se encuentra por debajo de ellas, rodeando la uretra,
agrandándose en el extremo distal (lejano) formando el glande, el cual posee una
cubierta protectora lisa que se encuentra sobre los tejidos esponjosos.
El extremo basal del pene se agranda y forma el bulbo que está inserto por
debajo de la cavidad pelviana y rodeado por músculos que participan en el
orgasmo. La porción exterior del pene está cubierta por una capa delgada y suelta
de piel que, en su extremo, forma un pliegue que rodea el glande. Este pliegue,
denominado prepucio, a veces se elimina quirúrgicamente (circuncisión) con
frecuencia poco después del nacimiento. La uretra termina en una ranura, el
meato, que se abre en el glande.
El pene del hombre carece de hueso, mientras que algunos mamíferos como los
murciélagos poseen estructuras óseas anexas al pene (huesos peneales).
7.13 APARATO REPRODUCTOR DE LA MUJER
El aparato reproductor femenino produce óvulos, recibe el pene y los
espermatozoides durante el coito, alberga y nutre al embrión durante el desarrollo
prenatal, expulsa al neonato durante el parto y produce leche para el bebé
(lactación). Estos procesos son regulados y coordinados por la interacción de
hormonas secretadas por el hipotálamo, el lóbulo anterior de la hipófisis y los
ovarios.
321
Figura 7.32 Aparato reproductor femenino, vista frontal y lateral.
322
Los principales órganos del aparato reproductor femenino son:
·
·
·
·
·
·
Ovarios, que producen óvulos y hormonas.
Trompas u oviductos, que transportan los óvulos y son los sitios en donde
ocurre la fecundación.
Útero, que obra a manera de incubadora para el feto en desarrollo.
Vagina, que recibe el pene y sirve como canal de parto.
Vulva o estructuras genitales externas, y
Mamas (senos) que nutren al neonato.
Ovarios. Las gónadas femeninas u ovarios producen tanto gametos (óvulos)
como hormonas sexuales. Los ovarios tienen aproximadamente el tamaño y la
forma de almendras grandes y se localizan cerca de las paredes laterales de la
cavidad abdominal; se mantienen en su posición por varios ligamentos de tejido
conectivo.
En la capa externa del ovario se encuentra tapizada por los oogonios los cuales
dan origen a los óvulos. Durante la oogénesis y cuando un oocito se desarrolla,
queda separado de sus células foliculares circundantes por una membrana
gruesa, la zona pelúcida. Las células foliculares mismas proliferan de modo que
el folículo aumenta de tamaño. Conforme esto ocurre dichas células secretan un
líquido, que se acumula en el espacio entre ellas. El tejido conectivo que rodea las
células foliculares contiene células que secretan la hormona sexual esteroide
estradiol.
A medida que el folículo madura se acerca a la superficie del ovario, hasta llegar a
parecer una protuberancia llena de líquido en la superficie ovárica. Por lo general
sólo un folículo madura completamente cada mes. Varios otros pueden
desarrollarse por una semana, y después se deterioran. Permanecen en el ovario
como folículos atrésicos (degradados).
En la ovulación, el óvulo (en realidad un oocito secundario) es expulsado a través
de la pared del ovario hacia la cavidad pélvica. La parte del folículo que queda en
el ovario se transforma en un cuerpo amarillo o cuerpo lúteo, una glándula
endocrina temporal. Si no ocurre el embarazo, el cuerpo amarillo se degrada y
permanece en el ovario como una cicatriz blanca, el cuerpo blanco.
Trompas de Falopio y útero. Cadaovario se une a un oviducto denominado
trompa de Falopio en las mujeres. El extremo abierto de la trompa tiene forma de
fleco con unas estructuras ciliadas, llamadas fimbrias, que se encuentran sobre el
ovario. Las trompas conducen el ovocito hasta el útero, casi inmediatamente
después de la ovulación, mediante contracciones peristálticas de la pared
muscular de la trompa y el batido de los cilios de su revestimiento. Dentro de la
trompa ocurre la fecundación o el óvulo se degrada.
Útero. En una mujer no embarazada, el útero es un órgano hueco, muscular, en
forma de pera, de tamaño ligeramente inferior a un puño (aproximadamente 7 cm.
de largo y 5 cm. de ancho). Reposa casi horizontalmente en la cavidad
323
abdominal, en la parte superior de la vejiga. En el útero o matriz se desarrollará el
óvulo fecundado o cigoto durante los próximos nueve meses. La pared uterina
posee dos capas que corresponden a sus funciones: la capa interna o
endometrio, estrato densamente irrigado por vasos sanguíneos que representará
la porción materna de la placenta y la capa externa o miometrio la cual se
contrae fuertemente durante el parto para expulsar el feto (El Tiempo, 2010).
En el ovario, los folículos secretan estrógenos que estimulan la capa limitante del
útero para que crezca y desarrolle una extensa red de vasos sanguíneos y
glándulas que producen nutrientes. Después de la ovulación, los estrógenos y la
progesterona liberados por el cuerpo lúteo promueven el crecimiento contínuo del
endometrio. Así, si un óvulo es fecundado, encuentra un medio propicio para
crecer. Sin embargo, si el óvulo no es fecundado, el cuerpo lúteo se desintegra,
las concentraciones de estrógenos y progesterona disminuyen y el endometrio
crecido se desintegra. El útero se contrae y elimina el exceso de tejido endometrial
y, en ocasiones, produce dolores menstruales. El flujo que resulta de la expulsión
de este tejido y de la sangre acumulada recibe el nombre de menstruación o
regla.
El extremo más externo del útero está casi cerrado por un anillo de tejido
conectivo, el cervix o cuello uterino. Los espermatozoides pasan a través de
esta abertura en su camino a la trompa. El cervix solo se expande cuando llega el
parto para permitir la salida del feto.
El cuello uterino es un sitio común de cáncer en la mujer. Su detección suele ser
posible con la prueba de Papanicolaou, un proceso sistemático en el cual
durante un examen ginecológico ordinario se raspan unas pocas células del cuello
uterino y son estudiadas al microscopio. Si se detecta cáncer de esa región
anatómica en sus etapas muy tempranas de malignidad, la paciente puede
curarse.
Vagina. La vaginaes un tubo muscular elástico que se extiende desde el útero
hasta el exterior del cuerpo. Funciona como receptáculo de los espermatozoides
durante el coito y como parte del conducto por el cual el neonato deja el cuerpo de
la madre (canal del parto). El revestimiento vaginal contiene abundante
glucógeno que se convierte en ácido láctico por acción de las bacterias
normalmente presentes en la vagina. En consecuencia, el conducto vaginal es
ligeramente ácido, con un pH entre 4 – 5. Dentro de la vagina están las glándulas
de Bartholin, que secretan un líquido lubricante durante el coito.
La vulva. Los órganos genitales externos de la mujer, el clítoris y los labios, se
conocen colectivamente con el nombre de vulva. El clítoris es una estructura
pequeña, alrededor de 2 cm. de largo con dos bulbos que se encuentran a cada
lado de la abertura vaginal. Como el pene masculino, el clítoris contiene tejidos
eréctiles que se hinchan al llenarse de sangre durante la excitación sexual.
324
Figura 7.33. Órganos sexuales externos de la mujer.
El clítoris tiene abundantes terminaciones nerviosas y funciona como centro de
sensación sexual en la mujer. En la vulva se encuentran las aberturas de la vagina
y de la uretra (Meato urinario).
Labios. Son pliegues de la piel que comprenden los labios menores, delgados y
membranosos que rodean las aberturas vaginal y uretral. En posición más externa
que los labios menores se encuentran los labios mayores, más gruesos que
contiene tejido adiposo y conjuntivo, glándulas sebáceas, terminaciones de
nervios sensoriales y músculo liso. En la pubertad empieza a crecer el vello púbico
en sus superficies expuestas, las aberturas de la vagina y la uretra.
En el embrión los labios mayores son homólogos al escroto del varón.
El monte de Venus es la prominencia de tejido adiposo que se halla justo arriba
del clítoris, en la unión de piernas y torso. En la pubertad se cubre de vello púbico
grueso. El himen es un delgado anillo de tejido que algunas veces bloquea
parcialmente la entrada a la vagina.
Las mamas. Tanto los hombres como las mujeres poseen mamas que contienen
glándulas sudoríparas modificadas llamadas glándulas mamarias. En las mujeres
las mamas son mucho más desarrolladas y producen leche después del parto.
Las mamas o senos, que contienen las glándulas mamarias, cubren los músculos
pectorales y se unen a ellos por medio de tejido conectivo. Bandas fibrosas de
tejido llamadas ligamentos de Cooper unen firmemente las mamas a la piel.
325
Cada mama o seno está formada por 15 a 20 lóbulos de tejido glandular, a su vez
subdivididos en lóbulos de tejido conectivo en los cuales están inmersas células
glandulares. Las células secretorias están dispuestas en pequeños grupos
parecidos a racimos de uvas llamados alvéolos. De cada racimo emergen
conductos galactóforos que se unen en un sólo conducto para cada lóbulo, de
modo que la superficie de un pezón tiene de 15 a 20 aberturas. El tejido adiposo
que rodea al lóbulo del tejido glandular determina el tamaño de las mamas y
explica su blandura. El tamaño de la mama no influye en la capacidad de producir
leche. Las mamas son el sitio más común de cáncer en la mujer. (Ver Figura
7.34).
Figura 7.34 Mama o seno de la mujer adulta. Los senos consisten básicamente en
lóbulos y ductos lácteos, grasas y tejido conectivo. La leche es expulsada por el
pezón. El área oscura alrededor del pezón se llama areola.
326
CICLO MENSTRUAL
El ciclo menstrual comprende una serie de fenómenos que modifican
periódicamente el aparato reproductor de las mujeres y de los Primates. Cuando
una niña se acerca a la pubertad, la hipófisis anterior secreta las hormonas
gonadotrópicas, la hormonafolículo estimulante o FSH y la hormona
luteinizante LH, las cuales indican a los ovarios que deben entrar en actividad.
La interacción de dichas hormonas con estrógeno y progesterona de los ovarios
regula el ciclo menstrual que prepara al cuerpo femenino para el posible
embarazo.
Figura 7.35 Las hormonas y el ciclo menstrual. Las hormonas que participan en el ciclo
menstrual son cuatro y tienen diferentes funciones: la FSH estimula la maduración de los
óvulos. El estradiol nutre el revestimiento del útero y activa el desarrollo de los caracteres
sexuales secundarios. La LH determina ovulación y la progesterona estimula la reteción
de los óvulos fecundados. Cada hormona estimula e inhibe la producción de otras
hormonas, aunque esta relación hormonal se interrumpe cuando llega la menopausia. La
producción de LH parece explicar los accesos de calor que suelen sentir algunas mujeres
postmenopáusicas. Tomado de Overmire.
327
Aunque existe amplia fluctuación, un ciclo menstrual típico dura 28 días. El primer
día del ciclo está marcado por el inició de la menstruación, o sea el flujo de
sangre y tejidos del endometrio a través de la vagina. La ovulación ocurre
aproximadamente durante el día 14 del ciclo La palabra menstruación se deriva de
un vocablo latino que significa “luna” ya que en muchas mujeres el período
menstrual dura aproximadamente lo mismo que el mes lunar, 28 días. Dado que
las mareas también tienen una periodicidad de 28 días debido a la influencia lunar,
algunos biólogos afirman que la menstruación es el vestigio de un ciclo
establecido cuando nuestros antepasados vivieron a orillas del mar y fueron
influenciados por las mareas. La menstruación se suspende durante el embarazo
y desaparece poco a poco cuando las mujeres llegan a la menopausia, período
en el que ocurre una reducción de la secreción de las hormonas que controlan el
ciclo menstrual. La menopausia no se relaciona necesariamente con una
disminución del deseo sexual.
Ciclo estral o estro. En las hembras de otros mamíferos diferentes a los
Primates, se presenta un ciclo de receptividad sexual, quizás menos complejo que
el ciclo menstrual, al que se denomina ciclo estral o estro. Los animales que están
en el punto culminante del estro experimentan una intensa pero efímera
compulsión de apareamiento; comúnmente cuando esto ocurre se dice que los
animales están “en calor” o “en celo”.
Antes y después de este breve período, el impulso sexual está latente. A nivel
corporal, el ciclo estral prepara el aparato reproductor de la hembra para la cópula.
No se presenta el complejo desarrollo del recubrimiento uterino (endometrio) que
se observa en el ciclo menstrual. Si no hay fecundación cualquier engrosamiento
preparatorio del endometrio es reabsorbido simplemente por el cuerpo. Las fases
del ciclo están sujetas a la influencia del medio; en algunos animales la expulsión
del óvulo (ovulación) depende de que haya cópula o no.
La mujer constituye una de las pocas especies receptivas a la cópula durante
periodos infértiles. Además, existe evidencia de que en algunas mujeres la
ovulación puede ser causada por el coito (Nelson et al, 1998).
7.14 COPULACIÓN Y FECUNDACIÓN.
Durante la cópula también llamada coito o contacto sexual en el caso del ser
humano, el pene masculino penetra a través de la vulva y deposita el semen en el
extremo superior de la vagina. Este proceso es el resultado de la excitación
sexual, en la que los impulsos nerviosos estimulan las arterias del pene para
dilatarse. Los vasos sanguíneos se llenan de sangre, lo cual hace que el tejido
eréctil se hinche. Esto comprime las venas que llevan sangre lejos del pene,
retardando la salida sanguínea. Así, entra en el pene más sangre de la que sale,
hinchando aún más el tejido eréctil. El pene experimenta una erección, esto es,
328
adquiere mayor longitud, grosor y firmeza lo cual le permite penetrar en la vagina
de la mujer.
La etapa de máxima tensión es el orgasmo y en el hombre se caracteriza por la
eyaculación o expulsión del semen causada por las contracciones de los vasos
deferentes. Una vez en la vagina, el semen continúa su avance hacia el útero y
hacia las trompas de Falopio, en donde habrá de ocurrir la fecundación si hay
disponible un oocito maduro.
Aún cuando un espermatozoide puede nadar varios milímetros por segundo,
posiblemente su desplazamiento hacia las trompas de Falopio es impulsado
también por contracciones musculares de las paredes del útero y de las trompas.
En todo caso, el espermatozoide puede unirse al óvulo 15 minutos después de la
eyaculación. El desplazamiento está acompañado de alta mortalidad de
espermatozoides. De estos solamente uno podrá penetrar en el óvulo y
fecundarlo. (Ver Figura 7.36).
Figura 7.36 Fecundación en humanos. La fecundación consiste en la penetración de las
cubiertas protectoras del óvulo por el espermatozoide móvil, la introducción del núcleo
espermático en el citoplasma ovular y por último, la fusión de los dos pronúcleos para
formación de un solo núcleo diploide. El núcleo de cada gameto se denomina pronúcleo
antes de la fusión.
El anterior tipo de fecundación se denomina “interna” porque se realiza dentro del
organismo de la hembra y es común en los mamíferos. Así mismo, entre los
organismos que depositan huevos amniotas (reptiles, aves y mamíferos
monotremas) la fecundación es interna. En las aves, la fecundación interna se
realiza cuando el macho y al hembra unen sus cloacas (cámaras que reciben los
329
orificios genitales y excretorios) en una variación del coito llamada aposición
cloacal. En este caso el macho carece de pene, pero en algunas aves la cloaca
del macho se proyecta para penetrar en la cloaca de la hembra, como es el caso
del pato.
En una variante de la fecundación interna, los machos de algunas especies
depositan sus espermatozoides en un receptáculo denominado espermatóforo.
Los machos de algunas especies de ácaros y escorpiones simplemente depositan
el espermatóforo en el suelo. Si una hembra encuentra el espermatóforo, se
fecunda a si misma insertándolo en su cavidad reproductora. El calamar macho
levanta su espermatóforo con un tentáculo y lo inserta dentro de la hembra. En
ambos casos, los espermatozoides se liberan dentro del aparato reproductor de la
hembra.
La fecundación interna sólo se realiza cuando los óvulos maduran y se liberan en
el tracto reproductor femenino durante el tiempo limitado en que los
espermatozoides están presentes. La mayoría de los mamíferos copulan solo en
ciertas épocas del año o cuando la hembra da señales de que está lista para
aparearse. La época o la señal con frecuencia coincide con la ovulación o
liberación del óvulo. La copulación desencadena la ovulación en unos cuantos
animales, como en los conejos. Una estrategia alternativa, empleada por muchas
serpientes hembras e insectos es almacenar espermatozoides durante días,
semanas o meses garantizando así la dotación para cuando los óvulos estén listos
(Nason, 1990).
Existen especies animales en las cuales predomina la “fecundación externa”,
que tiene lugar cuando el espermatozoide y el óvulo se unen fuera del organismo,
en su entorno. Numerosas especies piscícolas y de anfibios, así como muchos
invertebrados realizan la fecundación externa; el macho y la hembra están juntos
durante la época reproductiva y liberan sus gametos en el agua. La conducta de
apareamiento garantiza que espermatozoides y óvulos se liberen a la vez y en el
mismo lugar (sincronización temporal y espacial). El espermatozoide nada
entonces a los óvulos y se realiza la fecundación. Los invertebrados marinos, los
peces y las ranas efectúan la fecundación externa.
Otros animales comunican su disponibilidad sexual liberando feromonas en el
agua. Una feromona es una sustancia química liberada por el cuerpo de un
animal que afecta el comportamiento de un segundo animal. Las feromonas
sincronizan el desove de muchos invertebrados inmóviles o perezosos, como los
mejillones y las estrellas de mar. En general, cuando una hembra desova
igualmente libera una “feromona de apareamiento” en el agua la cual es detectada
por los machos cercanos que liberan rápidamente millones de espermatozoides.
La sincronización por sí misma no garantiza la reproducción eficaz. Los corales,
las estrellas de mar y los mejillones pierden cantidades enormes de
espermatozoides y óvulos debido a que son liberados de manera muy distinta. En
algunas especies de animales móviles, la sincronización temporal y espacial
330
puede garantizarse por una conducta de apareamiento. Por ejemplo, la mayor
parte de los peces tienen un ritual de cortejo en el que macho y la hembra se
acercan entre sí y liberan sus gametos en el mismo lugar y al mismo tiempo.
Las ranas efectúan este ritual asumiendo una conducta de apareamiento
característica denominado amplexo. En las orillas de las charcas y de los ríos el
macho monta a la hembra y comienza a oprimir los costados de ésta con los
gruesos cojinetes de sus pulgares. Tan pronto como la hembra expulsa una
cadena de huevos en respuesta a los apretones, el macho libera sobre los huevos
el semen, de modo que la fecundación ocurre en el entorno de la pareja en
amplexo.
FECUNDACIÓN EN LA ESPECIE HUMANA
Para que ocurra la fecundación en la mujer se debe producir el encuentro entre el
ovocito secundario expulsado en la ovulación y un espermatozoide proveniente del
semen depositado en la vagina durante la eyaculación. Este encuentro
normalmente se realiza en el tercio superior de la trompa de Falopio.
Figura 7.37. Penetración del espermatozoide en el óvulo.
En este momento se reanuda y completa la división meiótica y se libera el
segundo cuerpo polar. Entonces el óvulo fecundado contiene el genoma haploide
(n) proveniente de cada gameto, el cual se denominará pronúcleo femenino o
pronúcleo masculino según provenga del ovocito o del espermatozoide. Los
pronúcleos se ubican en la corteza del ovocito y luego migran al centro donde se
alinearán los cromosomas paterno y materno en el plano ecuatorial del huso
mitótico.
331
De esta manera, se produce una asociación de los cromosomas parentales,
proceso que se denomina singamia, que culminará en la formación del núcleo
diploide (2n) de la nueva célula llamada cigoto (Manual CTO de Medicina y
Cirugía. Genética, 2010).
Figura 7.38. Localización del proceso de fecundación en la trompa de Falopio.
7.15 HERMAFRODITISMO.
En la reproducción sexual, generalmente intervienen dos progenitores: uno
masculino y otro femenino. No obstante, se presenta una excepción y es el
denominado “hermafroditismo”, en el que un solo progenitor produce tanto
óvulos como espermatozoides.
La mayor parte de los animales hermafroditas intercambian gametos con otros
individuos de su misma especie, lo cual permite conservar las ventajas de la
recombinación genética, tal como sucede con la lombriz de tierra. Sin embargo, en
ciertas especies es necesaria la autofecundación, es decir, que se fecunden los
óvulos con los espermatozoides de un mismo individuo. Estos animales, que
332
incluyen tenias y muchos caracoles acuáticos, están relativamente inmóviles y se
pueden encontrar aislados de otros miembros de su misma especie. Obviamente,
bajo estas circunstancias la capacidad de autofecundarse es ventajosa.
Figura 7.39. Esquema de un corte lateral de la lombriz de tierra. Ejemplo de animal
hermafrodita.
En la especie humana, el hermafroditismo en sentido estricto no se presenta, pues
científicamente no se ha reportado el caso de una persona que presente
simultáneamente ovarios y testículos funcionales. En contadas ocasiones se
presentan casos denominados de “pseudohermafroditismo o ambigüedad
sexual” un problema de las glándulas suprarrenales que se manifiesta en la
defectuosa diferenciación de los órganos genitales externos o internos de un
recién nacido. Esto significa que los órganos sexuales del bebé no indican con
exactitud si se trata de un niño o una niña.
333
Figura 7.40 Fotografía que muestra un caso de pseudohermafroditismo o
ambigüedad sexual en humanos.
7.16 VARIANTES DE LA REPRODUCCIÓN
En numerosas especies el método reproductivo es muy particular y no encaja
completamente dentro del patrón clásico, bien sea del sistema sexual o del
asexual, por lo que suelen considerarse como una variante de la reproducción.
Las variantes reproductivas más conocidas son: metagénesis, partenogénesis,
poliembrionía y apomixis (Curtis y Barnes, 2000).
7.16.1 Metagénesis
Se denomina metagénesis la condición presentada por las especies que se
pueden reproducir tanto por la vía sexual como por la vía asexual. Es típica de
animales que poseen fases inmóviles (o colonias) y fases móviles. Un ejemplo
representativo de la metagénesis son los cnidiarios que comprenden animales
acuáticos y en su mayor parte marinos que se caracterizan por la variedad de
formas extraordinarias y hermosas, todas consideradas variaciones de dos
estructuras corporales básicas: el pólipo y la medusa. Ver figura 7.41
El pólipo, generalmente tubular, posee un apéndice con el que se sujeta al
sustrato y tentáculos que se proyectan hacia arriba, y está adaptado a una vida
sedentaria adhiriéndose a las rocas, en las que espera a sus presas como una flor
depredadora. Por otro lado, la medusa o “aguamala” nada débilmente contrayendo
su cuerpo en forma de campana y su principal medio de transporte son las
corrientes marinas, arrastrando sus tentáculos como redes de pescar.
334
Figura 7.41. La metagénesis en Obelia, un celenterado (Cnidaria). La medusa es una
forma de vida libre. El pólipo forma parte de una columna fija. Ambos son diploides.
Tomado de Overmire.
Algunos pólipos y medusas producen por gemación (reproducción asexual)
pequeñas replicas de sí mismas. La reproducción sexual comprende la fusión de
espermatozoides y óvulos que se liberan en el agua o permanecen dentro del
progenitor. El óvulo fecundado frecuentemente se desarrolla en una etapa larvaria
ciliada librenatatoria que se estaciona y se convierte en un pólipo minúsculo.
7.16.2 Partenogénesis
La partenogénesis es el tipo de reproducción en el que los óvulos se desarrollan
sin ser fecundados y de esta forma el organismo puede llegar a la etapa adulta. En
otros términos, las hembras originan descendencia sin ser fecundadas por los
machos.
En la especie humana, la partenogénesis consiste en la producción de una masa
celular denominada partenote a partir de un gameto femenino no fecundado. De
este partenote se pueden aislar células madre embrionarias. Los óvulos de
mamíferos pueden activarse artificialmente empleando métodos químicos o
físicos “in vitro”. Puede originar células haploides con solo un juego de
cromosomas (n) porque el gameto femenino de que deriva era de constitución
335
cromosómica normal. O puede ser diploide (2n) si se deriva de un gameto
femenino “no reducido”, es decir de constitución cromosómica diploide (2n). Este
puede darse también artificialmente mediante activación con compuestos que
inhiben el segundo cuerpo polar. (Overmire, 2008).
En la mayoría de las especies, los óvulos no fecundados que envejecen “in vivo” o
“in vitro” no se activan espontáneamente. Hay evidencia confirmada que los óvulos
partenogénicos no llegan a desarrollarse a término como un embrión: no lo son de
hecho. Un óvulo activado se distingue del verdadero cigoto principalmente porque
carece de la impronta paterna del genoma. Sin embargo, las células
partenogénicas son capaces de diferenciarse hacia células normales si se les
sitúa en el entorno adecuado: formando parte de un híbrido al agregarlas a un
blastocito en desarrollo.
Figura 7.42. Tipos de partenogénesis. El desarrollo de óvulos no fecundados o
partenogénesis, puede ocurrir al mínimo en tres formas : a) El embrión se
desarrolla a partir de un ovulo haploide, como en los zánganos de las abejas. b)
La fase de división reducción en la meiosis se inhibe, lo que produce un gameto
diploide como en los áfidos. Y c) la fase de la duplicación en la meiosis puede
ocurrir dos veces y no solo una dando como resultado gametos diploides como
ocurre en algunos tipos de lagartijas. (Los círculos pequeños del esquema
corresponden a cuerpos polares). Tomado de Overmire
La técnica de partenogénesis como alternativa a la llamada clonación terapéutica,
podría proporcionar células madre embrionarias de mujeres premenopáusicas.
ahora bien, el hecho de tener dotación genética de dos juegos de cromosomas
iguales hace que la variabilidad en las proteínas de membrana sea escasa y por
tanto menor el posible rechazo inmune. Se plantea ya la creación de un banco de
336
células madre
tratar.
embrionarias individuales y específicas para cada paciente
a
7.16.3 Poliembronía.
Literalmente el término poliembronía significa numerosos embriones y hace
referencia a la formación de varios embriones a partir de un cigoto único u óvulo
fecundado. La poliembronía se puede presentar tanto en animales como en
vegetales. En animales, el caso más conocido de poliembronia ocurre en los
armadillos o cachicamos (Dasypus novemcinetatus) cuyas hembras paren varias
crías todas del mismo sexo, compartiendo una placenta común y procedentes
todas ellas de un óvulo único. El fenómeno se debe a una escisión repetida de un
embrión único inicial en una fase temprana del desarrollo. En la especie humana
se produce una variante de la reproducción como es la formación de gemelos
idénticos monocigóticos. Ver figura 7.43.
Figura 7.43. Esquema que compara la formación de los gemelos idénticos y los gemelos
fraternos.
337
338
En el desarrollo embrionario y en la fase temprana de blástula, si los blastómeros
están físicamente separados en dos grupos, cada uno de ellos puede desarrollar
su propio embrión. Aun cuando los dos embriones provienen del mismo cigoto,
ellos serán gemelos idénticos genéticamente. Los gemelos fraternos (mellizos) se
presentan cuando dos o más óvulos independientes son fecundados por sendos
espermatozoides. Así, mientras los gemelos idénticos son siempre del mismo
sexo, los gemelos fraternos tienen un 50% de probabilidad de ser el mismo sexo
(Starr y Taggart, 2004).
PALABRAS CLAVES
Mitosis
Meiosis
Haploide
Diploide
Sinapsis
Entrecruzamiento
Necrosis
Citocinesis
Cariotipo
Cromátida
Apomixis
Apoptosis
Totipotencialidad
Injerto
Clon
Espermatogonio
Poliembrionía
Homólogo
Oogonio u Ovocito
Mutagénesis
Ciclo estral o estro
Hermafrodita
Ciclo menstrual
Partenogénesis
339
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341
UNIDAD 8.
MICROBIOLOGIA Y PARASITOLOGÍA HUMANA
INTRODUCCIÓN
La microbiología es el estudio de los microorganismos, un grupo amplio y diverso
de organismos microscópicos que existen como células aisladas o asociadas. Se
conocen alrededor de 500.000 especies de microorganismos. (Brock y Madigan,
1993).
La microbiología humana es una disciplina aplicada que trata de los
microorganismos en cuanto son capaces de producir enfermedades en el ser
humano. Incluye las bacterias, hongos, virus, protistas, helmintos y artrópodos, de
los cuales los dos primeros se consideran netamente como microbios patógenos y
los dos últimos, como parásitos. Los virus, agentes infecciosos de estructura
subcelular, por su tamaño submicroscópico, se agrupan con los primeros, y los
protistas gozan de una posición intermedia o ambivalente, pues, si bien por su
tamaño se incluyen entre los microbios, se acostumbra estudiarlos con los
parásitos.
La microbiología gira en torno a dos temas fundamentales, uno básico y otro
aplicado:
1. Como ciencia biológica básica, la microbiología ha logrado alcanzar el
conocimiento avanzado que ahora se tiene de las bases físicas y químicas
de la vida. Se debe en parte a que las células microbianas comparten
muchas propiedades bioquímicas con las células de organismos
pluricelulares. El hecho de que las células microbianas puedan crecer hasta
alcanzar una elevada densidad de cultivo en el laboratorio y sean
fácilmente manipuladas en estudios bioquímicos y genéticos, hace de ellas
excelentes modelos para el conocimiento de las funciones celulares en
organismos superiores.
2. Como ciencia biológica aplicada, la microbiología trata de muchos
problemas prácticos importantes en la medicina, la agricultura y la industria.
Muchas de las enfermedades más importantes del hombre, de los animales
y de las plantas, son producidas por microorganismos, los cuales también
desempeñan una función destacada en la fertilidad del suelo y en la
producción de animales domésticos. Además, muchos procesos industriales
y biotecnológicos a gran escala, como la producción de antibióticos o de
342
proteínas humanas, se basan en la utilización de microorganismos. Muchos
procesos a nivel industrial se fundamentan en la microbiología y se
clasifican bajo la denominación de BIOTECNOLOGÍA.
Es evidente la importancia de los microorganismos porque sin ellos las formas
superiores de vida nunca habrían surgido ni podrían mantenerse en la actualidad.
Además, los hombres, las plantas y los animales están íntimamente ligados a las
actividades microbianas en cuanto al reciclado de los nutrientes esenciales o a la
degradación de materia orgánica. En efecto, ninguna otra forma de vida tiene una
importancia similar a la de los microorganismos en el mantenimiento de la vida
sobre la Tierra. Los microorganismos existieron en la Tierra durante miles de
millones de años antes de que aparecieran las plantas y los animales y sus
características fisiológicas los convierten en los mayores químicos de la Tierra.
Ellos han establecido relaciones con los organismos superiores que pueden ser
muy beneficiosas o extremadamente dañinas.
8.1 CARACTERIZACIÓN Y CLASIFICACION DE LOS MICROORGANISMOS
Como se ha señalado en la Unidad 2 (sección 2.5.2) todos los seres vivos se
pueden dividir en dos tipos celulares básicos: procariotas y eucariotas, con base
en diferencias fundamentales de la estructura celular.
La principal diferencia estructural entre procariotas y eucariotas, además del
tamaño, reside en las diferentes estructuras nucleares. El núcleo de los eucariotas
está rodeado por una membrana nuclear, contiene varias moléculas de ADN y se
divide por el proceso bien conocido de la mitosis. En contraste, la región nuclear
procariotica no está rodeada por una membrana y consta de una sola molécula de
ADN cuya división no es mitótica. Las bacterias son los únicos procariotas.
El estudio de la evolución molecular, muestra que existen dos grupos de
procariotas evolutivamente distintos, las eubacteriasy las arqueobacterias. (Las
arqueobacteriashan recibido el nombre formal de Archaea). Estos dos grupos, a
su vez, son evolutivamente distintos de los eucariotas. Las Eubacterias y las
arqueobacterias difieren en muchos aspectos importantes y se consideran que
divergieron en la historia de la vida en la Tierra. Debido a que todas las células de
los protistas, hongos, plantas y animales son eucarióticas se ha considerado en
forma general que los microorganismos eucarióticos fueron los precursores de los
organismos superiores, en tanto que los procariotas representan una arma que
nunca superó la etapa microbiana (Starr y Taggart, 2004).
Los estudios de las diferencias genéticas entre eubacterias, arqueobacterias y
eucariotas, sugieren que los tres grupos divergieron temprano en la historia de la
Tierra a partir de un organismo ancestral común, el “ancestro universal”.
343
Animalia
Plantae
Fungi
Protista
EubacteriasEucariotas
Arqueobacterias
Ancestro universal
Origen de la vida
Figura 8.1 Evolución de los seres vivos basada en la estructura del ARNr. Tomado de:
Brock y Madigan, 1993
CLASIFICACION. Clasificar los microorganismos bajo un ordenamiento de
aceptación universal es casi imposible, teniendo en cuenta su aplicación en
aspectos tan disímiles como la medicina, la industria (alimentaria, farmacéutica), la
agricultura, la ganadería y demás.
No obstante, como esta obra está dirigida a estudiantes universitarios del
programa académico de Enfermería, se adopta la clasificación de los
microorganismos propuesta por Pumarola et al en su texto “Microbiología y
parasitología médica” y considerada en la tabla 9.1.
8.2 INTERACCIONES MICROORGANISMO - HUESPED
El organismo humano está en contacto continuo con microorganismos, de los
cuales existen literalmente miles de millones dentro y sobre el cuerpo humano y la
mayor parte desempeñan un papel benéfico; más aún, en ocasiones son
indispensables para la salud general de la persona. Estos organismos se
denominan en forma colectiva como microbiota “normal” y representan a especies
que se han desarrollado en una relación intima con ciertos tejidos del cuerpo
humano.
344
DOMINIO
BACTERIA
EUCARIA
REINO
EUBACTERIA
PROTISTA
FUNGI
ANIMALIA
SUPERPHYLLUM
METAZOA
(PARASITOS)
PHYLLUM
DIVISION
GRACILICUTES (Bacterias
gramnegativas)
FIRMICUTES
grampositivas)
(Bacterias
TENERICUTES (Bacterias
sin pared celular)
MENDOCICUTES
(Arqueobacterias)
PROTOZOA
ASCOMYCOTA (hongos con
ascas)
SARCODINA
(Protozoarios
ameboides)
BASIDIOMYCOTA (hongos
con basidio)
MASTIGOPHORA
(Protozoarios flagelados)
ZYGOMYCOTA (hongos del
pan)
CILIOPHORA (Ciliados)
OOMYCOTA
acuáticos)
APICOMPLEXA
(Esporozoarios)
PLATYHELMINTHES
(gusanos planos)
NEMATODA
cilíndricos)
(gusanos
(hongos
DEUTEROMYCOTA
(hongos imperfectos)
ARTHROPODA:
Insecta
(insectos)
Arachnida (garrapatas)
Tabla 8.1. Organismos de especial interés en microbiología.
Adaptado de Brock y Madigan, 1993.
Un parásito es un organismo que vive dentro o sobre un segundo organismo
llamado huésped. En ocasiones, el parásitopuede tener un ligero, o ningún efecto
perjudicial sobre el huésped. Otras veces, sin embargo, el parásito daña al
huésped o entraña algún peligro para él; estos organismos se denominan
patógenos. Las relaciones entre el huésped y los parásitos son dinámicas, dado
que cada uno modifica las actividades y las funciones del otro. El resultado de la
relación huésped-parásito depende de la patogenicidad del parásito, esto es, en
su capacidad para ocasionar algún daño y en la resistencia o susceptibilidad del
huésped.
Virulencia es un término cuantitativo que se utiliza para indicar el grado de
patogenicidad del parásito y se expresa como la dosis o cantidad de células que
pueden provocar una respuesta patológica en un periodo determinado de tiempo.
Ni la virulencia del parásito, ni la resistencia del huésped son factores constantes;
sin embargo, cada uno de ellos varía bajo la influencia de factores externos o
345
como resultado de las relaciones huésped-parásito por sí mismas.
Infección se refiere al crecimiento de microorganismos dentro del huésped.
Infección no es sinónimo de enfermedad, porque la infección no siempre ocasiona
algún perjuicio o daño al huésped, aún sí el patógeno es potencialmente virulento.
En un estado de enfermedad, el huésped se daña en alguna forma, en tanto que
la infección se refiere a cualquier situación en la que un microorganismo se ha
establecido y se desarrolla en un huésped, tanto si el huésped sufre o no algún
perjuicio.
La capacidad para causar una enfermedad infecciosa es una de las propiedades
más notables de los microorganismos. La comprensión de las bases fisiológicas y
bioquímicas de las enfermedades infecciosas ha llevado a las medidas
terapéuticas y preventivas que han influido tanto en la medicina y en el quehacer
humano.
Los parásitos patógenos que afectan al cuerpo humano incluyen bacterias, hongos
y virus. Las primeras se estudian en Bacteriología, los segundos en Micología y
los terceros en Virología. La parasitología clínica sólo se limita al estudio de los
parásitos del reino animal, a saber, protozoos, helmintos y artrópodos (Pumarola
et al, 1994).
8.3 BACTERIOLOGÍA: CONCEPTOS BÁSICOS
De todos los organismos, las bacterias son las más diseminadas y abundantes.
Miles de tipos viven en diversos sitios, como desiertos, manantiales calientes,
glaciares y mares. ¡Algunos han perdurado durante millones de años a 2780
metros por debajo de la superficie de la tierra! Miles de millones viven en pedazos
de tierra enriquecida. Los que habitan en el intestino humano y sobre la piel son
más numerosos que las células del organismo. Las células procariotas tienen la
historia evolutiva más prolongada. La línea evolutiva de cualquier especie conduce
inexorablemente a sus ancestros procariotas. Desde Escherichia coli hasta las
amibas, caracoles, perros, aguacates, todos los organismos están
interconectados, sin importar su tamaño, número y etapa evolutiva (Jokeik et al,
1984).
8.3.1 Tamaños y formas.
En general el tamaño de las bacterias es microscópicamente pequeño. Su ancho y
su longitud se encuentran entre 0.5 y 1 micrómetros en promedio, aunque algunas
especies llegan a medir hasta 10 micrómetros. Aunque existen millares de
especies diferentes de bacterias, los organismos individuales presentan tres
formas generales típicas:
346
v Oval o esférica: las bacterias se denominan cocos y manifiestan modelos
de agrupación que son útiles para su identificación.
v Cilíndrica, fusiforme o en forma de bastón: llamadas bacilos y la mayor
parte no se agrupan como los cocos. Los extremos de estas células pueden
ser redondeados (lo más frecuente), cuadrados, afilados ó biselados.
v Espiral o helicoidal: los espirilos presentan una o más vueltas en espiral
(pleomórfica) en su cuerpo.
Estas formas bacterianas simples cambian a menudo. Por ejemplo, los cocos
también pueden ser ovoides o aplanados, y los bacilos pueden ser delgados
(como fibras) o con forma de huso (como cigarros). Las extensiones superficiales
dan a algunas especies apariencia de estrellas. Ciertas especies cuadradas viven
en estanques salinos en Egipto. Además, cuando las células hijas se dividen, en
ocasiones se unen formando cadenas, racimos u otro tipo de agregados. Algunas
especies en espiral son curvas como una coma, y otras son flexibles o se
asemejan a sacacorchos tiesos (Brock y Madigan, 1993).
Figura 8.2. Principales formas de las bacterias
La palabra procariota significa que estas células ya estaban allí antes de la
evolución de la célula nucleada (del griego pro, antes, y carion, núcleo). Pocas de
ellas tienen compartimientos recubiertos de membrana de cualquier tipo para
aislar eventos metabólicos; las reacciones tienen lugar en el citoplasma o la
membrana plasmática. Por ejemplo, la síntesis de proteínas ocurre en los
ribosomas que se encuentran distribuidos en todo el citoplasma o unidos a la cara
interna de la membrana plasmática. La simplicidad estructural no significa que las
células procariotas sean inferiores a las eucariotas. Son diminutas y se reproducen
bastante rápido y, por lo tanto, no requieren de gran complejidad interna.
347
8.3.2 Metabolismo y nutrición.
Todo organismo requiere energía y carbono del entorno, que son fundamentales
para su nutrición. La mayoría de las bacterias de interés clínico son heterótrofas,
es decir, requieren nutrientes ya elaborados.
Unas pocas bacterias son
fotoautótrofas y otras son quimiolitróficas.
Las especies fotoautótrofas sintetizan compuestos orgánicos a través de la
fotosíntesis, son organismos que “se alimentan a sí mismos “y obtienen energía de
la luz. Utilizan la luz solar para obtener energía y bióxido de carbono como fuente
de carbono. Los mecanismos fotosintéticos forman parte de su membrana
plasmática. Algunos de los organismos fotosintéticos utilizan los electrones y el
hidrógeno de las moléculas de agua para las reacciones de síntesis y liberan
oxígeno como producto de desecho. Otros son anoxigénicos estrictos y mueren en
presencia de oxígeno. Obtienen electrones del hidrógeno de compuestos
inorgánicos, como el hidrógeno gaseoso y el sulfuro de hidrógeno.
Las bacterias quimiolitróficas requieren de carbono orgánico para crecer y este
deberá encontrarse en una forma que puedan asimilar. La fuente de carbono y
energía frecuentemente utilizada por las bacterias son los carbohidratos; de los
cuales el más aceptado es la glucosa. Otros son lactosa, sacarosa, sorbitol,
inositol, arabinosa, dulcitol, Ramnosa y celobiosa.
Es importante señalar que además de ser útiles como fuente de carbono y
energía, los carbohidratos sirven para identificar a las bacterias, ya que algunas
metabolizan unos, pero no otros y viceversa. En el laboratorio el estudio de la
fermentación de carbohidratos se logra preparando un medio de cultivo líquido que
contenga todos los nutrientes excepto el carbohidrato a investigar, el cual se
agrega a una concentración de 1 % con un indicador de pH (generalmente rojo de
fenol). Si la bacteria degrada el carbohidrato, producirá ácidos orgánicos, como
acético, propiónico, butírico, láctico, pirúvico, etc., que acidificaran el medio y
cambiarán el indicador a un color amarillo.
El nitrógeno necesario para que las bacterias sinteticen sus proteínas y ácidos
nucleicos lo obtienen de los nitratos, nitritos, nitrógeno gaseoso, amoniaco o de los
radicales amino (R-NH2 ) de los aminoácidos.
La fuente de azufre necesaria para la síntesis de algunas proteínas y coenzimas la
obtienen la mayor parte de las bacterias a partir del ion sulfato (SO =4); de la
misma menera, el fósforo necesario para la formación de ácidos nucleicos, ATP y
coenzimas se agrega al medio como ion fosfato (PO=-4) y se asimila como fosfato
inorgánico libre (Pi).
Los minerales necesarios para muchas funciones con actividad de enzima o
coenzima deben agregarse a los medios, algunos en cantidades relativamente
altas, como sodio, hierro, potasio, magnesio y calcio; otros en menores
348
cantidades, como manganeso, molibdeno, cobalto, zinc, y cobre.
Como factor de crecimiento se agregan a los medios de cultivo extracto de
levadura, suero o sangre de diversos orígenes (Burgos y Romero Sevilla, 1998).
8.3.3 Crecimiento y reproducción
Cuando las bacterias se inoculan en un medio apropiado y se incuban en las
debidas condiciones, se verifica un enorme incremento de su número en un
tiempo relativamente corto. Algunas especies alcanzan el máximo de población
dentro de las 24 horas, aunque requieren un período mucho más largo de
incubación. El término crecimiento, aplicado a las bacterias y otros
microorganismos, se refiere comúnmente a las variaciones en el número total de
células, y a no a los cambios que experimentan los organismos individuales. Lo
más frecuente es que el material de inoculación contenga miles de organismos; de
modo que por crecimiento se entiende el aumento del número de células sobre el
que contenía el material original de siembra. La determinación del crecimiento
requiere, pues, la estimación cuantitativa de la producción de células.
Reproducción. La mayor parte de las bacterias se reproducen mediante una
modalidad de reproducción asexual denominada fisión binaria o fisión
transversal (Ver unidad 7). El resultado de este proceso reproductor es que la
célula individual se divide en dos, después de formarse un tabique transversal que
separa los contenidos celulares. Las modificaciones morfológicas que conducen a
la fisión binaria implican que los elementos nutritivos del medio pasan al interior
de la célula por un proceso selectivo. Los sistemas enzimáticos de la bacteria
convierten entonces los compuestos químicos (nutrientes) que han sido asimilados
en el material citoplasmático específico del organismo particular. Se produce un
aumento de la sustancia nuclear, a la que sigue el alargamiento de la célula (más
evidente en los bacilos que en los cocos). El contenido de la célula experimenta
una reorganización para distribuirse en las dos células formadas al constituirse el
tabique transversal o septum, que se desarrolla por invaginación de la membrana
citoplasmática.
Se admite que la germinación de las de las endosporas bacterianas productoras
de células vegetativas no es una modalidad de reproducción en el sentido de
multiplicación. Cada espora da origen a una célula, de modo que este proceso no
supone aumento de la población total (Pelczar, 1998).
8.3.4 Medios de cultivo
Las bacterias presentes en un material patológico necesitan una serie de
compuestos para su desarrollo (una fuente de carbono, nitrógeno, elementos
minerales y factores de crecimiento). Un medio de cultivo es un sustrato o solución
de nutrientes, en los que crecen y se multiplican los microorganismos en el
laboratorio, con objeto de aislar las diferentes especies bacterianas, proceder a su
349
identificación y llevar a cabo una serie de estudios complementarios.
Los compuestos energéticos pueden ser suministrados por sustancias nutritivas
provenientes de la maceración de la carne y vísceras, u órganos vegetales. Los
aminoácidos o péptidos son aportados por las peptonas, que contienen todos los
productos de degradación de las proteínas, sin vitaminas y su composición exacta
es variable según el tipo de sustrato y la enzima utilizados (pepsina, tripsina o
papaína). Los factores de crecimiento son suministrados por maceración y la
adición de sangre, suero, extracto de levaduras, líquido ascítico.
Además a un medio de cultivo se le debe proporcionar una temperatura y presión
atmosférica adecuadas, un pH óptimo y en algunos casos, una determinada
presión osmótica.
Los medios de cultivo pueden dividirse según diferentes criterios: consistencia,
origen, composición, utilización. Por su consistencia: los medios de cultivo
pueden ser líquidos o sólidos.
Medios líquidos: se les denomina caldos y contienen los nutrientes antes citados,
con adición de algún tampón, capaz de mantener el pH adecuado. Entre los más
empleados están el caldo común o caldo nutritivo, caldo tioglicolato, el agua de
peptona y otros. En los caldos las bacterias crecen sin formar colonias, por lo que
no son útiles como medios de aislamiento pero sí para el estudio del metabolismo
bacteriano. Ejemplo: en las pruebas de fermentación de carbohidratos.
Medios sólidos: un medio sólido se prepara añadiendo agar-agar (sustancia
inerte polisacárida y gelificante obtenida de las algas) a un medio líquido
determinado. En estas condiciones el medio se solidifica o gelatiniza y se conoce
como agar. Este conjunto convenientemente esterilizado, se vierte en una placa de
Petri o en tubos. Las exigencias nutritivas y las condiciones físico-químicas son
similares a las de medios líquidos. Pero a diferencia de ellos, presentan la
posibilidad de obtener colonias aisladas, siempre que la cantidad de inoculo este
suficientemente diluida. En este caso se puede observar la existencia de colonias
separadas unas de otras, y cada una constituye un clon (conjunto de bacterias que
provienen de una célula madre, con el mismo patrimonio hereditario y las mismas
características fisiológicas).
350
Figura 8.3. EL medio sólido agar es el que más se utiliza en el laboratorio para el
cultivo de bacterias.
Cuando se siembran inóculos en medios sólidos se puede observar que en ellos
crecen multitud de bacterias formando colonias. Este hecho permite utilizar los
medios sólidos para el aislamiento de las bacterias. Además muchos géneros y
especies bacterianas producen colonias características en cuanto a tamaño, color,
bordes, elevación, consistencia, cuando crecen sobre determinados medios de
cultivo lo cual es de gran ayuda para su identificación.
Por su composición: los medios pueden ser simples y enriquecidos.
Los medios simples son aquellos cuya única finalidad es el crecimiento de os
microorganismos poco exigentes. Pueden ser líquidos como el agua de coco, de
enriquecimiento, para conseguir una gran cantidad de bacterias a partir del inóculo
efectuado (caldo común, agua gelificante, agar simple).
Los medios enriquecidos son medios simples a los que se añaden ciertos
productos como sangre, suero, glucosa y otros que permiten el aporte de factores
de crecimiento o sustancias que neutralizan agentes inhibidores del crecimiento,
en bacterias exigentes. Son diferentes para cada tipo de bacterias (Jawetz, 1999).
351
8.3.5 Estructura de la célula bacteriana
Ver sección 4.9.
8.3.6 Formas especiales de las bacterias.
Protoplastos y esferoplastos. En condiciones normales, la membrana
plasmática se mantiene presionada contra la pared debido a la acción de la
presión osmótica interna, superior a la externa. Cuando se degrada la pared
mediante la lisozima o se bloquea su síntesis en bacterias en crecimiento, se
produce la lisis celular. Por tanto, la pared evita la lisis celular y permite a la
bacteria crecer en entornos con presiones osmóticas muy variables. También es
suficientemente rígida como para conferir a las células bacterianas su forma
característica.
En un medio suficientemente hipertónico, la contracción celular hace que la
membrana se separe de la pared (plasmólisis). (Esto demuestra la existencia de
una pared independiente, sobre la que suele apoyarse la membrana debido a la
turgencia). Además, en ese medio (p. ej., sacarosa al 20% o KCl 0,5 M) la
digestión de la pared no acarrea la lisis, sino la formación de una esfera
osmóticamente sensible. Cuando proceden de organismos grampositivos, estas
esferas se denominan protoplastos (constituidos por la membrana plasmática y
su contenido), y cuando proceden de organismos gramnegativos, esferoplastos
(que además poseen una membrana externa fragmentada). Tanto los unos como
los otros mantienen una concentración intracelular adecuada de pequeñas
moléculas merced a la función de la membrana plasmática, y pueden crecer
durante cortos períodos de tiempo (sin división celular) y regenerar la pared. Son
útiles para llevar a cabo experimentos de transferencia genética que no podrían
realizarse en presencia de la pared (De la Rosa, 1997).
Esporas. Las esporas bacterianas (También denominadas endosporas) son
células diferenciadas que se forman dentro de una célula vegetativa; contienen un
genoma encerrado en un compartimiento aislante y deshidratado, que hace que el
metabolismo celular se interrumpa (Son criptobióticas) y la célula resista la acción
de diversos agentes letales, pero permite que, cuando el medio sea adecuado, la
célula germine. Las esporas se forman por invaginación de una doble capa de
membrana celular, que se pliega sobre sí misma encerrando en su interior un
cromosoma y una pequeña porción de citoplasma. Entre ambas capas se
sintetizan la fina pared de la espora y una corteza más gruesa, con un
peptidoglucano mucho menos entrecruzado. En el exterior de la corteza hay una
cubierta proteica, con abundantes enlaces disulfuro. La síntesis selectiva, la
hidrólisis y la acumulación de metabolitos en su interior dan lugar a un núcleo que
contiene los complementos de los constituyentes estables estrictamente
necesarios para reiniciar el crecimiento.
Los únicos organismos capaces de formar esporas son los oxigénicos Bacillus, los
anoxigénicos Clostridium y algunas sarcinas y actinomicetos. Todos estos
352
organismos son gram positivos, lo que demuestra que la posibilidad de esporular
depende de la capacidad para desarrollar una pared gruesa.
Al contrario de las esporas de los hongos y la semilla de los vegetales, organismos
inmóviles y relativamente grandes, cuya función principal es la propagación de las
especies , las esporas de las bacterias sirven para garantizar su supervivencia en
condiciones adversas: calor, desecación, congelación, productos químicos tóxicos
y radiación. Pese a que el principal foco de atención ha sido la resistencia al calor,
probablemente la función principal de las esporas en la naturaleza es la
supervivencia en situaciones de deshidratación. Se han aislado organismos
del género Bacillus en muestras de suelo almacenadas durante más de 300 años.
Cubierta externa
de la espora
Esporangio
(Célula madre)
Figura 8.4. Gráfica de una espora bacteriana.
Las esporas tienen importancia en bacteriología médica como agentes causales
de una serie de enfermedades, y también porque son las células más difíciles de
destruir en el proceso de esterilización (Brock y Madigan, 1993).
8.3.7 Clasificación de las bacterias. Las bacterias forman un grupo muy
heterogéneo de difícil clasificación tomando como base las relaciones filogenéticas
o evolutivas, ya que no existen suficientes datos objetivos para una clasificación
natural. Se ha tratado de establecer una clasificación de utilidad práctica para la
identificación de las especies aisladas, basada fundamentalmente en el estudio de
diversos caracteres fenotípicos (estructurales, morfológicos, fisiológicos,
antigénicos, etc.), ninguno de los cuales ha sido totalmente satisfactorio.
353
Recientemente el estudio de los caracteres genotípicos de las bacterias mediante
técnicas de biología molecular (tamaño del genoma, composición de bases,
hibridación del ADN, análisis de los nucleóticos del ADN, ARN, ARN ribosómico
16S, etc.) ha permitido entrever la posibilidad de obtener información filogenética y
poder llegar por este camino a una clasificación natural de las bacterias.
En espera de una clasificación más precisa se ha propuesto clasificar el reino
BACTERIA en 4 divisiones, sobre la base de eliminar las Cyanobacteria que se
incluye dentro de las bacterias gramnegativas fotoautótrofas, elevar a la categoría
de división a las bacterias gramnegativas (Gracilicutes), grampositivas (Firmicutes)
y sin pared celular (Tenericutes), y crear una nueva división para las
Archaeobacteria (Mendocicutes), en espera de que se aclare su situación
taxonómica definitiva.
Esta clasificación se ha incluido en el Manual de Bergey (1984) de la siguiente
manera:
v
v
v
v
División I. Gracilicutes (Bacterias gramnegativas).
División II. Firmicutes (Bacterias grampositivas).
División III. Tenericutes (Bacterias sin pared celular). Mycoplasma.
División IV. Mendocicutes (Arqueobacterias).
8.3.8 Bacterias patógenas a los humanos
Cerca de 150 enfermedades humanas son ocasionadas por bacterias. Algunas
bacterias patógenas invaden las células del cuerpo y se alimentan directamente
de sus materiales. Las bacterias que ocasionan salmonelosis o infección
alimentaria entran por las células epiteliales que cubren el intestino grueso. Otras
bacterias, como las que ocasionan el cólera y el tétanos, liberan toxinas que
lesionan las células del cuerpo.
Las lesiones bacterianas pueden curarse con antibióticos, como la penicilina y las
tetraciclinas. Estas moléculas orgánicas matan las células procarióticas (bacterias)
sin dañar las células eucarióticas (células humanas). Los antibióticos han sido
drogas efectivas, que han controlado las enfermedades bacterianas donde quiera
que ellas ataquen.
Infortunadamente, las bacterias han desarrollado resistencia a los antibióticos.
Cuando una infección bacteriana es tratada con un antibiótico, cualquier bacteria
que sea menos vulnerable al antibiótico sobrevivirá y se reproducirá con mucho
mayor éxito que las bacterias que son más vulnerables al mismo. En un corto
periodo, la población bacteriana estará conformada ante todo por individuos
resistentes (razón por la cual los médicos están poco dispuestos a prescribir
antibióticos a menos que sea absolutamente necesario).
354
BACTERIA
ENFERMEDAD
LOCALIZACION EN EL CUERPO
Staphylococcus aureus
Foliculitis - Forúnculos
Piel
Streptococcus pyogenes
Angina o faringitis estreptocócica,
erisipela, escarlatina
Faringe, piel
Streptococcus pneumoniae
Neumonías
Rinofaringe
Neisseria meningiditis
Meningitis cerebroespinal epidémica
Meninges
Neisseria gonorrhoeae
Blenorragia
Aparato urogenital
Corynebacterium diphtheriae
Difteria
Piel, vías respiratorias
Listeria monocytogenes
Listeriosis
Órganos varios
Erysipelothrix rhusiopathiae
Erisipela
Piel
Bacillus anthracis
Ántrax o carbunco humano
Cara,
cabeza
superiores
Clostridium tetani
Tétanos
Cuello, espalda y abdomen
C. perfringens ``A ``
Intoxicación alimentaria
Sistema digestivo
C. botulinum
Botulismo
Vías digestivas
Salmonella typhi
Gastroenteritis, fiebre tifoidea
Vías digestivas
Shigella
Disentería
Vías digestivas
Escherichia coli
Infecciones intestinales
Tubo digestivo
Yersinia pestis
Peste
Ganglios linfáticos
Vibrio cholerae
Cólera
Vías digestivas
Pseudomonas
Infecciones hospitalarias
Cualquier órgano o tejido
Haemophilus influenzae
Meningitis, neumonía
Vías respiratorias superiores
Bordetella pertussis
Tos ferina
Vías respiratorias
Brucella
Brucelosis
Órganos varios
Mycobacterium tuberculosis
Tuberculosis
Pulmón
M. leprae
Lepra
Piel
Treponema palidum
Sífilis
Mucosas de la boca, genitales
Treponema carateum
Carate
Piel
Mycoplasma pneumoniae
Neumonía
Aparato respiratorio
Rickettsia typhi
Tipo endémico (murino)
Todo el cuerpo
Chlamydia trachomatis
Conjuntivitis e infecciones varias
Ojos, región genital
Tabla 8.2 Bacterias patógenas mas comunes en los seres humanos.
355
y
miembros
La tuberculosis, por ejemplo, fue una enfermedad pulmonar relativamente común y
seria antes de 1950, pero virtualmente desapareció en los Estados Unidos
después del descubrimiento de los antibióticos. Ahora, las nuevas cepas de
bacterias de las tuberculosis resistentes a los antibióticos han surgido y esta
enfermedad seria reaparece.
8.3.9 Enfermedades causadas por bacterias en humanos
ü Gonorrea. La gonorrea, también denominada blenorragia, blenorrea y uretritis
gonocócica, es una infección de transmisión sexual provocada por la
bacteria gran negativa Neisseria gonorrhoeae o gonococo.
Ocurre durante el acto sexual; en el parto si la madre estuviese infectada; o por
contaminación indirecta si, por ejemplo, una mujer usara artículos de higiene
íntima de otra persona infectada. La gonorrea está entre las infecciones de
transmisión sexual más comunes del mundo.
El primer tejido que esta bacteria afecta es el epitelio columnar de
la uretra y endocérvix. Los lugares no genitales que también son atacados son
el recto, la faringe y la conjuntiva de los ojos. La vulva y la vagina en las mujeres,
normalmente, también son afectadas, puesto que están ligadas con las células
epiteliales. En las mujeres el cérvix es el primer sitio usual de infección.
Gonorrea en el varón: Los síntomas aparecen entre los 2 y 21 días después de
haber adquirido la enfermedad. El síntoma más frecuente es una secreción uretral
mucosa blanquecina o clara o purulenta (gruesa, amarillenta), ubicada en la punta
del pene. Otros síntomas son dolor al orinar, sensación de quemazón en la uretra,
dolor
o
inflamación
de
los
testículos.En
el varón este
germen
provoca uretritis y prostatitis.
Gonorrea en la
mujer: En las mujeres, la infección suele cursar de
forma asintomática. Sin embargo, pueden presentarse signos y síntomas tales
como una secreción vaginal, aumento de ganas de orinar y molestias urinarias
(disuria). La expansión del germen hacia las trompas de Falopio puede producir
dolor en la zona baja del abdomen, encogimiento, fiebre, náusea y los síntomas
generalizados de cuando se tiene una infección bacteriana.
También
produce
enfermedades
como vaginitis y cervicitis,
pero
también endometritis, salpingitis y enfermedad
inflamatoria
pélvica
aguda,
caracterizada por enrojecimientos en el área genital. El sistema inmune tiene
serios problemas para acabar con Neisseria gonorrhoeae, dado que posee una
alta tasa de variación antigénica.
Consecuencias
§
§
Puede causar daño a los órganos reproductores.
Tanto hombres como mujeres pueden quedar estériles. En las mujeres causa
Enfermedad Pélvica Inflamatoria o EPI que causa infertilidad. Los hombres con
la epididimitis también pueden verse afectado el transporte de
espermatozoides.
356
§
§
§
§
§
§
Una madre que tiene gonorrea puede contagiar a su bebé durante el parto
causando ceguera.
Puede causar daños al pene, enfermedades de la piel, articulaciones con
artritis. Hay una alteración inmunitaria que desencadena la bacteria
llamada síndrome de Reiter que afecta a los ojos con conjuntivitis o uveítis,
articulaciones (artritis reactiva) y genitourinarias (uretritis o cervicitis).
Secreción espesa amarilla o blanca de la vagina.
Ardor o dolor al orinar o al defecar.
Regla anormal o pérdida de sangre vaginal entre menstruaciones.
Calambres y ardor en la parte baja del abdomen (Freeman et al, 1981).
ü Tétanos. El tétanos o tétano es una enfermedad no contagiosa, en ocasiones
mortal, provocada por una potente neurotoxina, conocida como
tetanospasmina, elaborada por la bacteria Clostridium tetani y que afecta el
sistema nervioso y genera violentas contracciones musculares.
El tétano suele comenzar con espasmos musculares en la mandíbula
(denominados trismo) y puede ir acompañado de dificultad para tragar, así como
de rigidez o dolor en los músculos del cuello, los hombros o la espalda. Estos
espasmos se pueden extender hacia los músculos del abdomen, la parte superior
del brazo y los muslos. Los síntomas pueden aparecer en cualquier momento,
desde días a meses después de haber estado expuesto a la bacteria.
Existen dos maneras importantes para prevenir el tétano: vacunarse contra el
tétano, junto con otras inmunizaciones de rutina, o recibir una vacuna después de
sufrir una herida que podría provocar tétano (profilaxis contra el tétano posterior a
la exposición). En el caso de los niños, la inmunización contra el tétano forma
parte de las vacunas DTaP (difteria, tétano y pertusis acelular). Se suele aplicar
una serie de cuatro dosis de DTaP antes de los dos años, seguida de una dosis de
refuerzo entre los 4 y los 6 años de edad. Después, se recomienda aplicar una
dosis de refuerzo (Tdap) entre los 11 y los 12 años, y en la edad adulta, un
refuerzo de la vacuna antitetánica y difteria cada 10 años. Asegúrese de que sus
hijos no se apliquen las inmunizaciones a tiempo (Koneman et al, 2008).
ü Fiebre tifoidea. La fiebre tifoidea o fiebre entérica es una enfermedad
infecciosa producida por Salmonella typhi (bacilo de Eberth), o Salmonella
paratyphi A, B o C. Su reservorio es el humano, y el mecanismo de contagio
es fecal-oral, a través de agua y de alimentos contaminados con excrementos.
No confundir con tifus que se produce por parásitos externos (piojos).
La bacteria ingresa por vía digestiva y llega al intestino, y pasa finalmente a
la sangre.
Luego
se
localiza
en
diversos
órganos
y
produce
fenómenos inflamatorios y necróticos, debidos a la liberación de endotoxinas.
Finalmente, las Salmonellas se eliminan al exterior por las heces.
En el período de incubación, que dura de 10 a 15 días, se aprecian trastornos del
357
estado general, una fase de bacteriemia (presencia de bacterias en la sangre)
con fiebre que aumenta progresivamente hasta alcanzar 39-40 °C, en cuyo
momento se mantiene, céfalea, estupor, roséola en el vientre, tumefacción de
la mucosa
nasal,
lengua tostada,
úlceras
en
el paladar y,
a
veces, hepatoesplenomegalia y diarrea.
La enfermedad puede evolucionar a la curación en 2 semanas o prolongarse a
partir de la quinta semana. Si no se somete a un tratamiento adecuado pueden
presentarse
complicaciones
graves,
como hemorragia y
perforación
intestinal, shock séptico. El estado de portador puede ser transitorio o crónico.
ü Tos ferina. Tos ferina (también conocida como tos
convulsiva o coqueluche o tosferina) es una enfermedad
infecciosa aguda altamente contagiosa de las vías respiratorias altas , causada
por bacilos de la especie Bordetella pertussis. Se caracteriza
por inflamación traqueobronquial y accesos violentos de tos, espasmódica con
sensación de asfixia, que terminan con un ruido estridente (tos convulsiva o
convulsa) durante la inspiración. Una enfermedad similar pero más leve es
causada por la B. parapertussis y otros organismos al que en conjunto se
denominan síndrome coqueluchoide.
Su complicación puede afectar al sistema nervioso y el miocardio. Aunque esta
enfermedad ataca a cualquier edad, los más afectados son los niños menores de
cinco años. La incidencia de tos ferina en los países desarrollados es muy baja
gracias a la vacunación, aunque en todo el mundo, hay aproximadamente entre
30-50 millones de casos de tos ferina y sobre 300,000 muertes anuales.
En general, a pesar de la alta cobertura con las vacunas DPT y DTaP, la tos ferina
es una de las principales causas de muertes prevenibles por vacunación en todo
el mundo. La mayoría de las muertes ocurren en los niños pequeños que bien no
son vacunados o recibieron una vacunación incompleta: tres dosis de la vacuna
son necesarias para una protección completa contra la tos ferina. El noventa por
ciento de todos los casos se producen en el Tercer Mundo. Canadá es el único
país desarrollado en el que la tos ferina es endémica.
ü Tuberculosis. La tuberculosis (abreviada TBC o TB), llamada
antiguamente tisis, es una infección bacteriana contagiosa que compromete
principalmente los pulmones, pero puede propagarse a otros órganos. La
especie más importante y representativa, causante de tuberculosis es
el Mycobacterium tuberculosis o bacilo de Koch. La TBC es posiblemente
la enfermedad infecciosa más prevalente en el mundo. Otras micobacterias
como Mycobacterium bovis, Mycobacterium africanum, Mycobacterium canetti,
y Mycobacterium microti pueden causar también la tuberculosis, pero estas
especies no lo suelen hacer en el individuo sano. Aunque la tuberculosis es
pulmonar es el tipo predominante, puede también verse afectando el sistema
nervioso central, el sistema linfático, circulatorio, genitourinario,
gastrointestinal, los huesos, articulaciones y aun la piel (TBC extrapulmonar).
358
a).
b).
Figura 8.5. Personas atacadas por bacterias: a) Tétano. B). Tuberculosis
pulmonar.
La tuberculosis puede afectar a personas de cualquier edad. Las personas con
mayor riesgo son aquellas cuyo sistemas inmunológico este debilitado. La
tuberculosis se contagia a través del aire, cuando una persona afectada con TBC
pulmonar tose o estornuda. Para que la infección ocurra es necesario que se
produzca una exposición prolongada a un enfermo con TBC sin tratamiento.
Los signos y síntomas más frecuentes de la tuberculosis son: tos con flema por
más de 15 días, a veces con sangre en el esputo, fiebre, sudoración nocturna,
mareos momentáneos, escalofríos y pérdida de peso. Si la infección afecta a otros
órganos por volverse sistémica, aparecen otros síntomas. Por lo general, las
personas que tienen contacto cercano con una persona tuberculosa son
sometidas a pruebas para descartar que estén infectados. La resistencia
microbiana a los antibióticos usados para el tratamiento de la tuberculosis se está
volviendo un creciente problema. La prevención de la tuberculosis radica en
programas de rastreo y vacunación, usualmente con BCG (Chalela, 1988).
8.4 MICOLOGIA
La división de la biología que estudia los hongos es la micología. Los hongos son
organismos muy diferentes a cualquier otro grupo de seres vivos. Por ser
inmóviles y poseer una pared celular, se clasificaron durante largo tiempo junto
con las plantas. Actualmente se ubican en el reino FUNGI. Los hongos pueden ser
saprófitos o parásitos. Los saprófitos se alimentan de materia orgánica no viva y
los parásitos, de los tejidos de organismos vivos. Algunas especies de hongos
359
son compañeros simbióticos de otros organismos (micorrizas). Las células
fúngicas secretan enzimas digestivas que descomponen los alimentos en
micromoléculas que pueden ser absorbidas por las células (Curtis et al, 2000).
Los hábitats de los hongos son diversos. Algunos son acuáticos, principalmente de
agua dulce, aunque existen también algunos de aguas marinas. La mayoría de
ellos son de medios terrestres, y se desarrollan mejor en hábitats húmedos y
oscuros, pero se encuentran donde quiera que haya materia orgánica disponible.
Es necesaria la humedad para su existencia, y pueden obtener agua de la
atmósfera así como del medio en que viven. Cuando el ambiente se vuelve muy
seco, los hongos sobreviven entrando en una fase de reposo o produciendo
esporas resistentes a la desecación. Aunque el pH óptimo para la mayor parte de
las especies es de alrededor de 5 ó 6, diferentes hongos pueden tolerar valores de
2 a 9 y sobrevivir en ellos.
Muchos hongos son menos sensibles a las presiones osmóticas elevadas que las
bacterias, y pueden vivir en soluciones salinas concentradas o soluciones
azucaradas como la jalea, que dificultan o impiden la supervivencia de las
bacterias. Los hongos también pueden prosperar dentro de un amplio margen de
temperatura: incluso alimentos refrigerados pueden experimentar la invasión
fúngica.
Los hongos, juntamente con las bacterias, son los descomponedores principales
de la materia orgánica. Sin ellos, la materia orgánica se acumularía
indefinidamente. Se estima que una capa superficial de 20 centímetros de suelo
fértil contiene, en promedio, casi 5 toneladas métricas de hongos y bacterias por
hectárea. La actividad de estos organismos es tan relevante y vital para el
continuo funcionamiento de los ecosistemas terrestre, como la de los productores
de alimentos (Berstein y Berstein, 1998).
8.4.1 Importancia de los hongos
Desde el punto de vista humano, los hongos pueden ser perjudiciales o benéficos.
Algunos hongos son destructivos, atacan las plantas, los productos alimenticios,
los animales domésticos, las viviendas, la vestimenta e incluso a nosotros mismos.
De hecho, los hongos causan la mayor parte de las enfermedades
económicamente significativas de los cultivos comerciales. Por ejemplo, en
Colombia la especie Hemileia vastatrix es la que causa la roya del cafeto. La
enfermedad de la papa conocida como gota o gotera es producida por el moho
Phythopthora infestans.
Otras especies de hongos, son esenciales para la producción de queso, cerveza y
vino. También se los utiliza en la industria para la producción de enzimas
(amilasas, celulasas, etc.), ácidos orgánicos (fumárico, succiníco, oxálico, etc.) o
bien para la producción comercial de hongos comestibles como los champiñones
360
(Agaricus bisporus). Además, los hongos son la fuente de una gran variedad de
antibióticos y otros medicamentos capaces de salvar vidas.
De las más de 100.000 especies de hongos descubiertas en la naturaleza, sólo
unas 100 han demostrado ser patógenas a los humanos. Son conocidas desde
hace mucho tiempo las intoxicaciones por setas venosas y, más recientemente,
las producidas por toxinas elaboradas por hongos contaminantes de alimentos
(micotoxinas). Pero el grupo más importantes en medicina es el constituido por
hongos del tipo de las levaduras y mohos que producen infecciones clínicas, por
crecer sobre estructuras queratinizadas (micosis superficiales) o tejido cutáneo y
subcutáneo (micosis subcutáneas), o más profundamente (micosis sistémicas).
Por último, pueden dar lugar a reacciones alérgicas más o menos graves.
El papel de las infecciones fúngicas en los últimos decenios ha aumentado como
consecuencia del abuso de la quimioterapia antibacteriana, que en sujetos con el
sistema inmune alterado ha dado lugar a más infecciones y más graves por
aquellos agentes “oportunistas”.
El cuerpo humano provee un ambiente favorable para muchos tipos de hongos.
Viven sobre la superficie de la piel, las uñas, la vagina y los pulmones, donde sus
enzimas digestivas producen lesiones. Los hongos ocasionan sólo un pequeño
porcentaje de enfermedades en los humanos.
Las infecciones fúngicas de la piel y la vagina causan prurito pero no son serias.
Pueden tratarse con químicos llamados fungicidas. No obstante, las infecciones
fúngicas de los pulmones son muy serias porque el bióxido de carbono y el
oxígeno no se difunden con facilidad a través de un pulmón revestido con mohos.
Las infecciones pulmonares son difíciles de tratar porque las delicadas células del
hospedero son dañadas fácilmente por los fungicidas (Burgos y Romero Sevilla,
1998).
8.4.2 Estructura de los hongos
La complejidad de la estructura corporal de los hongos varía desde la propia de
las levaduras, unicelulares, hasta la de los mohos, multicelulares. (Los mohos
incluyen mildeus, royas y añublos, setas y muchos otros hongos).
La mayor parte de los hongos poseen numerosas esporas. Las esporas son
células reproductivas y estructuras multicelulares a menudo con paredes, que
germinan tras su dispersión del hongo progenitor. En las especies multicelulares,
cada espora da lugar a un micelio. Esta red de filamentos ramificados tiene una
buena proporción superficie-volumen y crece con rapidez sobre la materia
orgánica o dentro de ella. Cada filamento del micelio se llama hifa. Las hifas por lo
común tienen paredes reforzadas de quitina. Su citoplasma se interconecta, de
modo que los nutrientes pueden fluir por el micelio sin obstáculo.
361
En algunas hifas, paredes transversales llamadas septos separan células
individuales que contienen uno o más núcleos. Los septos a menudo presentan
grandes poros que permiten el paso de organelos de una célula a otra. Otras hifas
son cenocíticas, es decir, poseen muchos núcleos dentro de un citoplasma
común, y parecen una célula gigante multinucleada alargada.
Las estructuras visibles de la mayoría de los hongos representan sólo una porción
del organismo; estas estructuras, en algunos grupos son llamadas cuerpos
fructíferos o fructificaciones y son hifas fuertemente compactadas, especialmente
en la producción de esporas.
Un micelio se origina por la germinación de una sola espora. El crecimiento tiene
la particularidad de que se produce solamente en los extremos de las hifas. Si bien
los hongos son inmóviles, las esporas pueden ser llevadas a grandes distancias
por el viento. El crecimiento del micelio reemplaza la movilidad, poniendo al
organismo en contacto con nuevas fuentes de alimento y con diferentes cepas de
apareamiento. Este crecimiento puede ser bastante rápido; algunos hongos llegan
a producir en 24 horas una masa de hifas nuevas que, si se colocaran una a
continuación de otra, totalizarían más de un kilometro de longitud.
Las paredes de las hifas están compuestas principalmente de quitina, un polímero
de N-acetil-D-glucosamina que no se encuentra en las plantas. La quitina se
dispone en grupos de microfibrillas como la celulosa y en algunas especies existen
otros polímeros como mananos, galactanos o quitosán. En su 80-90%, las
paredes celulares fúngicas están compuestas de polisacáridos, mientras que los
lípidos, polifosfatos e iones inorgánicos forman una matriz cementante (Davis,
1996).
8.4.3 Metabolismo y reproducción
Todos los hongos son heterótrofos, ya sean saprófitos, parásitos facultativos,
obligados o micorrícicos (que forman micorrizas). Dada su forma filamentosa,
cada célula fúngica se encuentra a no más de unos pocos micrómetros del suelo,
del agua o de cualquier otra sustancia en la que viva el hongo y está separada de
ella solamente por una delgada pared celular.
Dado que sus paredes celulares son rígidas, los hongos son incapaces de
englobar pequeños microorganismos u otras partículas por fagocitosis. Obtienen
alimento absorbiendo sustancias orgánicas o inorgánicas disueltas.
362
Figura 8.6. Estructura corporal de los hongos.
Figura 8.7. Diversos tipos de hongos.
363
Generalmente, el hongo secreta enzimas digestivas sobre la fuente alimentaria y
luego absorbe las moléculas resultantes más pequeñas, producto de la
degradación, que son liberadas al medio. El micelio puede aparecer como una
masa sobre la superficie de la fuente de alimento o puede estar oculto debajo de
la superficie del sustrato. Los hongos parásitos frecuentemente tienen hifas
especializadas llamadas haustorios, que absorben los nutrientes directamente de
las células del organismo hospedador.
Los hongos se abastecen de energía química y su fuente de carbono es muy
variada, desde alcoholes hasta hidrocarburos. Según el potencial enzimático de
cada hongo, este puede obtener el carbono de productos solubles (p. ej.,
azucares) o insolubles (p.ej., celulosa, lignina).
El nitrógeno necesario para el desarrollo puede conseguirse de los aminoácidos,
residuos orgánicos e incluso sustancias inorgánicas, como los nitratos. Otras
sustancias inorgánicas, como el fosforo, azufre, potasio, magnesio, se obtienen
fácilmente y sus requerimiento son mínimos. Las necesidades en vitaminas son
también muy escasas, y solo algunos hongos las necesitan preformadas (p.ej.,
biotina, tiamina, piridoxina).
El suelo es el lugar más propicio para el crecimiento de los micelios, y de ahí que
sea el hábitat natural de muchos hongos. El margen de temperatura en que
pueden desarrollarse estos microorganismos oscila entre los 10 y 50 °C, y de ahí
que puedan distinguirse especies mesofílicas (10-40 °C con un óptimo a 30°C) y
termofílicas (20-58 °C, con óptimo a 40°C). No obstante, algunos hongos son
termotolerantes, es decir, pueden crecer indistintamente
a bajas y altas
temperaturas; pero a veces las características de ambos cultivos son diferentes, lo
que tiene gran interés diagnostico. Con respecto al pH, en el laboratorio, los
hongos pueden desarrollarse entre 4,5 y 8. Ciertas especies son capaces incluso
de crecer a pH 0,2, gracias a su capacidad de rebajar rápidamente la
concentración de hidrogeniones del medio.
Los hongos son organismos oxigénicos obligados, es decir, necesitan el oxígeno
como aceptor final de hidrogeniones en el proceso respiratorio. Sin embargo,
existen algunas excepciones, especies que pueden obtener energía de procesos
fermentativos o que pueden utilizar nitratos como aceptores de electrones. Pero
en ningún caso, el oxigeno es letal para estas especies, como ocurre en las
bacterias anoxigénicas estrictas (p. ej., Clostridium).
Los hongos como seres heterótrofos (no son capaces de sintetizar
hidrocarbonados con ayuda de la luz) necesitan en los medios de cultivo un
azúcar como fuente de carbono y una peptona como fuente de nitrógeno; el pH
suele ajustarse ligeramente ácido, y no debe faltar cierto grado de humedad. La
temperatura se usa como carácter diferencial. Con respecto a otros agentes
físicos y químicos, los hongos son sensibles solo a los métodos de esterilización
de las bacterias. Entre las sustancias químicas son fungicidas el yodo y los
364
yodóforos. La cicloheximida inhibe una gran cantidad de hongos pero no los
dermartofitos, por lo que se añade a los medios de cultivos selectivos para dichos
agentes (Gray Young, 1992).
Reproducción de los hongos. La mayor parte de los hongos se reproducen
mediante estructuras especializadas denominadas esporas, que pueden ser
sexuales, asexuales o de ambos tipos, dependiendo del contacto con una hifa
adecuada, la disponibilidad de alimentos y de las condiciones dramáticas del
entorno. Las esporas suelen ser pequeñas y secas y las corrientes de aire las
dispersan. Cada espora al germinar da lugar a una hifa y un micelio. Las
estructuras reproductivas con pies se desarrollan sobre las hifas y producen
esporas sexuales. Cuando estas esporas germinan, cada una puede dar lugar a
otro extenso micelio. Con gran rapidez, el primer hongo y un número sorprendente
de sus descendientes comenzaran a descomponer la materia orgánica o a robar
nutrientes del huésped. Observe una rebanada de pan con moho.
Reproducción sexual. A diferencia de las células animales y las células de las
plantas vasculares, las células de los hongos por lo general poseen un número
haploide (n) de cromosomas. En la reproducción sexual se fusionan dos núcleos
haploides sexualmente distintos, formando un núcleo diploide (2n) proceso
conocido como conjugación.
Cada grupo principal de hongos tienen esporas sexuales únicas. Los hongos tipos
maza forman basidiosporas, los zigomicetos forman zigosporas, y los hongos de
saco forman ascosporas. Lareproducción sexual no es frecuente en los hongos
patógenos humanos.
Reproducción asexual. Es la más frecuente en los hongos. Se originan a partir
de una célula fúngica progenitora, sin conjugación nuclear ni reducción
cromosómica (Brock 1998). La reproducción asexual en los hongos puede ser de
tres tipos: gemación, esporulación, y fragmentación.
Gemación. Tipo de reproducción asexual que ocurre cuando se forman pequeñas
protuberancias superficiales en las células madres, protuberancias que se
agrandan, se individualizan y, separándose de la célula madre, constituyen
otras independientes como en la especie Saccharomyces cerevisiae.
Esporulación. En este proceso se forman esporas asexuales que luego
germinarán en un medio adecuado. Pueden desarrollarse directamente de la
célula vegetativa o mediante estructuras especializadas que reciben diversos
nombres.
365
Figura 8.8 Ciclo de vida de los hongos
366
Entre las esporas que nacen en estructuras especializadas se encuentran las
esporangiosporas que se forman dentro de una estructura en forma de saco
(esporangio) en los extremos de hifas no tabicadas, o ramas especializadas
llamadas esporangióforos. Las conidias son esporas que surgen de las hifas por
gemación y luego se separan; pueden surgir de una hifa cualquiera, y se llaman
sésiles o laterales, o de ramas especializadas, llamadas conidióforos.
Fragmentación. Las hifas pueden dividirse, y cada división, tras crecimiento y
regeneración, da una nueva colonia. Este mecanismo se usa en los subcultivos de
laboratorio. Ej. Geotricum sp.
8.4.4 Hongos patógenos
La mayoría de las enfermedadesque padecen los humanos son causadas por
bacterias y virus. Sin embargo, algunas enfermedades son causadas también por
hongos. Gran parte de los hongos son inocuos para los humanos, al desarrollarse
sobre materiales no vivos y orgánicos muertos, y solo algunos hongos son
patógenos para los animales. Se ha estimado que solamente unas 100 especies
pueden causar enfermedades al ser humano y que la incidencia de infecciones por
hongos es relativamente baja (Joklik et al, 1984).
Cuatro son los mecanismos mediante los cuales los hongos pueden afectar al ser
humano.
Micetismos o envenenamientos: Ocurren por la ingestión de setas venenosas.
Algunos de estos hongos venenosos pertenecen al género Amanita del grupo de
los Basidiomicetos. Ejemplo: Amanita virosal y Amanita phalloides. La ingestión de
un sombrerillo de estos hongos puede matar a una persona adulta sana.
Figura 8.9 Esquema de un hongo Amanita
367
Hipersensibilidad o alergias a los hongos: Se debe a la inhalación de ciertas
especies que causan cuadros clínicos, especialmente de tipo asmático. Así, se
tiene el denominado “pulmón de los granjeros”, en relación con Micromonospora
faeni.
8.4.5 Micosis o enfermedades causadas por hongos
Las enfermedades causadas por hongos se llaman micosis, y se han reconocido
tres clases de micosis:
Superficiales, que abarcan la piel solamente.
Subcutáneas, cuando la barrera constituida por la piel se rompe y el desarrollo de
los hongos se efectúa debajo de la piel.
Sistémicas: Los hongos se localizan en los órganos internos del cuerpo.
Muchas micosis se deben a infecciones causadas por hongos oportunistas, los
cuales ordinariamente son inocuos y son capaces de iniciar una infección seria
solamente en huéspedes comprometidos.
Enfermedad
Micosis superficiales
(dermatomicosis)
Tiña
Tiña cefálica
Pie de atleta
Tiña crural
Micosis subcutánea
Esporotricosis
Cromoblastomicosis
Micosis sistémicas
Criptococcosis
Coccidiomicosis
Histoplasmosis
Blastomicosis
Candidiasis
(oportunista)
Organismo Causal
Microsporum
Trichophyton
Epidermophyton
Trichophyton,
Epidermophyton
Foco principal de
infección
Cabellera de los niños
Cabellera
Entre los dedos de los
pies
Región genital
Sporotrix schenkii
Varios géneros
Brazos, manos
Piernas, pies
Cryptococcus
neoformans
Coccidioides immitis
Histoplasma capsulatum
Blastomyces dermatitidis
Candida albicans
Pulmones, meninges
Pulmones
Pulmones
Pulmones, piel
Cavidad oral, conducto
intestinal
Tabla 8.3 Hongos patógenos en humanos y las enfermedades que causan.
368
El tratamiento efectivo contra las enfermedades fúngicas es en general deficiente.
La mayor parte de los fármacos que inhiben los hongos también inhiben otros
organismos eucarióticos. Un antibiótico, la anfotericina B se usa comúnmente para
tratar infecciones sistémicas por hongos de los humanos, pero se pueden
presentar efectos peligrosos por su uso. Para las infecciones por hongo de la piel,
se ha utilizado el antibiótico griseofulvina. Este antibiótico se suministra por vía
oral y después de pasar al torrente sanguíneo pasa a la piel, donde puede llevar a
cabo una inhibición del desarrollo fúngico. En general, para tratar hongos
superficiales se usan cremas fungicidas (Koneman et al, 2008).
Como factores que predisponen a las micosis están la edad, el sexo, la profesión,
el nivel socioeconómico de la población entre otros.
Edad: En los lactantes se producen las micosis superficiales como la tiña de la
cavidad oral o muguet causada por Candida albicans y la “pañalitis” o irritación de
la región glútea por retención de la orina.
Figura 8.10 El Muguet oral es una afección causada por un hongo que ataca
preferentemente a los niños
En los niños mayores y hasta la pubertad predominan las tiñas del cuero
cabelludo. Estas tiñas se curan espontáneamente con la madurez sexual al hacer
su aparición ácidos grasos de cadena larga que son fungistáticos.
Después de la pubertad suelen producirse intertrigos, una dermatitis localizada
en los grandes pliegues como la región glútea y especialmente en los espacios
interdigitales de los pies. Son frecuentes la tricomicosis axilar y el eritrasma
(infección bacteriana crónica producida por Corynebacterium minitissimum que
afecta las áreas húmedas de ingles, axilas o dedos). La mayoría de las micosis
profundas son más frecuentes entre los 20 a 50 años, aunque la micosis que se
adquieren por inhalación (histoplasmosis y coccidioidomicosis) no respetan edad.
369
Sexo: Las micosis superficiales atacan por igual ambos sexos, con una ligera
diferencia a favor del masculino (la perionixis por Candida albicans es casi
exclusiva de la mujer). En las micosis profundas, sin embargo, la relación de la
incidencia de la mujer al hombre puede ser de 1/9 ó incluso mayor aún.
Profesión: Trabajadores rurales y veterinarios pueden contraer por contacto con
animales ciertas micosis superficiales producidas por Trichophyton y Microsporum.
Así mismo, los operarios del campo están más expuestos a los micro y
macrotraumatismos, que son la puerta de entrada de las micosis profundas, de
fuente de infección exógena. Los indígenas que van semidesnudos están más
expuestos a los traumatismos infectantes.
Condiciones higiénico-sociales
Ø El hacinamiento y falta de higiene facilitan el contagio de las micosis
superficiales. Fatiga y alimentación insuficiente o inadecuada son factores
que predisponen a ciertas micosis profundas.
Es muy importante el factor agregación, y por esto se afectan escuelas, colegios,
orfelinatos, de forma epidémica y aparecen casos secundarios en las familias de
los enfermos.
Ø La humedad excesiva y la alta temperatura desempeñan un papel
importante en diversas micosis de piel y zonas de pliegues cutáneos (p.
eje., el pie de atleta).
Ø Alteraciones del estado general
Lactantes y adultos con trastornos digestivos, inmunológicos y metabólicos,
diabetes, cáncer, sífilis y tuberculosis, así como el uso prolongado y en
grandes dosis de antibióticos o corticoides predisponen a las infecciones
por hongos y levaduras (Pelczar y Reid, 1998).
8.4.6 Micosis superficiales
Hongos dermatófitos. Son hongos que invaden sólo el tejido queratinizado, como
piel, cabello y uñas. Estos hongos secretan una enzima (queratinasa) que digiere
la queratina. Son los agentes causales de las tiñas, muchos de estos hongos son
geofílicos, zoofílicos o antropofílicos.
370
Figura 8.11 Micosis superficial en la cara de un adulto
Los dermatófitos geofílicos tienen como hábitat el suelo. Diversas especies de
los géneros Tricophytony Microsporum viven en el suelo desde donde contagian al
hombre y animales, que se ponen en contacto con ella (T. gypseum) o que a
través del polvo inhalan esporas. La temperatura del suelo, la situación
fitogeográfica y el humus influyen en la supervivencia de estas especies.
Zoofílicos: Se trata de dermatofitos que habitan en los animales, donde pueden
ser endémicos y contaminar al hombre que se pone en contacto con ellos. El gato
es el animal que más micosis de este tipo trasmite, seguido del perro, el ganado
vacuno, ovejas, caballo, cerdos, aves, conejos, roedores silvestres. Las especies
de hongos implicadas son de los géneros Trichophyton y Microsporum (p.ej., M.
canis).
Dermatófitos antropofílicos: Son especies adaptadas al hombre y trasmitidas
por contacto directo. Es muy posible que estas especies fueran de origen animal y
paulatinamente se hayan adaptado al hombre; son ejemplos T. tonsurans y M.
audoinii. El contagio puede efectuarse por el uso de objetos personales del
enfermo como peines, tijeras, objetos de barbería, cepillos que pueden estar
contaminados y trasmitir agentes infecciosos.
Tiña de los pies. La tiña pedis (tiña de los pies o pie de atleta) es la más común
de todas las dermatofitosis, tienen una amplia distribución mundial y es causado
por Trichophyton o Epidermophyton flocosum. Se caracteriza porque se infectan
los espacios interdigitales de los pies y las uñas. La infección es más frecuente en
personas que usan calzado cerrado o tenis: deportistas, policías o personas que
están sometidas a una fuerte tensión nerviosa. La infección se transmite por
descamación de la piel al utilizar baños públicos, piscinas y vestidores comunales.
371
a).
b).
Figura 8.12. Enfermedades causadas por hongos. a) La tiña pedis ó tiña de los
pies. b). Tiña corporal.
La patogenia que se presenta se debe a que la piel de los espacios interdigitales
se descama, formando vesículas que se rompen. Cuando la infección se hace
crónica se forman lesiones anulares con una base limpia; hay agrietamiento,
prurito, ardor y mal olor. La infección de las uñas se presenta después de una tiña
de pies. Las uñas toman color amarillento, se engruesan y se vuelven
quebradizas.
Tiña cefálica (tiña del cabello): Es una infección causada por el Microsporum o
por Trichophyton que afecta a niños y adultos. Las infecciones se transmiten por
cepillos o peines con cabellos infectados, principalmente en barberías o salones
de belleza, rasuradoras de peluquerías, por cabellos en asientos de autobuses o
por contacto de persona a persona.
La patogenia que se presenta se debe a que la infección sobre el cuerpo
cabelludo determina que los cabellos infectados se vuelvan frágiles y se rompen
en el folículo piloso o fuera de él; en ocasiones se forman lesiones anulares de
calvicie. La tiña de la barba también se produce por especies de Trichophyton; se
caracteriza por una reacción inflamatoria eritematosa que a veces suele
confundirse con una infección piógena.
Tiña corporis (tiña corporal)
Es una infección causada por Epidermophyton flocosum, caracterizada por la
lesiones anulares con una base limpia y clara, y un borde rojizo; en ocasiones se
forman vesículas eritematosas y hay prurito. El diagnóstico, tratamiento y control
es similar a las otras infecciones por dermatófitos (Pumarola et al, 1994).
372
Hongos oportunistas
Candidiasis o moniliasis: La candidiasis es una infección micótica producida por
la levadura Candida albicans, la cual es un hongo saprofítico que habita como
parte de la microbiota normal de las vías digestivas, respiratorias y urogenitales de
seres humanos normales, y solo cuando se altera la microbiota por excesivo
consumo de antibióticos o por la inmunodepresión, o en pacientes debilitados,
puede tornarse
en patógeno. Es el agente causal del algodoncillo, la
vulvovaginitis y la candidiasis mucocutánea.
Patogenia y patología.Se producen diferentes tipos de lesiones, dependiendo de la
localización de Candida; algunas ocasiones se observan cambios inflamatorios,
otras se forman abscesos, y a veces granulomas. En raros casos Candida puede
ser llevada a la sangre y de ahí a diversos órganos, pero no tiene la capacidad de
establecerse. Sólo en pacientes muy debilitados pueden presentarse diseminación
sistemática y muerte (Walter y Macbee, 1992).
8.4.6 Clasificación de los hongos
Los miembros del reino FUNGI (hongos) se clasifican generalmente en los
siguientes grupos principales o phyla:
Ascomycota (Ascomicetos)
Basidiomycota (Basidiomicetos)
Zygomycota (Zigomicetos)
Oomycota (Oomicetos)
Deuteromycota (Deuteromicetos)
Los criterios usados para distinguir los cuatro primeros grupos incluyen tanto
características de su estructura básica (morfología), patrones moleculares
(secuencia del ADN) y patrones de reproducción. Un grupo adicional, los
Deuteromycota (deuteromicetos u hongos imperfectos) es un grupo que incluye
hongos cuya reproducción sexual generalmente se desconoce. Este grupo se
considera arbitrario y no corresponde a una relación filogenética (Starr y Taggart,
2004). (Ver tabla 8.4).
En microbiología clínica los ascomicetos son el grupo más importante y más
numeroso del reino FUNGI con 3.266 géneros y 32.267 especies. Entre los
ascomicetos están las levaduras, los mohos filamentosos y las trufas.
373
Grupo
Nombre
común
Tipos de
Asexuales
Ascomicetos
Levaduras
Mohos
filamentosos
Exógenas (en los
extremos o a los
lados de las hifas)
Basidiomicetos
Setas
ò
champiñones,
Añublos
Royas
carbones
Zigomicetos
Mohos
pan
Oomicetos
Hongos
acuáticos
Deuteromicetos
Hongos
imperfectos
del
esporas Tipos
esporas
sexuales
Géneros
o
grupos
representativos
Aspectos
relevantes
Saccharomyces
Claviceps
Neurospora
Elaboración
de
cerveza, vino y
licores.
Patógenos
de
plantas. Producción
de pan.
Alimentos (trufas).
Usos medicinales.
Exógenas (en los Basidiospora
extremos o a los lados
de las hifas)
Agaricus
Amanita
Hemileia
Puccinia
Endógenas
bolsas)
Zigospora
Rhizopus
Hongos
comestibles
y
venenosos.
Patógenos
de
plantas (cereales,
café).
Medicamentos.
Formadores
de
ectomicorrizas.
Deterioro
de
alimentos.
Producción
de
alimentos
fermentados.
Formación
de
micorrizas.
Producción
de
enzimas y ácidos
orgánicos.
Oospora
Phytophthora
Patógenos
de
plantas
(papa,
tomate), uva.
Ninguna
Penicillum,
Aspergillus,
Trichoderma
Producción
de
antibióticos:
Dermatomicosis.
Control biológico.
Elaboración
de
quesos y productos
lácteos.
(en
Exógenas (en los
extremos o a los
lados de las hifas)
de
Ascospora
Tabla 8.4 Clasificación y principales propiedades de los hongos.
Tomado de Brock y Madigan, 1993.
LEVADURAS
Las levaduras son hongos unicelulares y la mayoría son Ascomicetos.
Normalmente son células ovales o cilíndricas y la división es habitualmente por
gemación. Durante el proceso de gemación, se origina una pequeña yema que
aumenta de tamaño gradualmente y se separa de la célula madre. Las levaduras
normalmente no desarrollan un micelio, sino que permanecen en un estado
374
unicelular durante todo el ciclo de crecimiento. Sin embargo, algunas pueden
filamentar. Así por ejemplo, la levadura Candida albicans, necesita estar en su
forma filamentosa o micelial para ser verdaderamente patógena. Incluso la
levadura de panadería Saccharomyces cerevisiae es capaz de formar micelio bajo
ciertas condiciones.
Las células de la levadura son mucho más grandes que las bacterianas y pueden
distinguirse no solo por su tamaño sino por la presencia obvia de elementos
intracelulares tales como el núcleo. Algunas levaduras se reproducen sexualmente
mediante apareamiento <<mating>>, originando un cigoto y eventualmente
ascosporas.
Las levaduras normalmente prosperan en hábitats con abundante azúcar, tales
como frutas, flores e incluso la corteza de los árboles. Algunas de ellas viven en
simbiosis con animales, especialmente insectos y solo algunas son patógenas
para animales y hombres.
Las levaduras más importantes desde el punto de vista comercial son las cepas
vinícolas, cerveceras y panaderas de la especie Saccharomyces cerevisiae. Éstas
son cepas cultivadas que se mantienen aisladas con sumo cuidado para impedir
que se contaminen. El hábitat original de estas levaduras son indudablemente las
frutas y zumos de frutas, pero las levaduras comerciales de hoy en día son
bastante diferentes de las cepas silvestres debido, entre otras cosas, a la
manipulación genética por parte de los microbiólogos industriales a través de los
años.
Figura 8.13. Vista general y estructura interna de la levadura Saccharomyces
cerevisiae.
La capacidad de las levaduras (Saccharomyces cerevisiae) para producir alcohol
etílico y bióxido de carbono a partir de glucosa en ausencia de oxígeno es de gran
importancia económica.
375
El vino se produce cuando las levaduras fermentan azúcares de frutos; la cerveza,
cuando fermentan algún grano, por lo general cebada.
Durante el proceso de fabricación del pan, el bióxido de carbono producido por la
levadura queda atrapado en la masa en la forma de burbujas, las cuales hacen
que la masa suba para producir un pan con textura suave. Tanto el bióxido de
carbono como el alcohol producidos por la levadura escapan a la atmosfera
durante el proceso (Fuerst, 1983).
Los mohos son hongos filamentosos que están ampliamente distribuidos en la
naturaleza y se ven frecuentemente sobre pan viejo, queso o frutas.
Figura 8.14. Hongos filamentosos que crecen sobre algunos alimentos como pan y frutas.
Muchos ascomicetos son parásitos de plantas. El ascomiceto Claviceps purpurea
infecta las espigas del cereal centeno. En donde produce una estructura de color
negro parduzco, llamada cornezuelo. Del cornezuelo del centeno se extrae una
conocida droga alucinante, el LSD (dietilamina del ácido lisérgico) que es la causa
del estado de trance y las visiones psicodélicas de las personas que consumen el
LSD.
Las trufas son ascomicetos que forman cuerpos fructíferos subterráneos. La
especie Tuber malanosporum es la más conocida. Por su sabor intenso, las trufas
son muy apreciadas en la gastronomía europea. Las trufas se cultivan en forma
comercial en la actualidad como micorrizas en árboles y constituyen uno de los
productos biológicos más costosos del mundo (Solomon et al, 1996).
376
Figura 8.15. Las trufas son hongos que forman cuerpos fructíferos subterráneos y se
utilizan como alimento.
8.5 PARASITOLOGÍA GENERAL
La parasitología médica estudia los parásitos del reino animal cuando el hombre
actúa como huésped. El parasito o simbionte puede ser unicelular (protozoos) o
pluricelular (helmintos o artrópodos).
En el parasitismo un ser vivo se une a otro en una relación íntima e ineludible, y
se nutre a costa de él, sin presentar por su parte ayuda o compensación
equivalente. Evidentemente existe un provecho por parte del parasito y una
desventaja por parte del huésped. Este parasitismo en el sentido estricto puede
causar daño o lesión al huésped y convertir al parasito en patógeno, e incluso
puede producirse la muerte de aquél, punto final de la escala de relaciones entre
dichos seres vivos.
El parasitismo puede ser ocasional, facultativo (que no constituye una condición
indispensable para la vida, p. ej., Strongyloides) u obligado, en el que el parasito,
en un momento determinado de su ciclo vital o en todo él, necesita un huésped.
Este parasitismo obligado es el más interesante para el ser humano y a su vez
puede ser permanente (cierto protozoos, p. ej., Trichomonas), temporal o
intermitente (artrópodos hematófagos) o periódico (ciertos helmintos, p. ej.,
Taenia).
La mayor parte de los parásitos humanos son endoparásitos, que por algún
mecanismo penetran en la profundidad de los órganos y tejidos, sangre o
cavidades naturales, aunque también, existen ectoparásitos que solo actúan en la
piel o sus anexos (p, ej., Sarcoptes) (Piatkin y Krisvoshien, 1998).
8.5.1 Infección e infestación
Dos conceptos muy discutidos y diferentes, según los autores, son los de
377
infección e infestación en parasitología. Para unos investigadores la infección es
la invasión del huésped por un endoparásito y la infestación sería el parasitismo
externo de los ectoparásitos. Para otros estudiosos, la infección es una
enfermedad causada por microorganismos unicelulares y la infestación se debe a
la acción patogénica de parasitos pluricelulares (Brock y Madigan, 1993).
Huésped: Una de las principales características importantes del huésped es su
especificidad. Huésped específico es aquel que ofrece todas las posibilidades
para que el parásito cumpla su ciclo vital en su totalidad o bien en la fase que
forzosamente debe cumplir en aquél. Se diferencian distintos tipos de huéspedes:
1. Huésped definitivo: es el organismo donde se aloja el parásito adulto, o
donde se lleva a cabo la reproducción sexual del parásito. Ejemplo: el
hombre funciona como huésped definitivo para Taenia solium, porque en el
intestino delgado se desarrolla el parásito adulto.
Para Plasmodium, el mosquito Anopheles funciona como huésped
definitivo, porque en su estómago se lleva a cabo la reproducción sexual.
2. Huésped intermediario: es el organismo que aloja a las formas larvarias del
parásito, donde se lleva a cabo la reproducción asexual de éste.
Ejemplo: el cerdo es huésped intermediario para Taenia solium ya que en
sus músculos se desarrolla el cisticerco (larva), y el hombre es huésped
intermediario para Plasmodium, porque en el ser humano el parásito se
reproduce asexualmente.
3. Huésped reservorio: es el organismo que aloja un agente patógeno para los
humanos, pero a su vez no manifiesta alteración clínica alguna. Sin
embargo, el huésped reservorio funciona como diseminador del parásito.
Ejemplo: El hemíptero (insecto) Triatoma es un huésped reservorio del
Trypanosoma cruzi en la enfermedad de Chagas.
Trasmisor: es el organismo que trasfiere un parásito de un huésped a otro.
Ejemplo: en el paludismo el agente causal es el Plasmodium que es trasmitido por
el mosquito Anopheles.
Fuentes de las parasitosis
Una infección parasitaria puede adquirirse mediante una de estas vías:
1. A partir de otra persona, por contacto más o menos directo (p.ej., Trichomonas
vaginalis).
2. Por autoinfección, por ejemplo, en el mecanismo ano-mano-boca de la
oxiuriasis.
3. Por transmisión materno-filial o congénita: Toxoplasma.
4. A partir de objetos contaminados, como ropas, sabanas, etc. (Enterobius)
378
5. A partir del suelo contaminado por excretas humanas (Ancylostoma).
6. A partir de agua o alimentos contaminados (E. histolytica, T. spiralis).
7. A partir de animales parasitados (E. granulosus).
8. Mediante artrópodos transmisores (Plasmodium transmitido por mosquitos
Anopheles) (Joklik et al, 1984).
Vías de entrada
Los parásitos pueden penetrar en el cuerpo humano por diversas vías, como la
cutánea, mucosa, digestiva y respiratoria.
Cutánea: Para poder romper la continuidad del epitelio corneo de la piel, el
parasito necesita atravesarlo por sí mismo o con la colaboración de un huésped
intermediario transmisor. De ahí las diferentes posibilidades que se encuentran en
esta vía. En el primer caso, el propio parasito franquea activamente la piel por un
mecanismo enzimático que la digiere; puede tratarse de un monoxeno, que
necesita cubrir su ciclo vital en el medio externo o suelo (Ancylostoma), o
heteroxeno con un ciclo caracol-agua-hombre (Schistosoma).
Otras veces, el parasito, siempre heteroxeno, es transmitido con introducción de la
saliva que lleve al parasito (Plasmodium) o es depositado en la superficie de la
piel y franquea activamente la puerta abierta por la picadura; en este último caso
se localiza en las piezas bucales (Wuchereria) o en las heces (T. cruzi) del
artrópodo, y posteriormente atraviesa la piel, favoreciendo por el rascado que
comporta la picadura. Otras veces el artrópodo entra y ejerce por si mismo la
acción patógena en el tejido cutáneo (Sarcoptes scabiei).
Mucosa: Esta es más fácil de a travesar, y así lo hacen Toxoplasma,
Trypanosoma cruzi.
Digestiva: Esta vía, que necesita por parte del parásito algún mecanismo para
evitar la acción del jugo gástrico, puede ser sólo un paso para una futura
localización tisular (E. granulosis, T espiralis) o un fin, pues es en el intestino
donde va a residir de forma permanente (Entamoeba, Trichuris).
Respiratoria: Es excepcional, y por inhalación pueden penetrar Toxoplasma y
Pneumocystis carinii.
Otra vía: Una vía posible de entrada es la transfusión de sangre de personas
enfermas o portadoras a personas sanas. Caso del Plasmodium que causa el
paludismo.
A partir de la puerta de entrada, y si no se ejerce aquí mismo la acción, el parásito
guiado por un tropismo especial debe realizar un recorrido, más o menos
complicado, hasta llegar al tejido, órgano o víscera idóneos para su desarrollo y
multiplicación. Ejemplo: Trichomonas, Giardia, Enterobius, Sarcoptes, larvas de
mosca, entre otros.
379
Esto comporta un ciclo complejo, cuyo conocimiento es de gran interés no sólo
parasitológico sino clínico, pues puede explicar síntomas y signos de interés. A
veces se producen incluso migraciones aberrantes, con presencia del gusano en
lugares inesperados (Ascaris).
Los tejidos u órganos finales son muy variados: intestino, por ciclo directo
(Enterobius) o complejo (Ascaris), sangre (Plasmodium, Trypanosoma), pulmones
(Paragonimus), vénulas mesentéricas (Schistosoma mansoni) o vesicales (S.
haematobium), linfáticos (W. bancrofti), células reticuloendoteliales (Leishmania),
tejido subcutáneo (Loa loa), conjuntiva (Onchocerca).
Hay parásitos sin tropismo especial y cuya localización depende de factores
anatómicos del huésped (quiste hidatídico, cisticercosis). El tiempo que dura
desde la puerta de entrada, por migración interna, hasta la localización constituye
el periodo de incubación biológico y puede ser de días o meses (Chalela, 1988).
El periodo de incubaciónclínico es el intervalo entre la exposición y la aparición
de los primeros síntomas clínicos del parasitismo. El resultado final es que, si el
parásito ha conseguido superar las defensas del huésped, se constituye el
parasitismo propiamente dicho. Si no se consiguen superar, será destruido o
eliminado. Si las fuerzas ofensivas y defensivas están equilibradas se constituye el
estado de comensalismo que explica las infecciones “mudas”, “subclínicas” y
“asintomáticas”, que en un momento determinado, por fallo en las defensas del
huésped pueden hacerse “aparentes” o “clínicas”. Es el caso de Trichomonas,
Entamoeba, Taenia. Un parásito oportunista por excelencia es Pneumocystis
carinii (Burgos y Romero Sevilla, 1998).
8.5.2 Acción patógena
Los parásitos pueden producir daño al huésped humano por diversos mecanismos
peculiares para cada especie, los cuales pueden adoptar una o varias de las
siguientes acciones:
Mecánica: los parásitos, como cuerpos extraños que son, pueden provocar
obstrucciones u otras acciones mecánicas en el lugar donde se hallan. Así ocurre
con el quiste hidatídico, la cisticercosis cerebral o las filarias (en los linfáticos). A
veces, la acción obstructiva se debe al gran número de parásitos: Ascaris en el
intestino.
Traumática: es la ocasionada por los insectos hematófagos o el arador de la
sarna. Los helmintos que emigran y lesionan los tejidos tienen la misma acción (p.
ej: larvas de nemátodos).
Depredadora: el parásito se alimenta de los nutrientes ya elaborados en el
intestino o de la hemoglobina eritrocitaria a través de la mucosa intestinal
380
(Ancylostoma) o bien directamente en el interior de los hematíes (Plasmodium). La
acción depredadora, más o menos marcada, aparece en todas las parasitosis, y
de ahí que puedan concluir con una desnutrición del individuo o agravarla.
Tóxica: es la producida por sustancias químicas que secretan o transportan los
parásitos, como ocurre en la necrosis lítica causada en el colon por la enzima
proteolítica de Entamoeba histolytica o las necrosis extensas en el hígado
producidas por Fasciola hepática, las cuales permiten a las larvas buscar la salida
hacia las vías biliares. La acción tóxica de los venenos de arañas, garrapatas,
escorpiones, avispas, u hormigas es muy patente.
Citopatógena: la parasitación por determinados protozoos de las células del
huésped puede llevar a su destrucción. Es el caso de Plasmodium, Leishmania, o
Toxoplasma.
Metaplásica o neoplásica: algunos parásitos pueden producir en los tejidos que
parasitan una hiperplasia, primero y una metaplasia o neoplasia, después. Así se
encuentra una clara relación entre Schistosoma spp. Y carcinomas del hígado,
colon, recto y vejiga; entre Fasciola hepática y C. sinensis y tumores de las vías
biliares, y entre Paragonimus y C. sinensis y tumores pulmonares.
Infecciones secundarias: las bacterias piógenas pueden invadir las lesiones
cutáneas producidas por las larvas de anquilostomas o las picaduras de insectos.
En las colitis por amebas patógenas pueden existir infecciones bacterianas
asociadas. Los virus pueden ser introducidos en diversas vísceras mediante
parásitos invasores o en sus migraciones internas (De la Rosa, 1997).
8.5.3 Protozoos
Constituyen un grupo muy diverso de protistas unicelulares eucarióticos,
posiblemente derivados de ciertas algas que habrían perdido su capacidad de
fotosíntesis y pueden considerarse como las formas animales más primitivas. Los
protozoos poseen membrana plasmática, citoplasma, núcleo, organelos y no
tienen pared celular. En general, no poseen color y son móviles, excepto los
Sporozoos. Los protozoos se distinguen fácilmente de los procariotas porque son
inconfundiblemente más grandes; de las algas porque carecen de clorofila; de los
hongos y levaduras por su movilidad y ausencia de pared celular y de los hongos
mucosos por su incapacidad para originar cuerpos fructíferos.
Por lo menos una docena de especies de protozoos viven en usted. Una especie
vive en su boca, donde se alimenta de bacterias y de partículas alimentarias que
se albergan entre sus dientes. Algunas especies viven en su intestino, donde se
alimentan de bacterias que viven allí. La mayoría de estos protozoos son
inofensivos y algunos ayudan a consumir los microbios patógenos. Sin embargo,
un gran número de ellos son parásitos del hombre y otros animales y otros son
381
saprófitos en otros hábitats como el suelo, el aire o la superficie de los árboles.
Las enfermedades ocasionadas por protozoos son difíciles de tratar porque sus
células son muy parecidas a las humanas. Cualquier cosa que destruya un
protozoo es posible que lesione también al hospedero.
La mayoría de los protozoos se alimentan por fagocitosis, proceso por el que una
partícula de alimento es rodeada por una porción de su membrana plasmática
flexible, introduciéndola en la célula. Una vacuola digestiva envuelve y digiere las
partículas de alimento utilizando enzimas digestivas aportadas por lisosomas. Los
materiales digeridos son absorbidos desde la vacuola digestiva, que de manera
gradual se encoge a medida que se vacía. Algunos protozoos pueden
<<tragar>>literalmente bacterias o células eucarióticas pequeñas a través de una
estructura especial, más o menos desarrollada, que funciona a modo de boca y
que se conoce como citostoma.
El tipo de movilidad de los protozoos es una de las características que se emplean
para dividirlos en grupos taxonómicos. Los protozoos que se mueven por
movimientos ameboides se llaman Sarcodina; los que utilizan flagelos,
Mastigophora y los que utilizan cilios, Ciliophora. Existe un cuarto grupo
Apicomplexa, generalmente inmóviles, que son parásitos de animales superiores.
Los protozoos que constituyen parásitos humanos se incluyen en cuatro clases.
v Sarcodina o Protozooarios ameboides.
v Mastigophora o Protozooarios flagelados.
v Ciliophora o Ciliata (ciliados).
v Apicomplexa (Curtis y Barnes, 2000).
v Sarcodina o Protozooarios ameboides.
En alguna etapa de su evolución, los protozoarios ameboides (Sarcodina)
perdieron sus estructuras móviles permanentes. En la actualidad, se mueven
mediante pseudópodos o “falsos pies” que son extensiones citoplasmáticas
temporales desde la membrana plasmática, las cuales aumentan de tamaño hasta
que contienen todo el citoplasma; de este modo se desplaza el organismo
completo. También se utilizan pseudópodos para realizar la fagocitosis.
El grupo de interés entre los Sarcodinos es el filum Rhizopoda o de las amebas
unicelulares cuyo género Amoeba es el más representativo. Las amibas se
encuentran en el suelo, agua dulce y océanos. Muchos miembros de este grupo
carecen de forma corporal definida. Su célula única cambia de forma a medida
que se desplaza. Estos organismos se reproducen vía asexual por división celular
y no se ha observado que experimenten reproducción sexual.
382
Figura 8.15. Estructura interna de la ameba y proceso de fagocitosis de una
bacteria.
Entre las amibas parásitas se incluyen Entamoeba histolytica, que produce un
estado diarreico denominado disentería amebiana (amebiasis) en el ser humano.
En muchos casos, la infección es asintomática, pero en algunos individuos
produce ulceraciones en el tracto intestinal. El protozooario se transmite de
persona a persona como cistos cuando hay contaminación fecal de las aguas o de
los alimentos.
Algunas amibas, como Acanthamoeba, suelen ser de vida libre pero pueden
producir infecciones oportunistas, por ejemplo lesiones oculares en personas que
usan lentes de contacto (De la Rosa, 1997).
v Mastigophora o Protozooarios flagelados.
Todos los protozoos flagelados son células heterótrofas, definidas en parte por
presentar uno o más flagelos que utilizan para la movilidad. Aunque muchos
protozoos flagelados son de vida libre, un buen número de ellos son parásitos de
animales, incluyendo el hombre.
Los géneros más conocidos son: Trypanosoma, Trichomonas, Giardia.
El género Trypanosoma comprende diversas especies de protozoos flagelados
transmitidos por artrópodos y productores de enfermedades graves, ampliamente
distribuidas en África (enfermedad del sueño) y América del Sur (enfermedad de
Chagas). La principal medida para evitar estas enfermedades consiste en la
protección frente a las picaduras de los artrópodos vectores.
383
En Colombia el protozoario Trypanosoma cruzi causa la enfermedad de Chagas.
Los insectos recogen el parásito cuando se alimentan de humanos y otros
animales infectados. El parásito se multiplica en el intestino del insecto y luego es
excretado en un huésped. El rascarse la piel provoca la infección. El hígado y el
bazo se inflamen, los párpados y el rostro se hinchan, luego el cerebro y el
corazón se dañan gravemente. Su tratamiento es muy incierto.
Figura 8.16. Trypanosoma cruzi ocasiona la enfermedad de Chagas.
Trichomonas vaginalis es un protozoo parásito flagelado, que no forma quistes. Es
una de las causas más frecuentes de vaginitis, la cual produce secreción
espumosa de olor desagradable. Se transmite por contacto sexual, habitualmente
con varones infectados, en los que la infección puede ser asintomática. Si no se
tratan a tiempo las infecciones con Trichomonas lesionan los tractos urinario y
reproductivo (Starr y Taggart, 2004).
Giardia lamblia es un protozoo flagelado que se constituye en un parásito
intestinal en humanos, puede transmitirse por el consumo de agua contaminada
con el patógeno y también por sexo anal con una pareja infectada.
La G. lamblia suele causar sólo leves molestias intestinales, aunque también
provoca una forma grave de gastroenteritis denominada giardiasis. Los síntomas
de la enfermedad incluyen distensión abdominal, náuseas, calambres intestinales
y diarrea líquida, explosiva y maloliente. El padecimiento puede presentarse
durante meses o años. La giardiasis prevalece en los países en desarrollo,
regiones sobrepobladas con mala calidad del agua y servicios sanitarios
deficientes.
384
v Ciliophora o Ciliata (ciliados).
Los ciliados son los protozoos más altamente especializados. Pueden vivir en
agua continental como en agua de mar, también en diferentes suelos y, si bien la
mayoría son de vida libre, también los hay parásitos.
Todos los ciliados son heterótrofos y las bacterias son su principal alimento. Por
esta razón, son utilizados en plantas de tratamiento de aguas para disminuir el
número de bacterias en las aguas residuales. Otros capturan algas, flagelados,
ciliados -incluso de su propia especie- y hasta animales pluricelulares. Como
ejemplo de ciliados parásitos se puede mencionar aquellos que viven en el
estómago anterior de los mamíferos herbívoros. Las vacas y las ovejas contienen
más de medio millón de ciliados de varias especies que degradan vegetales o
toman azúcares para alimentarse con lo cual ayudan a los animales en su
digestión.
Figura 8. 17. Paramecios en conjugación.
Los ciliados tienen forma definida pero un tanto mutable debido a una cubierta
externa que permite el movimiento. Los cilios baten con movimientos oblicuos, de
modo que el organismo gira al avanzar. La coordinación del batido ciliar es tan
precisa que el protista no sólo puede avanzar, sino también puede retroceder y
virar. Cerca de su superficie, muchos ciliados presentan pequeños tricocistos,
organelos que descargan filamentos para ayudar a capturar y retener a las presas.
Los ciliados difieren de otros protozoarios en que tienen dos núcleos distintos, uno
o más micronúcleos pequeños que participan en el proceso sexual, y un
macronúcleo mayor, que controla el metabolismo y el crecimiento celulares. La
385
mayor parte de los ciliados pueden experimentar un fenómeno sexual llamado
conjugación, en el que dos individuos se reúnen e intercambian material genético
(Gutiérrez Vásquez, 2001).
Algunos protozoos ciliados son parásitos como Balantidium coli.
v Apicomplexa
Este filum incluye protozoarios formadores de esporas que parasitan a animales.
El grupo representativo son los esporozoarios, los cuales conforman un gran
grupo de protozoarios parásitos, algunos de los cuales causan enfermedades
graves al ser humano, como el paludismo. Los esporozoarios carecen de
organelos para la locomoción y de vacuolas contráctiles. Sin embargo pueden
desplazarse por flexión. En alguna fase de vida pueden formar una espora
resistente, que es el agente infeccioso transmitido al siguiente huésped. A menudo
pasan parte de su vida en un hospedero y otra parte en otro hospedero diferente.
Diversas especies de esporozoos del género Plasmodium son los causantes del
paludismo o malaria. Las especies infectantes de Plasmodium en el ser humano
son P. falciparum, P. vivax, P. malariae y P. ovale.
El paludismo es la enfermedad infecciosa grave más común en el mundo. Cada
año se infectan de paludismo de 200 a 300 millones de personas, y dos a tres
millones de ellas mueren. Plasmodium vivax, el esporozoario que causa el
paludismo, entra al torrente sanguíneo humano por la picadura de un mosquito
Anopheles hembra infectado. Plasmodiumvivax entra primero a células hepáticas
y después a glóbulos rojos donde se multiplica fuera del alcance del sistema
inmunitario del huésped. Cuando cada célula infectada se rompe son liberados en
la sangre muchos nuevos parásitos que infectan nuevos glóbulos rojos y el
proceso se repite. La rotura simultánea de millones de glóbulos rojos causa los
síntomas del paludismo: escalofrío seguido de fiebre (cuando el parásito libera
sustancias tóxicas y éstas afectan otros órganos del cuerpo) Ver Figura 8.18.
Si un mosquito no parasitado por Plasmodium pica a una persona infectada,
ingiere algunos plasmodios con la sangre infectada. Entonces ocurre un
complicado proceso de reproducción sexual dentro del estómago del mosquito en
el ataque se producen nuevos parásitos palúdicos, algunos de los cuales emigran
a las glándulas salivales del mosquito para infectar a la próxima persona que sea
picada. La reproducción sexual de Plasmodium no ocurre dentro del ser humano.
Por este motivo, la eliminación de los mosquitos huéspedes (tal vez imposible)
erradicaría la enfermedad (Solomon, et al, 1996).
386
Figura 8.18. Ciclo de vida del parasito Plasmodium, el cual causa la malaria.Los
humanos y los mosquitos sirven como hospederos alternos.
387
En la actualidad, están efectuándose importantes esfuerzos para desarrollar una
vacuna eficaz frente a la malaria.
8.5.4 Metazoos
Teniendo en cuenta la conveniencia clínica y práctica los microbiólogos han
propuesto un super phyllum denominado METAZOA que comprende aquellos
animales (muchos de ellos microscópicos) que son parásitos pluricelulares, de los
cuales tienen interés para los humanos los helmintos y los artrópodos.
Los helmintos o gusanos son animales invertebrados de simetría bilateral y
envoltura musculocutánea, sin apéndices articulados, que se dividen en gusanos
de cuerpo aplanado o platelmintos, como Taenia y Schistosoma, y de cuerpo
cilíndrico o nematelmintos, como los nemátodos intestinales (Ascaris, Enterobius,
Ancylostoma) y nemátodos tisulares (Trichinella, Filaria). Entre los artrópodos,
metazoos de cuerpo cilíndrico y quitinoso con apéndices articulados y simetría
bilateral, se incluyen las clases Insecta (moscas, mosquitos, piojos, pulgas) y
Arachnida (garrapatas), cuyas formas larvarias o adultas pueden parasitar al
hombre o actuar como vectores en numerosas enfermedades infecciosas o
parasitarias (Pumarola et al, 1994).
Helmintos: Los helmintos o gusanos son únicos entre los agentes infecciosos
de los humanos por su tamaño, complejo ciclo de vida y migraciones en el interior
de su huésped.
Para observar virus, bacterias, protozoos y hongos es necesario utilizar el
microscopio, pero los helmintos son observables a simple vista: los más pequeños
miden aproximadamente 2 mm y los mayores alcanzan hasta 10 m.
Los helmintos están provistos de órganos y tejidos rudimentarios. Todos ellos
carecen de aparato circulatorio y de órganos de la respiración; la mayor parte del
ciclo vital transcurre en condiciones anoxigénicas.
Pero si la mayoría de los aparatos de los gusanos parásitos se han vuelto
rudimentarios, los órganos sexuales, por el contrario, se encuentran muy
desarrollados. En muchos de ellos, los sexos están separados, pero, en otros
(cestodos y ciertos trematodos), el hermafroditismo es la norma. El resultado de la
unión de las células de ambos sexos es el huevo, que se produce en grandes
cantidades, hasta 200.000 o más por aparato genital femenino cada día. Esto se
debe a que un porcentaje pequeñísimo de los huevos o larvas serán capaces de
infectar a un nuevo huésped y el parásito debe asegurar el ciclo. Además, en
muchos helmintos, son necesarios unos o varios huéspedes, lo que disminuye las
posibilidades de pase de unos a otros de los huéspedes intermediarios.
Todos los helmintos se encuentran condicionados por factores ecológicos, como el
clima, suelo, humedad, existencia de huéspedes intermediarios y factores de los
propios individuos, así como el estado previo de nutrición, existencia de otras
388
enfermedades parasitarias o no, hábitos higiénicos, costumbres religiosas, etc.,
que es necesario conocer cuando se quieren plantear medidas profilácticas en
estas parasitosis (Pumarola et al, 1994).
Los helmintos (del griego helmins, gusano), parásitos del hombre, que le producen
enfermedades, se dividen en dos grandes Phyla:
1. Nematoda o gusanos cilíndricos, no segmentados y con sexos separados.
2. Platyhelmintes, gusanos planos, segmentados o no y hermafroditas, salvo
Schistosoma. Se dividen en dos clases:
a) Cestodos: segmentados, con varios órganos de fijación y hermafroditas.
b) Trematodos: no segmentados, en forma de hoja, hermafroditas o con sexos
separados.
Nemátodos o gusanos redondos. Nemátodos intestinales
Los nemátodos (de nemas, hilo, y oedes, similar, parecido) son gusanos cilíndricos
y alargados, con un extremo anterior, provisto de papilas (para fijarse en los tejidos
o abrirse paso en ellos), ganchos, placas o dientes, y otro posterior, de morfología
variable.
Ciclo vital. En los nemátodos se puede encontrar una gran variedad de tipos de
ciclos vitales. La mayoría de ellos tienen un huésped definitivo, y se produce la
transmisión a otro (de una misma especie o huésped intermediario) por ingestión
de huevos, ingestión de larvas, penetración de de éstas a través de la piel o
mucosas, o a través de un huésped intermediario (artrópodo), en el que sufre un
ciclo más o menos complicado.
Los huevos eliminados por las heces, orina, esputo, piel etc., se convierten en
larvas, que presentan diversas mudas o fases hasta invadir al nuevo huésped. En
algunas especies, el huevo es la única forma infestante.
Fisiopatología. El mayor número de los helmintos parásitos del hombre
pertenecen al grupo de los nemátodos. Muchos de ellos son productores de
enfermedades humanas muy importantes por su frecuencia o su gravedad. Se
distinguen dos grandes grupos de nemátodos: los que viven en el intestino y los
que se desarrollan en la sangre u otros tejidos.
Los nemátodos intestinales son los que ocasionan las helmintiasis más frecuentes
en nuestro medio. Transmitidos por vía digestiva dan lugar a un parasitismo
intestinal por el gusano adulto, que en la mayoría de los casos cursa sin
afectación. Desde el punto de vista clínico los agentes causales se dividen en dos
grandes grupos: los cuadros conocidos con el nombre de <<lombrices>>intestinales
y las uncinariasis (Pumarola, 1994).
389
ü Lombrices intestinales
·
Áscaris lumbricoides: es un gusano nemátodo que infecta en el mundo
alrededor de 700 millones de personas. Es muy frecuente en nuestro
medio, en donde se le conoce también como ´´lombriz de tierra´´ y es el
mayor de todos los nemátodos intestinales (20-35 cm la hembra y 15-30 cm
el macho.
Figura 8.19. Representación de la lombriz de tierra o Áscaris lumbricoides.
La infección se produce por ingestión de huevos que han sido previamente
expulsados por las heces de una persona infectada. Los huevos de Ascaris, una
vez expulsados, deben permanecer y madurar en el suelo unos 15-20 días antes
de hacerse infecciosos. Cuando se ingieren, llegan al intestino delgado, donde
salen las larvas; desde allí éstas emigran, por medio del hígado, a los pulmones y
una vez desarrollados regresan al intestino delgado como gusanos adultos, vía
tráquea y esófago.
La infestación por Ascaris suele ser asintomática, hasta que se expulsa el gusano
vivo con las heces o incluso por la boca o nariz (De la Rosa, 1997).
·
Enterobius vermicularis: son las conocidas lombrices de los niños u
oxiuros. Son nemátodos que producen parasitosis intestinal muy común en
nuestro medio. Los gusanos adultos miden aproximadamente 1 cm las
hembras y de 2 a 3 mm los machos. Habitan en colon y ciego; desde aquí
la hembra emigra al ano y pone los huevos en la piel perianal.
La infestación es muy común en la infancia. A menudo resulta asintomática,
aunque el prurito anal (más frecuente por la noche) es un síntoma muy común.
·
Trichiuris trichiura o tricocéfalo. Lombriz intestinal muy frecuente en
Colombia.
Uncinariasis. Se denominan así las parasitosis producidas por las especies
Ancylostomaduodenale y Necator americanus. Producen anemia crónica y
390
debilidad.
ü Lombrices tisulares
·
Trichinella spiralis: Trichinella spiralis es un nemátodo tisular, agente
causal de la triquinosis, enfermedad producida por el enquistamiento
muscular de las larvas de este nemátodo en las personas afectadas; se
adquiere por la ingestión de carne no cocida de cerdo (o, menos
frecuentemente, de otros animales carnívoros), que contiene larvas
enquistadas.
Las larvas, en el intestino, dan lugar a gusanos adultos (2 a 4 mm), que producen
abundantes larvas (alrededor de 1.500 por cada hembra), penetran a través de la
pared intestinal en el torrente circulatorio y se enquistan en los músculos
estriados, donde terminan por calcificarse. Los síntomas aparecen 1 o 2 días
después de ingerir carne contaminada: dolor abdominal, náuseas y diarrea. Una
semana más tarde, aproximadamente (las larvas invaden los músculos), se
presenta dolor muscular y edema de párpados. La prevención de la enfermedad
consiste en evitar el consumo de carne de animales parasitados.
Filarias que parasitan a los humanos
Las filarias son nemátodos filiformes blancos cuyas hembras depositan diminutos
gusanos que se localizan en los vasos y ganglios linfáticos. La Wuchereria
bancrofti ocasiona la filariasis obstructiva o elefantiasis.
Platelmintos o gusanos planos
Los miembros del filum Platyhelminthes, los platelmintos o gusanos planos son
animales ápodos (sin extremidades), alargados y aplanados. Presentan simetría
bilateral y su configuración estructural es sencilla.
Son de interés clínico dos clases de platelmintos parásitos: Cestoda y Tremátodos.
Estas dos clases están bastante adaptadas a su modo de vida parásita y han sido
modificados por él. Tienen ventosas o ganchos para sujetarse dentro del huésped.
Su cuerpo es resistente a las enzimas digestivas secretadas por sus hospederos.
Producen gran cantidad de huevecillos y han perdido estructuras innecesarias,
como órganos sensoriales o aparato digestivo (Jawetz, 1989).
ü Cestoda, cestodos o tenias son gusanos alargados, planos y
segmentados. Las partes de que consta el gusano adulto son: cabeza o
escólex, cuello y cuerpo dividido en segmentos, denominados proglótides.
La mayoría de los cestodos requieren la participación de uno o más huéspedes
intermediarios para completar su ciclo vital. Los huevecillos son excretados en
los excrementos del huésped primario y se depositan en el suelo. Cuando los
huevos son ingeridos por el huésped intermediario, salen las larvas, que penetran
391
en los tejidos y forman quistes. Se completa el ciclo cuando el huésped definitivo
ingiere los quistes con la carne del huésped intermediario.
Cuando un ser humano es el huésped primario, el parásito adulto se limita el
intestino. Cuando el ser humano es huésped intermediario, se presenta una
invasión de larvas en los tejidos y, generalmente, se desarrolla una enfermedad
grave.
Taenia solium o lombriz solitaria: cestodo cuyo huésped intermediario es el cerdo.
La infección es adquirida por el hombre por consumo de carne de cerdo, poco
cocida o cruda, con cisticercos. Este gusano llega a alcanzar una longitud de 5 m
en el intestino humano. La mayoría de las infecciones son asintomáticas.
En T. solium, la persona puede actuar como huésped intermediario. En este caso,
cuando una persona ingiere huevos de T. solium presenta en sus tejidos quistes o
cisticercos que pueden ocasionar una enfermedad grave (cisticercosis), según la
localización anatómica de los quistes (p. ej., cerebro).
La prevención de las infecciones por tenias consiste en evitar el consumo de carne
de vacuno o de cerdo cruda o poco cocinada. La congelación de la carne durante
cuatro días destruye los cisticercos (Carpenter, 1999).
Figura 8.20. Representación de la ingesta de la tenia por medio de la carne de
cerdo infectada.
392
a).
b).
Figura 8.21. a). Taenia solium y b) T. saginata son parásitas del hombre y pueden
alcanzar hasta 10 m de largo.
Hombre
Agua
Vegetales
Manos
Heces
huevos
Hombre
(Tenia adulta)
(Cisticercosis)
Cerdo
Carne con
cisticercos
Hombre
(Teniasis)
Figura 8.22 Ciclo de Taenia solium
ü Trematoda, tremátodos o duelas
Los tremátodos o dístomas son gusanos planos, no segmentados, de forma
foliácea (de hoja) o alargada. La palabra tremas procede del griego y significa
agujero o ventosa. A diferencia de los cestodos, los otros gusanos planos, tienen
aparato digestivo, en los estadios juveniles poseen cilios y pueden tener sexos
separados. Las especies de dístomas más importantes que afectan a los humanos
se presentan en la siguiente tabla.
Fasciola hepática es un tremátodo frecuente en las zonas frías y húmedas de
Colombia. Su huésped natural es el ganado ovino, vacuno y porcino; su huésped
intermedio es el caracol del género Lymnaea que deposita los quistes
(metacercarias) en los pastos y hortalizas. El hombre ocasionalmente se infecta al
comer hortalizas (verduras) infectadas. El helminto adulto se desarrolla en las vías
biliares y el hígado y causa hepatomegalia, ictericia y cólicos biliares. La
393
enfermedad que ocasiona denominada fasciolasis o distomatosis hepática se
previene al escaldar las verduras o las hortalizas antes de consumirse (Davis,
1996).
8.5.5 Artrópodos de importancia epidemiológica
Son animales invertebrados, de cuerpo segmentado y simetría bilateral, revestidos
por un exoesqueleto quitinoso que envuelve una cavidad general o celoma y con
apéndices pares articulados (del griego artron, articulación, y poús, pies).
Representan por sí solos el 80% de las especies conocidas del reino animal y se
calcula que existen 740.000 especies diferentes y más de 1 trillón de individuos.
Esto se debe a su enorme fecundidad y poderosa capacidad de adaptación,
basada en unas características morfológicas y fisiológicas bien conocidas.
Su estudio es importante por diversas razones: a) causan enfermedades humanas
(sarna, miasis); b) son vectores, es decir, transmiten enfermedades; c) son
molestos y desagradables al hombre en su parasitación (piojos, pulgas,
cucarachas, mosquitos), y d) destruyen cosechas o zonas verdes y producen
enfermedades en las aves y ganado, hechos que afectan indirectamente a la
colectividad. Se han afirmado que los artrópodos constituyen el mayor obstáculo al
progreso del hombre.
a).
b).
Figura 8.23. a).Ciclo de la Fasciola hepáticay b). Morfología del parásito.
394
Distomas o duelas digestivo-pulmonares (fascioliasis)
Hepáticas
Fasciola hepatica
Clonorchis sinensis
Intestinales
Fasciola buski
Pulmonar
Paragonimus westermanii
Distomas de la sangre humana (esquistosomiasis o
bilharziasis)
De venas vesicales
Schistosoma haematobium
De venas intestinales
Schistosoma mansoni
Schistosoma japonicum
S. intercalatum
Tabla 8.5 Clasificación de los distomas más importantes que afectan al ser humano.
Pero los artrópodos no son siempre perjudiciales. Así, por ejemplo, los insectos
polinizadores y los productores de cera y miel; por otra parte, muchos artrópodos
destruyen especies dañinas al hombre y otros constituyen alimento de animales
superiores (Pumarola et al, 1994).
Morfología general. Los artrópodos poseen una morfología, en la que se
destacan tres grandes segmentos o zonas, no siempre separados entre sí: la
cabeza, el tórax y el abdomen.
El carácter morfológico fundamental es la ausencia de esqueleto interno, que está
reemplazado por el tegumento cutáneo o cutícula, formada por una proteína (la
artropodina) y la quitina (C8H13O5N), componente principal del exoesqueleto. Este
revestimiento duro y resistente da la forma y protección, y permite la inserción de
la musculatura interior y elementos de sostén de las vísceras. Como no es
elástico, cuando el animal crece, debe ser sustituido por otro nuevo formado por
debajo y desprenderse la capa externa endurecida (muda) (De la Rosa, 1997).
En la cavidad general del cuerpo o celoma se encuentran el aparato digestivo, el
aparato circulatorio, el sistema nervioso con sus características particulares. Los
órganos sensoriales son de una gran variedad y complejidad, y destacan un par
395
de ojos que pueden ser sencillos, u ocelos, o complejos, multifacetados, formados
por una gran cantidad de ojos elementales que permiten una visión de 360°; las
dos antenas permiten oler las posibles fuentes de alimentación o a la pareja
sexual, a través de las feromonas que emiten las hembras y que atraen al macho,
a veces, a una distancia superior a los 10 km.
Los apéndices, pares, se han modificado en patas para andar, en las especies
terrestres, y órganos de natación, en las acuáticas. Los apéndices cefálicos han
sufrido adaptaciones como órganos de masticación, succión, lamido, perforación o
sensitivos. Los sexos son separados y la reproducción es sexual, aunque puede
haber partenogénesis(Curtis y Barnes, 2000).
a.
b.
Figura 8.24. Ejemplares representativos del phylum Arthropoda. a. Clase Arácnida
(garrapatas). b. Clase Insecta (Mosca doméstica)
Ciclo evolutivo. Los artrópodos se desarrollan mediante un proceso, denominado
metamorfosis. Sólo algunos insectos muy primitivos tienen un desarrollo directo,
es decir, el individuo recién nacido es una réplica en pequeño del adulto.
En la metamorfosis completa o de transformación total se distinguen cuatro fases:
huevo, larva, pupa (ninfa o crisálida) e imago (animal adulto). En ella, las fases
larvarias son morfológicamente diferentes al adulto y viven y se alimentan en
lugares diferentes a los de éste (p. ej., mosquitos).
En la metamorfosis incompleta o gradual existen tres etapas: huevo, ninfa e
imago. En ella, las ninfas tienen el mismo aspecto, hábitat y medio de alimentación
que el animal adulto (p. ej., piojos).
Los artrópodos son importantes como causantes de enfermedades o como
vectores de éstas
396
1. Hay artrópodos que parasitan al hombre y le provocan enfermedades como
la sarna y pediculosis. Otros causan cuadros alérgicos de importancia
(ácaros domésticos) o inoculan venenos (arañas, escorpiones).
2. Los vectores son aquellos artrópodos capaces de llevar un agente
infeccioso desde la fuente de infección (animal o humana) a un huésped
susceptible. Hay dos tipos de vectores, los pasivos o mecánicos, y los
activos o biológicos.
En los vectores pasivos, el artrópodo es un transportador simple, en el que el
agente infeccioso no evoluciona ni se multiplica; esto implica que la asociación
agente-vector sea inespecífica y no la vía única o principal de transmisión de la
enfermedad. Es el caso de la mosca doméstica, que actúa como vehículo pasivo
de salmonelosis, enterovirus, protozoos y huevos de helmintos.
En los vectores activos, el artrópodo es un huésped indispensable en el ciclo vital
del agente causal, que en él evoluciona o se multiplica; la asociación agentevector es muy específica (p. ej., Anopheles- Plasmodium) y es la vía única o
principal de la transmisión (Jawetz et al, 1989).
Clasificación
Dentro del Phylum Arthropoda se distinguen doce clases, de las cuales son de
interés clínico la Arachnida y la Insecta.
En la clase Arachnida se distinguen tres órdenes principales: Scorpiones, Araneae
y Acari. En la clase Insecta o Hexapoda, los principales órdenes son: Mallophaga,
Anoplura, Blattaria, Hereroptera, Coleoptera, Hymenoptera, Lepidoptera, Diptera,
Siphonaptera (De la Rosa, 1997).
·
Arachnida. Son artrópodos con el cuerpo dividido en cefalotórax y
abdomen; los adultos poseen cuatro pares de patas, carecen de antenas y
son ápteros. Su metamorfosis es incompleta. Desde el punto de vista
médico interesan tres órdenes: Acarina, Araneida y Scorpionida.
Acarina. Tienen el cefalotórax y el abdomen unidos, sin segmentación externa.
Además, destaca el capítulo o rostro, estructura prominente en el extremo anterior
del cuerpo y que simula una falsa cabeza, aunque no es más que un aparato
bucal especializado. Dentro de este orden hay dos grupos de arácnidos bien
definidos: loa ácaros y las garrapatas.
Ácaros. Los ácaros tienen interés médico por tres razones: ser causantes de
enfermedades (sarna y otras dermatitis), ser vectores de otras y dar lugar a
reacciones de hipersensibilidad cutánea o asmática.
397
Sarna o escabiosis. Es una ectoparasitosis producida por Sarcoptes scabiei que,
en su variedad hominis, solo afecta a la especie humana. Este es un ácaro que
penetra en la piel del huésped y excava canales y trincheras. En estos surcos la
hembra deposita sus huevos y las larvas excavan nuevos surcos para convertirse
en adultos en pocos días. La infestación causa escozor, que provoca lesiones de
rascado, las cuales pueden recubrirse de costras y sobreinfectarse con bacterias.
Garrapatas. Son ectoparásitos hematófagos (que se nutren de sangre) y poseen
en el capítulo o falsa cabeza un gran hipostoma, con dientes curvados hacia atrás,
que fijan el parásito como un ancla a los tejidos del huésped.
Las garrapatas, aparte el interés económico por afectación de animales
domésticos, tienen un interés sanitario por ser vectores de enfermedades, por el
daño mecánico que pueden producir y por la aparición de cuadros paralíticos tras
su picadura.
La presencia del capítulo de las garrapatas en los tejidos provoca una reacción
inflamatoria local, que se agrava al intentar extraer ésta forzadamente. En estos
casos es mejor dejar que se desprenda por sí sola o colocar sobre el cuerpo unas
gotas de éter o cloroformo, que facilitan la extracción.
Araneida. Las arañas son animales depredadores, que capturan vivas a sus
víctimas, con el auxilio de telas o redes o apresándolas directamente. Estas son
inmovilizadas por una toxina paralizante que secreta el cefalotórax; éste se
encuentra marcadamente separado del abdomen.
El hombre rara vez es afectado por los venenos de las arañas y sólo algunas
especies pueden originar cuadros graves. La tarántula, araña de los platanares, es
muy agresiva y ataca saltando hacia su víctima. En el hombre, las lesiones son
ligeras o, a lo sumo, dolorosas (Pelzar y Reid, 1998).
La araña viuda negra, del trigo o capulina (género Latrodectus) posee un veneno
neurótico y no hemolítico, que produce un fuerte dolor local con anestesia;
posteriormente, los dolores y otros signos neurológicos se extienden por todo el
cuerpo y llevan a la muerte por insuficiencia cardiorrespiratoria.
Scorpionida. Los alacranes tienen un cuerpo alargado con cefalotórax no
segmentado y grandes pedipalpos terminados por fuertes pinzas; la parte posterior
del abdomen acaba en una espina o aguijón hueco, por donde sale el veneno.
Viven bajo las rocas o en lugares oscuros, aunque en la época de lluvias pueden
entrar en las viviendas. Las personas entran en contacto con ello, al pisarlos
descalzos o al tocarlos con las manos cuando están bajo las piedras, en las ropas
o zapatos.
398
Figura 8.25. Los alacranes
se caracterizan por su
peligrosidad puesto que
inyectan venenos letales
Figura 8.26. Estructura de la araña.
399
El cuadro clínico, especialmente grave en los niños, se caracteriza por dolor
punzante, inflamación y linfangitis, en el lugar de la picadura, y síntomas generales
neurológicos y hemorrágicos, con parálisis, convulsiones espasmos, shock y
muerte.
Existen gran cantidad de especies de alacranes en el mundo, y destacan por su
peligrosidad los géneros Buthus, Centruroides, Tityus y Tamulus.
Insecta
Esta clase está constituida por artrópodos que poseen respiración traqueal y tres
pares de patas, razón por la cual se conoce también como Hexapoda. Forman la
clase más numerosa de los artrópodos y, por lo tanto, de todas las especies
animales (70%). Muy pocas de ellas son portadoras de enfermedades, pero éstas
son de tal importancia que han condicionado la vida y la economía de grandes
áreas del globo terráqueo.
Caracteres generales. El cuerpo de los insectos se encuentra dividido en cabeza,
tórax y abdomen.
En la cabeza se encuentran los órganos sensoriales: las antenas, los ojos simples
o facetados y los órganos bucales, lamedores, perforadores, succionadores o
masticadores.
Los insectos pueden ser ovíparos, ovovivíparos y vivíparos, y pueden tener los
tres tipos de ciclo vital, que sirven de base para su clasificación: desarrollo directo,
metamorfosis incompleta o completa. La duración de la vida en las etapas larvaria
y adulta varía con las especies y el medio. Una vez alcanzado un nivel favorable
de población, la mayoría de los insectos regulan la densidad por autolimitación,
emigrando a zonas vecinas, por canibalismo o por ajuste a la temperatura y
precipitación pluvial. El control de los insectos-plaga mediante los insecticidas
químicos ha causado un gran avance en el mundo, pero no se puede olvidar que
el uso inadecuado de éstos ha provocado la resistencia de los insectos, que es no
sólo la capacidad de sobrevivir a dosis previamente letales, sino también la de
transmitir dicha propiedad a la descendencia. Por otro lado, se han observado
cambios de comportamiento en muchos insectos, con los que evitan entrar en
contacto con las sustancias tóxicas empleadas para su destrucción.
Clasificación. En la clase Insecta se distinguen, según los autores, de 23 a 38
órdenes distintos, de los cuales cuatro son de gran importancia médica y otros
cuatro, de menor interés.
Los principales órdenes son:
400
Diptera. Comprende moscas y mosquitos.
Heteróptera. Son las chinches.
Siphonaptera. Son las pulgas
Anoplura. Son los piojos.
Algunos órdenes de menor interés aquí son Hymenoptera (abejas, avispas,
hormigas), Blattaria (cucarachas), Coleoptera (escarabajos) y Lepidoptera
(mariposas, polillas).
·
Diptera
Comprende los ´´mosquitos´´ y sus géneros más conocidos son Anopheles, Culex
y Aedes. Los mosquitos poseen un doble interés. En primer lugar, son insectos
molestos, que, al picar las hembras para su alimentación (es necesaria la sangre
para la producción de hormona gonadotrópica, imprescindible para la ovulación),
inyectan líquido salival que produce eritema, hinchazón y prurito, todos ellos
localizados. En algunas personas pueden aparecer síntomas más intensos tipo
urticaria y eccema.
Figura 8.27. El Anopheles es el insecto vector del paludismo.
Pero el papel fundamental es la transmisión de enfermedades producidas por
virus, protozoos y helmintos: Anopheles son los únicos transmisores del paludismo
humano; aunque cualquier especie de las más de cuatrocientas descritas puede
ser infectada experimentalmente, sólo un centenar son los transmisores naturales.
Pero especies que son importantes en un país o área, en otra no tienen
importancia.
Aedes aegypti es el principal transmisor de la fiebre amarilla, aunque también lo
pueden ser otras especies del género Aedes y Mansonia, Culex y Haemagogus. A.
aegypti es también le principal transmisor de otras arbovirosis como el dengue y
diversas encefalitis.
El género Culex (C. pipiens, C. tarsalis), de distribución mundial, es transmisor de
diversas encefalitis. C. pipiens es también trasmisor de filariasis (W. bancrofti). Por
401
último, Mansonia transmite fiebre amarilla, y algunas filariasis y encefalitis.
Los flebotomos, género Phlebotomus, son mosquitos que transmiten la
Leishmaniosis visceral y cutánea (Pumarola et al, 1994).
Muscidae. En esta familia están ubicadas las moscas y sus principales géneros
son: Musca, Stomoxys y Glossina.
El ciclo evolutivo es de una metamorfosis completa. Los huevos, de forma
alargada y blanquecinos, dan lugar a larvas diferentes según las especies. Estas
larvas se desarrollan en criaderos habituales (basura, estiércol) o esporádicos (piel
y tejidos), y en un tiempo variable, según las condiciones ambientales, pasan a
ninfas o pupas encerradas en un envoltorio quitinoso, que se rompe en el
momento de emerger el imago, con el tamaño definitivo del insecto. Algunas
especies son vivíparas (Sarcophaga).
Las moscas tienen un interés sanitario por ser transmisoras pasivas de
infecciones, ser vectores activos o producir enfermedades.
Transmisión pasiva. Numerosas especies de mosca y, sobre todas, la mosca
común (Musca domestica) transportan mecánicamente, en las almohadillas de las
patas, con la pieza bucal o en el cuerpo, las más diversas infecciones producidas
por virus (poliomelitis), bacterias (salmonelas, shigelas, coliformes, vibriones,
yersinias, clamidias, etc.), parásitos (huevos y quistes de todo tipo) e incluso
hongos.
Miasis. Es la invasión de los tejidos y órganos de los mamíferos por larvas de
dípteros. Hay diversas familias de dípteros, en que de una forma específica o
accidental la hembra deposita sus huevos en la piel, heridas, mucosas o
cavidades y da lugar a larvas que son capaces de perforar los tejidos con sus
ganchos y a un cuadro necrótico local y de lesiones perforantes.
Un grupo de dípteros en forma obligada de su ciclo vital necesitan pasar la fase
larvaria en los animales o el hombre. Esta parasitación se denomina miasis
verdadera o especifica. Se trata de familias distintas a la Muscidae, aunque se
utiliza el nombre de <<moscas>>;; así destacan los géneros Chrysomyia,
Dermatobia, Gasterophilus, Hypoderma, Oestrus, Callitroga, etc. Las hembras
depositan sus huevos en la piel, heridas, mucosa nasal y conjuntiva (Oestrus) de
los animales y accidentalmente del hombre. Causan lesiones destructivas locales
e infecciones bacterianas asociadas.
·
Heteróptera. Los hemípteros o chinches son insectos cuyo representante
más conocido es el chinche de cama (Cimicidae hemipterus) típico de los
países tropicales.
402
Su ciclo es completo, de unas 4 a 5 semanas, y viven en grietas en las paredes,
muebles de madera, empapelado de las paredes, etc. Emiten olor característico.
Don de hábito nocturno y producen en el sitio de la picadura una lesión papulosa
urticarial, de intensidad variable. No hay pruebas de que sean vectores naturales
de ningún agente patógeno.
Entre los triatomas o chinches hocicones se destacan dos géneros: Triatoma y
Rhodnius, cuyas especies son transmisoras de la enfermedad de Chagas, pues en
el intestino medio y posterior del insecto se reproducen los promastigotes de
Trypanosoma cruzi, que contaminarán la microherida de la picadura, mediante la
defecación concomitante; el rascado posterior se encarga de la introducción de las
formas infectantes.
·
Siphonaptera. Las pulgas son ectoparásitos que necesitan la ingestión
periódica de sangre y por ello están dotados de cierta inespecificidad para
el huésped. Son insectos de 2-3 mm, de color oscuro, con cuerpo
comprimido lateralmente, sin alas y con largas patas que les permiten una
gran capacidad para el salto.
El ciclo de las pulgas es de una metamorfosis completa, que realizan fuera del
huésped, en el ambiente. La hembra deposita los huevos en lugares húmedos,
templados y oscuros, como las rendijas, rincones, etc. Las larvas y ninfas
evolucionan en un periodo de hasta 1 año y se alimentan de desechos nutritivos.
Sin embargo, los adultos viven en el ambiente y pican al huésped más cercano de
sangre caliente, pues necesita ésta para la supervivencia y fertilidad. De ahí que
infecten a roedores, perros, gatos, etc., y al hombre.
Figura 8.28. Representación de la pulga Pulex irritans.
403
De las 17 familias e innumerables especies, las de mayor interés clínico son:
Pulex irritans o pulga del hombre; Xenopsylla cheopis de la rata; Ctenocephalides
canis del perro, y C. felis del gato. La nigua da un cuadro específico.
Las pulgas tienen interés sanitario como insectos molestos por su picadura, por
producir la tungiasis o por ser vectores de enfermedades. La picadura de la pulga
casi siempre nocturna, causa una irritación instantánea.
La tungiasis es una parasitación con Tunga penetrans o nigua, que es una pulga
pequeña de 1 mm, típica de las regiones tropicales de América. El hombre se
infesta por el contacto de la piel desnuda; aparece sobre todo, en los pies, una
inflamación dolorosa como un forúnculo, donde se encuentra la hembra, que se
alimenta de sangre y elimina huevos al exterior. La lesión se transforma en una
úlcera dolorosa y puede infectarse e incluso llevar a la muerte.
Figura 8.29. Infestación grave por la
nigua en el pie de un niño
Las pulgas desempeñan un papel importante como vectores activos en la peste y
el tifus murino. En el ciclo epidemiológico de la peste, producida por Yersinia
pestis, intervienen pulgas (Brock y Madigan, 1993).
El tifus murino o endémico, producido por Rickettsia typhi, es transmitido de rata a
rata y de rata a hombre por Xenopsilla cheopis y Nosopsyllus fasciatus.
404
·
Anoplura. Los piojos son insectos pequeños, de 1 a 3 mm, sin alas, con el
cuerpo aplanado en sentido dorsoventral y tres pares de patas. Dos
géneros principales, cada uno con una sola especie, son de interés
humano: Pediculus humanus y Phthirus pubis. El primero de ellos presenta
dos variedades: P. humanus var. capitis o piojo de la cabeza y P. humanus
var. corporis o vestimentis o piojo del cuerpo.
P. humanus tiene un color blanquecino y de 2 a 3 mm de longitud. La hembra
fertilizada deposita sus huevos o <<liendres>> blanquecinos, operculados y de 0.60.8 mm, en la raíz de los pelos de la cabeza, axilas o pecho, o en las fibras de la
ropa y costuras; a los 5-15 días dan lugar a una ninfa hematófaga, que sufrirá tres
mudas, hasta llegar a adulta en 2-3 semanas.
Figura 8.30. Invasión del cabello por el piojo Pediculus humanus.
Tres caracteres importantes de estos piojos son de destacar: La especificidad del
huésped que muestran, ya que piojos de otros animales no afectan al hombre y
viceversa (contrariamente de lo que sucedía en las pulgas). En segundo lugar su
poca capacidad de ayuno, que exige estar alimentándose casi de forma continua,
por lo que viven sobre el huésped y sus vestidos (al contrario de las pulgas que
viven y realizan su ciclo en el ambiente). Además, los piojos resisten mal los
cambios bruscos de temperatura, por lo que huyen de los enfermos con fiebre alta
y de los cadáveres e infestan a las personas cercanas.
Phthirus pubis, o <<ladilla>> o crab-louse, recibe aquel nombre por su localización
en los pelos del área genital, aunque también puede aparecer en el bigote, axilas y
otras zonas pilosas. Su ciclo es similar y permanecen adheridos al mismo lugar,
durante varios días, chupando sangre de vez en cuando.
Desde el punto de vista médico-sanitario, los piojos son de importancia por la
parasitación (pediculosis, ptiriasis) y ser vectores activos de enfermedades.
405
La pediculosis se debe a la irritación provocada por la gota de saliva que el insecto
deposita en la microherida de la picadura. Esto da lugar a una pápula rojiza muy
pruriginosa. La irritación es tal que puede llegar a una dermatitis, con el peligro de
infección bacteriana secundaria a las lesiones del rascado. En la pediculosis del
cuero cabelludo, frecuente en colegios, escuelas, guarderías, etc., los parásitos
aparecen con más frecuencia en la zona occipital y retroauricular, donde se
buscará el parásito o las liendres. En la pediculosis corporal, los parásitos deben
ser buscados, más que en el individuo, en las costuras y ropas que están en
contacto directo con la piel. Cabe destacar que, así como la pediculosis corporal
está en franca disminución, al elevarse el nivel socioeconómico de las
poblaciones, la localización en la cabellera se presenta en países con alto nivel
económico y, según todos los autores, en constante aumento en los niños de
todas las edades, que se contagian principalmente en escuelas y guarderías.
La ptiriasis da el mismo cuadro clínico, pero de localización pubiana. La
demostración del parásito puede ser más difícil por su menor tamaño y requiere el
uso de la lupa. Es una enfermedad de transmisión sexual o venérea, y se
encuentra, como todas ellas en aumento continuo, dentro de las poblaciones con
promiscuidad sexual.
P. humanus var. corporises vector del tifus exantemático epidémico, la fiebre de
las trincheras y la fiebre recurrente epidémica (De la Rosa, 1997).
·
Otros insectos de interés
Las cucarachas (Orden Blattaria) son insectos grandes (de 13 a 40 mm), más
corredores que voladores, omnívoros y verdaderos fósiles vivientes de la era
carbonífera (hace 250 millones de años), lo que demuestra su gran poder de
adaptación. De las 3.500 especies descritas, destacan, en nuestro medio, la
cucaracha <<rubia>>, o Blatella germanica, y la <<negra>>, o Periplaneta americana.
Poseen largas antenas y alas muy bien desarrolladas. La primera es de menor
tamaño (10-15 mm) que la americana (35-40 mm). Ambas son muy voraces y
muestran gran predilección por los carbohidratos (especialmente harinas). De
hábitos nocturnos, poseen una metamorfosis simple. Su papel en la transmisión
de enfermedades es difícil de valorar. Son huéspedes naturales en el ciclo
evolutivo de Hymenolepis nana y otros helmintos.
Como vectores mecánicos se han aislado en ellas gran cantidad de bacterias
(Salmonella, Shigella, Vibrio, Yersinia, E. coli, etc.), virus (polio, Coxsackie,
hepatitis A), hongos (Aspergillus), protozoos (Entamoeba, Giardia, etc.) y
helmintos (Taenia, Ascaris Enterobius, Ancylostoma, etc.).
Pueden ser muy graves las picaduras de diversos Hymenoptera, como abejas,
avispas y hormigas, que realizan mediante un aguijón, con el que inyectan
venenos específicos. Los escarabajos (Coleoptera) de ciertas especies poseen en
sus líquidos corporales principios vesicantes o irritantes, que ejercitan su acción al
406
ponerse en contacto con la piel. Por último, ciertas familias de polillas y mariposas
(orden Lepidoptera) producen dermatitis urticante, debido a los pelos ponzoñosos
de sus larvas (Gray Young, 1992).
8.6 LOS VIRUS
No es fácil ubicar a los virus en alguno de los dominios de los organismos vivos.
Sin embargo, dado su tamaño pequeño y sus capacidades infecciosas,
habitualmente han sido estudiados junto con los procariotas. Los virus están
formados por una región central de ácido nucleico, ADN o ARN, rodeado por una
cubierta proteínica o cápside y, en algunos casos, por una envoltura lipoproteica.
Se reproducen solamente dentro de las células vivas, apoderándose de las
enzimas y la maquinaria biosintética de sus hospederos. Sin esta maquinaria,
serían tan inertes como cualquier otra macromolécula, o sea, sin vida según la
mayoría de los criterios (Curtis y Barnes, 2000).
Los virus poseen elementos genéticos que pueden replicarse independientemente
de los cromosomas de una célula pero no independientemente de dicha célula. A
fin de multiplicarse, los virus deben entrar en una célula en la cual puedan
replicarse. Dicha célula se denomina hospedera. Los virus se caracterizan
también por tener una forma infecciosa madura que es típicamente extracelular.
Figura 8.31. Estructura de los virus.
407
Los virus, al igual que los plásmidos y otros elementos genéticos, se aprovechan
de la maquinaria metabólica codificada por los cromosomas de la célula
hospedera. Como otros elementos, los virus pueden conferir importantes
propiedades a la célula hospedera. Estas propiedades serán heredadas cuando la
célula se divida, si las dos células hijas heredan el genoma vírico. Estos cambios
frecuentemente no son dañinos, e incluso pueden ser beneficiosos. Sin embargo,
los virus a diferencia de los otros elementos genéticos como los plásmidos, tienen
una forma extracelular que los capacita para ser fácilmente transmitidos de un
hospedador a otro. Esta forma extracelular ha capacitado a los virus a replicarse
dentro de un hospedero de una manera dañina para la célula hospedera. Esta
replicación destructiva es la causa de que algunos virus sean agentes de
enfermedades. En muchos casos, el que un virus cause enfermedad o cambio
hereditario depende de la célula hospedera y de las condiciones ambientales.
8.6.1 Propiedades generales de los virus
Los virus presentan dos estados o formas: intracelular y extracelular. En el estado
extracelular, un virus es una partícula minúscula que contiene ácido nucleico
rodeado por proteína y que dependiendo del virus específico, ocasionalmente
contiene otros componentes macromoleculares. En este estado extracelular, la
partícula vírica, también llamada virión, es metabólicamente inerte y carece de
funciones respiratorias y biosintéticas. El virión es la estructura mediante la cual el
genoma del virus se transporta desde la célula en la que se ha producido a otra
célula en la que el ácido nucleico vírico puede ser introducido (Pizarro Suárez,
2000).
Una vez dentro de la nueva célula, se inicia el estado intracelular. Durante este
estado tiene lugar la replicación del virus: se producen nuevas copias del
genoma vírico, y se sintetizan los componentes de la cubierta del virus. Cuando un
genoma vírico se introduce y se reproduce en una célula hospedera, el proceso se
denomina infección. La célula que puede ser infectada por un virus que, además,
se reproduce en ella, se denomina hospedero. Los genomas virales son muy
limitados en tamaño y codifican primariamente las funciones que no puedan
adaptar de sus hospederos. Por tanto, durante la replicación dentro de una célula,
los virus dependen de manera determinante de los componentes estructurales y
metabólicos de las células hospederas. El virus incorpora las funciones
metabólicas y la maquinaria del hospedador al servicio de su propia replicación y
al ensamblaje de los nuevos viriones. (Por tanto, para la mayoría de los virus
pueden encontrarse viriones dentro de la célula al final de la infección.)
Naturaleza del virión. Las partículas víricas (viriones) varían ampliamente en
tamaño y forma. Los virus son más pequeños que las células, oscilando en
tamaño desde 0,02 a 0,3 µm. Una unidad común de medida para los virus es el
nanómetro, que es 1.000 veces más pequeño que 1 µm y 1 millón de veces más
pequeño que 1 mm. El virus de la viruela, uno de los virus más grandes, tiene un
diámetro de unos 200 nm (algo más pequeño que la Bacteria más pequeña); los
408
poliovirus están entre los más pequeños, con sólo 28 nm de diámetro
(aproximadamente el tamaño de un ribosoma) (Karp, 1988).
8.6.2 Genomas víricos
Todas las células tienen ácido desoxirribonucleico de doble cadena (ADN) como
material genético. Por el contrario, los virus contienen o bien ADN o ácido
ribonucleico (ARN) como material genético, y en ambos casos puede ser de
cadena sencilla o doble. Los virus se dividen a veces en dos tipos, según
contengan ADN o ARN como material genético, y todos los virus contienen uno u
otro en el virión. Sin embargo, existe un tercer tipo de virus que usan ambos, ADN
y ARN, como material genético, pero en distintas fases de su ciclo reproductivo. El
último grupo incluye los retrovirus, que contienen un genoma de ARN en el virión
pero se replican a través de un intermediario de ADN, y el virus de la hepatitis B,
que contiene ADN en el virión pero tiene ARN como intermediario de replicación.
A pesar de la diversidad en la estructura del genoma, los virus obedecen al dogma
central de la biología molecular: toda la información genética fluye desde el ácido
nucleico a la proteína. Además, todos los virus usan la maquinaria de traducción
de la célula; y así, con independencia de la estructura del genoma vírico, debe
generarse ARN mensajero (ARNm) que puede ser traducido en los ribosomas del
hospedero (Koneman et al, 2008).
Las estructuras de los viriones son bastante diversas, variando en tamaño, forma y
composición química. El ácido nucleico del virión está siempre localizado dentro
de la partícula, rodeado por una cubierta proteica llamada cápsida. Los términos
de cubierta y cápsida son frecuentemente intercambiables y se refieren a esta
capa externa. La cubierta proteica está siempre formada por un número
determinado de moléculas de proteínas individuales, llamadas subunidades
estructurales, que se disponen siguiendo un modelo preciso y altamente repetitivo
alrededor del ácido nucleico. El pequeño genoma de la mayoría de los virus
restringe el número de proteínas víricas diferentes. Algunos virus tienen un solo
tipo de proteína en su cápsida, pero la mayoría tienen varias subunidades
estructurales químicamente distintas que están asociadas de maneras específicas
para formar estructuras mayores llamados capsómeros. El capsómero es la
unidad morfológica que puede apreciarse al microscopio electrónico.
El complejo de ácido nucleico y proteína empaquetado en una partícula vírica se
llama nucleocápsida vírica. Dentro del virión existen una o más enzimas
específicas del virus. Tales enzimas suelen jugar algún papel durante los procesos
de infección y replicación.
Las proteínas de la cápside pueden tomar la forma de una hélice, como en el virus
del mosaico del tabaco, o la forma de placas triangulares dispuestas en un
poliedro, como en los adenovirus y los bacteriófagos de forma T. La cápside puede
estar rodeada por capas adicionales y tener otras estructuras proteínicas
409
complejas unidas a ella. Algunos virus poseen además, una envoltura lipídica,
proveniente de la célula infectada, en la que están insertadas proteínas virales. La
mayor parte de esas proteínas están glucosiladas y se denominan glucoproteínas
de envoltura.
Las proteínas de la cápside o las proteínas de envoltura determinan la
especificidad de un virus, es decir, cada virus es capaz de infectar únicamente a
las células de una determinada especie o de un cierto tipo.
Una célula puede ser infectada por un virus si la proteína viral puede ´´encajar´´ en
uno de los sitios receptores específicos de la membrana celular de ese tipo de
célula. De este modo, los bacteriófagos atacan a las células bacterianas; el virus
del mosaico del tabaco infecta las células de las hojas de la planta del tabaco; los
adenovirus y los rinovirus, que son los causantes del resfrío común, invaden las
células de las membranas mucosas del tracto respiratorio; y los virus del polio
infectan las células del tracto respiratorio superior, el tapiz intestinal y, a veces, el
sistema nervioso. Aparentemente, todos los tipos de células, tanto procarióticas
como eucarióticas, son susceptibles de infección por virus específicos capaces de
establecer una interacción con sus receptores de membrana.
En algunas infecciones virales, la cubierta proteínica queda fuera de la célula,
mientras que el ácido nucleico entra al citoplasma. En otras, el virus intacto entra a
la célula, pero una vez dentro de la cápside se degrada por distintos mecanismos,
liberando el ácido nucleico viral. Luego, el genoma viral comienza a transcribirse y
a replicarse y forma nuevas partículas virales. La estrategia que utilizan los virus
para multiplicarse varía de acuerdo con el tipo de virus, lo que determina, a su vez,
el lugar dentro de la célula en que se replica y transcribe su genoma.
Aunque la estructura del virus descrito antes suele ser la estructura total de una
partícula vírica, algunos virus tienen estructuras más complejas. En los virus
envueltos, la nucleocápsida está rodeada por una membrana. (Los virus sin
membranas se denominan a veces virus desnudos). Las membranas víricas son
generalmente bicapas lipídicas, a las que a menudo se asocian proteínas
específicas del virus (Chalela, 1998).
8.6.3 Hospederos de virus y taxonomía
Los virus pueden clasificarse en función de los hospederos que pueden infectar.
Así, se encuentran virus de animales, virus de plantas y virus bacterianos. Los
virus de bacterias, a veces llamados bacteriófagos (o, abreviadamente, fago, del
griego phagein que significa <<comer>>), han sido estudiados primariamente como
sistemas modelo convenientes de investigación en biología molecular y genética
de la reproducción vírica.
410
Virus
ADN
mc ADN
Virus
ARN
bc ADN
mc ARN
Virus
ARN
bc ARN
mc ARN
retrovirus
ADN
bc ARN
(Hepadnavirus)
Figura 8.32 Genomas víricos. Los genomas víricos pueden estar formados por ADN ó ARN y algunos virus usan
ambos tipos de ácidos nucleicos en diferentes fases de su ciclo de vida. No obstante, en el virión de cualquier tipo
particular de virus solo se encuentra un tipo de acido nucleico, que puede ser monocatenario (mc), bicatenario (bc) ó,
en el caso de los hepadnavirus, parcialmente bicatenarios. (Tomado de Madigan et al, 2006)
411
Los dos grupos de virus animales más estudiados son los que infectan insectos y
los que infectan animales de sangre caliente. Los virus de plantas o virus
vegetales son importantes en agricultura y han sido menos estudiados que los
virus de animales.
Enzimas en viriones. Se mencionó antes que los viriones no llevan a cabo
procesos metabólicos. Fuera de la célula hospedera, un virión es metabólicamente
inerte. Sin embrago, algunos virones contienen enzimas que colaboran en el
proceso infeccioso. Algunas de estas enzimas se requieren para los primeros
pasos del proceso de infección. Por ejemplo, los viriones que infectan algunas
bacterias poseen una enzima, lisozima, que hace un pequeño agujero en la pared
celular bacteriana para permitir la entrada del ácido nucleico vírico.
8.6.4 Viroides y priones
Durante muchos años, los agentes que causan ciertas enfermedades serias en las
plantas y en los animales estuvieron envueltos en el misterio. Aunque estas
enfermedades exhibían las características de una infección viral, no fue posible
identificar ningún virus. Estudios recientes han demostrado ahora que intervienen
agentes infecciosos aun más simples: los viroides, que son moléculas de ARN
desnudo que se encuentran en las plantas, y los priones, que son partículas
proteicas pequeñas que se encuentran en los animales. Tanto los viroides como
los priones se multiplican en células susceptibles (Curtis y Barnes, 2000).
Los viroides forman cadenas muy plegadas o círculos de ARN y provocan
muchas enfermedades en las plantas. Destruyen valiosas cosechas de papa y de
cítricos, entre otras plantas, año tras año (Starr, 2004). En realidad los viroides se
asemejan a intrones, las porciones no codificadoras del ADN eucariota. Quizás
sean intrones que escaparon de moléculas de ADN o podrían ser residuos que
quedaron del mundo primitivo del ARN.
Los priones son partículas de proteína no asociadas con ningún acido nucleico
detectable. La determinación parcial de las secuencia de aminoácidos del prion ha
permitido elaborar sondas del ADN para identificar su gen que codifica para la
proteína priónica (Davis et al, 1996).
Estudios recientes señalan que los priones son principalmente (o en su totalidad)
formas anormales y menos solubles de proteínas necesarias para el
funcionamiento de las neuronas, las células de comunicación en los sistemas
nerviosos. Los priones catalizan la conversión de las proteínas normales para
formar más priones. Se coagulan como depósitos masivos dentro del cerebro y
ocasionan enfermedades degenerativas mortales que reciben el nombre genérico
de encefalopatías espongiformes. Entre este tipo de enfermedades las más
conocidas son la enfermedad de Creutz–feldt–Jakob (CJD) en humanos y la
enfermedad de las vacas locas en los bovinos.
412
TIPO DE VIRUS
Parvovirus
Adenovirus
Papovavirus
Orthopoxvirus
Herpesvirus:
H. simplex tipo 1
H. simplex tipo 2
Varicela – zoster
Epstein – Barr
Citomegalovirus
Hepadnavirus
ENFERMEDADES - MANIFESTACIONES
VIRUS
·
·
·
CON ADN
Gastroenteritis.
Roseola (fiebre, erupción en infantes).
Agravan los síntomas de la anemia falsiforme.
·
·
Infecciones respiratorias (fiebre, tos, dolor de
garganta).
Neumonías.
Conjuntivitis.
·
Verrugas benignas y malignas.
·
Viruela.
·
·
·
·
·
·
Herpes oral, fuego labial.
Herpes genital.
Varicela, herpes zoster.
Mononucleosis infecciosa.
Linfoma de Burkitt (tumor maligno de las quijadas, de
la cara).
Cáncer de la piel, del hígado, de la faringe, cervix.
·
·
Pérdida auditiva, afecciones mentales.
Hepatitis B (infección grave del hígado).
·
VIRUS CON ARN
Piconavirus:
Enterovirus
·
·
·
Poliomelitis.
Hepatitis A (Hepatitis infecciosa).
Enfermedad ocular hemorrágica.
Rhinovirus
Togavirus
·
·
Resfriado común.
Rubeola.
Flavivirus
·
·
Fiebre amarilla (escalofrío, ictericia)
Dengue (fiebre, dolor muscular severo).
Coronavirus
·
·
Resfriado común.
Infecciones de vías respiratorias superiores.
Filovirus
·
Fiebre hemorrágica, virus de Ebola.
Paramyxovirus
·
·
·
Sarampión.
Parotiditis (paperas).
Rubeola.
Orthomyxovirus
·
Influenza.
Reovirus
·
Vómito y diarrea en niños.
·
·
SIDA
Leucemia de células T en adultos.
Retrovirus:
VIH
HTLV – I Y II
Tabla 8.7. Algunos virus más frecuentes que infectan a los humanos
Tomado de Starr y Taggart, 2004.
413
La enfermedad CJD destruye en forma progresiva la coordinación muscular y el
funcionamiento cerebral. Cada año, una persona de cada millón desarrolla CJD.
Los síntomas incluyen pérdida de la visión y del habla, deterioro mental rápido,
parálisis espástica y muerte inevitable; aun no se ha descubierto una cura.
Los priones también ocasionan la enfermedad de las vacas locas (encefalopatía
espongiforme de los bovinos) que es mortal. Los animales infectados tienen
marcha tambaleante, salivan mucho y presentan otros síntomas. En sus cerebros
se forman huecos esponjosos y depósitos amiloides. La enfermedad de las vacas
locas ocasiona una variante de CJD en el ser humano.
8.6.5 Los virus como agentes patógenos
Los virus animales contienen ADN o ARN. Entre las enfermedades de los
animales, causadas por virus se incluyen cólera canino, fiebre aftosa (glosopeda)
en vacunos, moquillo, influenza porcina, leucemia felina y sarcoma de Rous en
aves. El ser humano es susceptible a una variedad de enfermedades virales,
incluyendo la más común de todas ellas, la gripa. También se incluyen varicela,
herpes simple (del cual es un tipo el herpes genital), parotiditis (´´paperas´´),
rubeola, sarampión, rabia, verrugas, mononucleosis infecciosa, hepatitis y SIDA.
Es tal la variedad de virus y afecciones causadas por ellos que se ha estimado
que cada persona sufre de dos a seis infecciones virales cada año. Por fortuna, la
mayor parte de ellas son formas relativamente benignas, como el resfriado común.
El desarrollo de vacunas eficaces casi ha erradicado el virus de la viruela, que
existe sólo en pocos laboratorios de investigación. Sin embrago, muchas
enfermedades virales, como la hepatitis B y el SIDA, siguen siendo una causa
importante de sufrimiento y muerte.
Los virus se relacionan con ciertos tipos de cáncer
Se sabe que tanto virus de ARN como virus de ADN son causa de algunos tipos
de cáncer en animales. El ácido nucleico de los virus cancerígenos se integra en
el ADN de las células huéspedes, que entonces se transforman en células
cancerosas (Solomon et al, 1996).
Algunos virus que provocan cáncer tienen uno o pocos genes, llamados
oncogenes, que transforman las células huéspedes en células cancerosas. Al
parecer, la infección por un retrovirus favorece el cáncer que ocasiona alteraciones
celulares que mantienen a los oncogenes en un estado activo de transcripción.
Los oncogenes codifican muchos tipos distintos de proteínas, incluyendo factores
celulares del crecimiento, receptores de membranas proteincinasas.
También se han encontrado oncogenes o genes relacionados en células normales
(no infectadas) de la mayor parte de las especies, y determinados estudios indican
que la activación de oncogenes celulares transforma células normales en
414
cancerosas. Algunos virus que carecen de oncogenes pueden causar cáncer al
activar oncogenes celulares.
Una clase de retrovirus humanos (los virus HTVL) han sido vinculados con
algunas leucemias. Estos virus de ARN entran en los linfocitos T (un tipo de
glóbulos blancos) y desencadenan una serie de acontecimientos que causan la
leucemia.
Tratamiento contra los virus
Los tratamientos que existen contra las infecciones virales no suelen ser del todo
satisfactorios, ya que la mayoría de las drogas que destruyen los virus también
afectan a las células en las que se reproducen. Ciertas sustancias análogas a los
precursores de los ácidos nucleicos, pueden ser útiles contra las infecciones
graves por herpes.
Un agente antiviral prometedor es el interferon, que es una proteína no tóxica
producida por algunas células animales infectadas con virus y que puede proteger
a otros tipos de células contra tales infecciones. En la actualidad se está
estudiando la eficacia de ésta sustancia para combatir el cáncer.
El único medio efectivo para prevenir las infecciones virales es la utilización de
vacunas. La vacunación contra la viruela a escala mundial en la década de 1970,
erradicó esta enfermedad. Se han desarrollado muchas vacunas contra virus
humanos y de animales. Entre las infecciones que padecen las personas se
incluyen la del sarampión, rubeola, poliomielitis y gripe. La inmunización con una
vacuna antiviral estimula el mecanismo autoinmune del organismo, el cual produce
los anticuerpos que le protegerán cuando vuelva a ponerse en contacto con el
mismo virus. Las vacunas contienen siempre virus alterados para que o puedan
causar la enfermedad (Pelczar y Reid, 1998).
Algunas enfermedades causadas por virus
Resfriado común. El resfriado común, o catarro o resfrío es una enfermedad
infecciosa viral leve del sistema respiratorio superior que afecta a personas de
todas las edades, altamente contagiosa, causada fundamentalmente por rinovirus
y coronavirus. Los síntomas principales son estornudos, congestión y secreción
nasal, dolor de cabeza, ojos llorosos, picor, dolor o flema en la garganta, tos,
cansancio y una sensación de malestar general. Es una de las enfermedades más
comunes que, por lo general, dura entre 3 y 10 días. Aunque el resfriado común no
tiene cura, los síntomas generalmente se resuelven espontáneamente en 7 a 10
días, con algunos síntomas que pueden permanecer hasta por tres semanas.
El resfriado es distinto de la gripe, una infección viral más grave del tracto
respiratorio que muestran síntomas adicionales: fiebre en aumento, temblores y
415
dolores musculares, aun cuando muchas personas confunden ambos términos.
No existe un tratamiento específico para el catarro común más allá del cuidado de
los síntomas, por lo que conlleva el uso frecuente de los medicamentos de venta
libre, de prescripción y remedios alternativos. En contra de la creencia popular, la
vitamina C no reduce ni previene los síntomas de la enfermedad.
Dengue. El dengue es la principal enfermedad transmitida por mosquitos en el
mundo y se presenta en una forma clínica leve llamada dengue benigno y formas
mas graves que se agrupan en lo que se denomina dengue severo.
El dengue es una enfermedad infecciosa de causa viral, que se caracteriza por
fiebre alta de duración limitada (2 a 7 dias), con intenso malestar general, (cefalea,
dolor retroocular, dolor muscular y dolores articulares), acompañado de erupción
cutánea. Puede presentar síntomas hemorrágicos de escasa intensidad, como
petequias, epitaxis y sangramiento gingival. El tratamiento es de tipo sintomático y
el paciente mejora al cabo de 7 dias. Esta forma de dengue es benigna y no
produce muertes.
El 80% de las personas que se infectan con dengue serán asintomáticos, el 10%
presenta fiebre indiferenciada, el 5% con fiebre dengue y el resto sin
manifestaciones hemorrágicas
El dengue es transmitido a las personas por la picadura del insecto Aedes aegypti,
el cual vive y deposita sus huevos en los alrededores e interior de las casas, en
recipientes utilizados para el almacenamiento de agua y en jarrones, tarros,
neumáticos viejos y otros objetos que hagan las veces de envase de agua.
El virus del dengue es un flavivirus que incluye 4 serotipos (DEN1, DEN2, DEN3 y
DEN4). Cualquiera de estos serotipos puede producir la enfermedad. El mas
frecuente en el dengue clásico es el serotipo 1, que es también el menos frecuente
en el dengue hemorrágico.
En casos especiales se presenta el dengue severo, caracterizado por hemorrágias
y fuga plasmática y que puede causar daño en otros órganos como hígado,
corazón o el cerebro.
Sarampión. El virus causante del sarampión es un Rhinovirus que se caracteriza
por su forma helicoidal y contiene ARN. El hombre es el único huésped natural del
virus del sarampión, transmitido por secreciones respiratorias que penetran al
organismo por la misma vía, donde se multiplica localmente para diseminarse
después a todo el cuerpo, incluyendo la piel y las mucosas. La prevalencia y
frecuencia de sarampión es alta en niños de estrato socio-económico uno y dos
que habitan en hacinamiento.
416
El sarampión es una enfermedad aguda muy contagiosa, con un periodo de
incubación de 9 a 13 días; se inicia con fiebre alta, tos, secreción nasal,
enrojecimiento de los ojos y fotofobia. A los dos días aparecen las típicas lesiones
en las mucosas de la boca, conocidas como manchas de Koplik, ubicadas frente
a los molares. Son exclusivas del sarampión, lo que permite un diagnóstico certero
de esta enfermedad.
De 1 a 2 días más tarde se presenta la erupción maculopapular, extensa,
confluente y de color rosa. Al principio el exantema se presenta detrás de las
orejas, después en la cara, tórax, tronco y extremidades. El sarampión presenta
varias complicaciones, entre las importantes por su frecuencia o gravedad son la
otitis media, la bronconeumonía y la encefalitis. Una complicación tardía poco
frecuente del sarampión es la panencefalitis subaguda esclerosante, que años
más tarde provoca deterioro mental progresivo, movimientos involuntarios, rigidez
muscular, coma y muerte.
Poliomelitis o parálisis infantil. La poliomielitis es una enfermedad contagiosa,
también llamada parálisis infantil. Afecta principalmente al sistema nervioso
central. La enfermedad la produce un poliovirus. Se llama infantil por que las
personas que contraen la enfermedad son especialmente los niños entre cuatro y
quince años (Burgos y Romero Sevila, 1998).
Se dispersa de persona a persona a través de secreciones respiratorias o por la
ruta fecal oral. La mayoría de las infecciones de polio son asintomáticas. Sólo en
el 1% de los casos, el virus entra al sistema nervioso central (SNC) vía la corriente
sanguínea. Dentro del SNC, el poliovirus preferencialmente infecta y destruye las
neuronas motoras. Esa destrucción de neuronas causa debilidad muscular y
parálisis aguda flácida.
Es una enfermedad muy infecciosa, pero se combate con la vacunación. En su
forma aguda causa inflamación en las neuronas motoras de la médula espinal y
del cerebro y lleva a la parálisis, atrofia muscular y muy a menudo deformidad
preferentemente de los miembros inferiores. En el peor de los casos puede causar
parálisis permanente o la muerte al paralizarse el diafragma.
Parotiditis o paperas. El virus de la parotiditis (paperas) pertenece a los
Paramyxovirus. Se caracteriza por ser un virus en forma helicoidal, de 150 a 30
nm, con genoma ARN.
Las paperas, es una enfermedad viral benigna, menos contagiosa que el
sarampión y la varicela; afecta con mayor frecuencia a niños de 5 a 15 años de
edad. La infección se transmite por contacto estrecho entre grupos cerrados
(escuelas) a través de gotitas de saliva, objetos contaminados con saliva y orina, y
contacto directo. Su puerta de entrada en los humanos, es el aparato respiratorio.
417
La enfermedad con un periodo de incubación promedio de 18 días, se manifiesta
bruscamente por malestar, anorexia, a veces febrículas seguida de parotiditis
(inflamación de las glándulas parótidas) con inflamación aguda de una o ambas
glándulas. También pueden afectarse las glándulas submaxilares y
submandibulares, y los testículos en niños. La enfermedad se cura sola
aproximadamente en una semana. En una pequeña minoría de los casos se
presenta meningitis aséptica, encefalitis y otras complicaciones. En niños puede
presentarse orquitis.
SIDA
El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) pertenece a los retrovirus y
contiene ARN. La propiedad del VIH para incapacitar el sistema inmunológico
permanece latente en los linfocitos por años y altera su antigenicidad, lo que
permite al virus escapar a su eliminación inmunológica e impide la curación de la
enfermedad
La infección por VIH se transmite primordialmente a través de:
Ø Contacto sexual entre varones homosexuales y bisexuales.
Ø Drogadictos por vía parenteral.
Ø Niños nacidos de madre infectada (durante el parto y a través de leche
materna).
Ø Transfusión de sangre y sus productos.
Ø Pinchazo con aguja u otro material contaminado con sangre.
El VIH es el agente etiológico primario del síndrome de inmunodeficiencia
adquirida (SIDA); la enfermedad después de un periodo de incubación que puede
durar muchos años, se caracteriza por una depresión pronunciada del sistema
inmunitario, desarrollo de neoplasmas (sarcoma de Kaposi) y por la presencia de
una extensa variedad de infecciones oportunistas. Los síntomas en el adulto son
decaimiento general, diarrea crónica, pérdida de peso, fiebre, fatiga, falta de aire,
placas blancas en la lengua y linfadenopatía.
Por lo general, la infección por VIH se identifica detectando los anticuerpos. De
manera rutinaria se emplea el ensayo inmunoenzimático (ELISA) para detectar
anticuerpos anti-VIH en el suero del paciente, y de esta manera inferir la infección
(Burgos y Romero Sevilla, 1998).
418
Figura 8.33. Enfermedades causadas por virus: a) Resfriado común. b)
Sarampión. c). Poliomelitis. d) Paperas.
419
PALABRAS CLAVE
Microorganismo
Bacteria
Hongo
Protista
Virus
Cocos
Bacilos
Espirilos
Magnetosomas
Plásmidos
Esporas
Bacterias grampositivas
Periplasma
Porina
Protoplastos
Esferoplastos
Fisión binaria
Viroide
Micelio
Hifa Saprófito
Parásito
Haustorio
Levadura
Metazoos
Infestación
Helmintos
Nemátodos
Platelmintos
Tremátodos
Artrópodos
Ácaros
Cápside
Virión
Hospedero
Bacteriófago
Prión
420
BIBLIOGRAFIA
Bernstein, Ruth y Stephen BERNSTEIN. 1998. Biología. 10ª ed. Mc Graw. Hill
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Starr, Cecie y TAGARRT, Ralph. 2004. Biología. 10ª ed. Thompson, México.
Direcciones electrónicas para Microbiología General
htpp://www.commetechlab.msu.edu/CTLProjects-me/news.html
htpp://www.megasum.BCH.UMontreal.CA/protests
htpp://www.morgat.udg.es/microbsem/
htpp://www.inventors.about.com/library/inventors/blmicroscope.htm
htpp://www.infoscience.fr/historie/biograph/biograph.php
422
UNIDAD 9.
GENÉTICA BÁSICA
INTRODUCCIÓN
Desde tiempos prehistóricos, los seres humanos se dieron cuenta que al comparar
las características de los padres con las de los hijos, se presentaban rasgos que
eran iguales mientras que otros eran diferentes. Sin embargo, la compresión de
los principios biológicos que explican los parecidos y las diferencias entre las
generaciones solo se descubrieron a partir de la mitad del siglo XIX.
Un rasgo que un ser vivo transmite a su progenie es una característica
hereditaria. La transmisión de las características de padres a hijos es la herencia
y la genética es la rama de la biología que estudia los mecanismos de la herencia.
9.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Investigaciones rigurosas efectuadas por arqueólogos sobre plantas cultivadas y
animales domesticados demuestran que los hombres primitivos aprendieron que
los caracteres deseables e indeseables pasaban de una generación a otra y que
podían seleccionar las variedades o razas que mejor pudieran satisfacer sus
necesidades básicas (alimento, albergue, protección).
En la edad de oro de la cultura griega surgieron varias ideas para explicar la
herencia. La escuela de Hipócrates afirmaba que el semen masculino se
formaba de muchas partes del cuerpo, mediante la acción de “humores activos”
que eran portadores de los caracteres hereditarios y se transportan a través de
los vasos sanguíneos hasta los testículos. Estos “humores” podían ser sanos o
enfermos: estos últimos explicaban el nacimiento de infantes con anormalidades
congénitas o deformidades.
Aristóteles propuso que el semen masculino estaba formado por la sangre, en
lugar del aporte individual de cada órgano, y que su poder generador residía en un
“calor vital” propio. Cuando se descubrieron en el ser humano el espermatozoide
(siglo XVII) y el óvulo (siglo XIX) se desató una gran controversia acerca de los
mecanismos de la herencia. Los preformistas proponían que las células sexuales
portaban un adulto completo en miniatura llamado el homunculus.
Charles Darwin, el padre de la teoría de la selección natural, propuso la hipótesis
423
provisional de la pangénesis para explicar la herencia. Darwin se ideó el término
gémulas (en lugar de humores) para designar las unidades físicas que
representaban a las distintas partes del cuerpo y que se reunían en la sangre para
dirigirse al semen; estas gémulas determinaban la naturaleza o la forma de cada
parte del cuerpo y podían responder de un modo adaptativo al entorno del
individuo. Una vez modificada, la gémula pasaría a los descendientes, permitiendo
la herencia de los caracteres adquiridos, propuesta ya formulada por Jean
Batipte Lamarck en su tratado “Filosofía Zoológica” y que se conoce con el
nombre de la teoría del uso y desuso.
En esencia esta teoría afirma que cuando un individuo adquiere o pierde ciertas
características, esto se hereda. Es preciso resaltar que en la actualidad y dentro
del léxico de la sociología popular, es generalmente aceptada la idea que los
caracteres hereditarios están en la sangre. Se dice que los miembros de la realeza
y los aristócratas son de “sangre azul”, mientras que los plebeyos poseen “mala
sangre”.
Las ideas formuladas por Darwin fueron controvertidas por su discípulo alemán
August Weismann quien en su tratado “El germoplasma: una teoría sobre la
herencia” propuso que los organismos multicelulares están constituidos por dos
tipos de sustancias; el somatoplasma y el germoplasma. El primero forma los
tejidos corporales, constituyendo la sustancia básica de un individuo que se
desarrolla, crece y finalmente muere. Por otro lado, intuyó el germoplasma,
constituido por células que producen gametos, y que posee la facultad de
multiplicar al individuo.
Weismann consideró el germoplasma inmortal, deduciendo la existencia de una
cadena ininterrumpida de gametos y embriones que se remontaría hasta el
comienzo de la vida. La conocida adivinanza, de qué fue primero, si la gallina o el
huevo, dejó de ser una preocupación para Weismann. De acuerdo con su teoría,
la gallina es simplemente un dispositivo del huevo que posibilita la postura de otro
huevo.
Las bases de la genética moderna fueron elaboradas por primera vez por el monje
austriaco Gregor Johann Mendel, entre 1856 - 1863 y publicadas en 1866.
(Asimov, 1996).
9.2 HERENCIA MENDELIANA. CRUCE MONOHIBRIDO
La primera idea importante sobre el mecanismo involucrado en la transmisión de
las características hereditarias fue expuesta por Mendel en 1866 cuando publicó
los resultados de una serie de experimentos que sentaron las bases de la genética
como disciplina formal.
424
Johann Mendel nació en 1822 en una familia de campesinos en el poblado de
Heinzendorf, que ahora forma parte de la República Checa. En la escuela superior
fue un estudiante sobresaliente; estudió filosofía durante varios años y fue
admitido en el monasterio Agustino de Santo Tomás de Bruno, en 1843. Allí tomó
el nombre de Gregor y recibió apoyo en sus investigaciones durante el resto de su
vida (Kormandy, 1994).
La genialidad de Mendel se reveló en el diseño experimental y en el análisis
estadístico. Otros científicos habían realizado experimentos similares sobre
reproducción de plantas pero habían trabajado simplemente con unos pocos
individuos mientras intentaban indagar muchas características a la vez. Mendel,
por el contrario, se concentró en una o dos características al mismo tiempo y
repitió la misma experimentación sobre millares de plantas de arveja (Pisum
sativum). Este científico excepcional estudió la herencia por medio del
crecimiento de las plantas en lugar de examinar las células a través de un
microscopio.
Mendel tenía un pequeño vivero en el monasterio y realizaba cruces
experimentales con plantas de arveja. Seleccionó siete pares de características
contrastantes: tres pares en las semillas, dos en las vainas y dos en los tallos. Las
características contrastantes se presentan en la Figura 9.1.
Figura 9.1 Características morfológicas de la arveja estudiadas por Mendel.
La estructura de la flor (Ver Figura 9.2) de la planta de arveja resultó favorable
para los cruces experimentales de Mendel por cuanto la flor es hermafrodita o
bisexual, es decir, posee las estructuras reproductoras masculinas llamadas
estambres (androceo) y la estructura reproductora femenina denominada pistilo
425
(gineceo).
Las plantas de arveja se reproducen sexualmente. El polen que se forma en las
anteras de los estambres contienen los gametos masculinos mientras que los
gametos femeninos se forman dentro del pistilo. Mediante el proceso denominado
polinización, los granos de polen se desplazan desde las anteras hasta el estigma
del pistilo. La polinización de las plantas puede ser cruzada (alógama) o directa
(autógama). En la primera el polen que se forma en la flor de una planta se
transporta al pistilo de la flor de otra planta de la misma especie.
z
Figura 9.2 Esquema de la flor de arveja y polinización artificial de la misma.
(Tomado de Alexander et al, 1992).
En la segunda, el transporte del polen ocurre dentro de la misma flor, o entre flores
de la misma planta. La mayor parte de las antofitas (plantas con flores) tienen
polinización cruzada, por acción del viento o de los insectos. En la flor de la arveja
los estambres y el pistilo están dentro de unos pétalos cerrados, disposición que
impide, generalmente, la polinización cruzada, favoreciendo la autopolización.
Esta característica fue relevante para los cruces experimentales de Mendel; aún
cuando las flores de la arveja se pueden polinizar artificialmente en forma
cruzada, los pétalos cerrados evitan que el polen de otras flores de la arveja
afecten los resultados experimentales.
Mendel inició sus experimentos al seleccionar un número de tipos o líneas de
plantas que eran puras para cada uno de los siete pares de características
mencionadas. Mendel escogió estas características porque cada una de ellas
tiene formas con un contraste marcado entre sí. Por ejemplo, la longitud de los
tallos era larga o corta, la forma de las vainas podía ser lisa o arrugada y así
sucesivamente.
Una línea pura es un grupo de individuos que genera descendencia con una única
forma de la característica dada en cada generación. Por ejemplo, un cultivar de
arvejas que era puro para el color gris de la cubierta de la semilla, produciría
426
únicamente arvejas con la cubierta gris, generación tras generación, otro cultivar
puro con cubierta blanca produciría solamente semillas con cubierta blanca en
cada generación. Al permitir que las plantas de arveja se autopolinizarán durante
varias generaciones, Mendel produjo siete pares de líneas puras (Alexander et al,
1992).
9.2.1 Cruce monohíbrido
Después de establecer líneas puras, Mendel hizo cientos de cruces, transportando
el polen desde los estambres de plantas que tenían una característica hasta los
pistilos de las plantas que tenían la característica contrastante.
En un primer grupo experimental, Mendel cruzó plantas que tenían tallos largos
con plantas de tallos cortos. Las plantas puras que usó para hacer estos cruces se
consideran la generación progenitora.
La generación progenitora o P1 es un grupo de organismos utilizados para
hacer el primero de una serie de cruces experimentales. Al germinar las semillas y
desarrollarse las nuevas plantas de arveja, Mendel examinó su apariencia. Todas
las plantas presentaban tallos largos. Igualmente encontró que los resultados del
cruce eran iguales si el polen de una planta de tallo largo se colocaba en el pistilo
de una planta de tallo corto, o si una planta de tallo corto polinizaba una planta de
tallo largo. En la progenie, solo había plantas con tallo largo. Las plantas de arveja
de tallo largo que resultaron del cruce experimental de Mendel eran individuos de
la primera generación. La progenie o descendencia de un cruce progenitor se
llama primera generación filial o F1. Ver Figura 9.3.
Todas las plantas de tallo largo de la F1 son híbridas. Un híbrido es un hijo de dos
progenitores que difieren en una o más características heredadas. Cuando Mendel
cruzó una línea pura de plantas con tallos largos con una línea pura de plantas
con tallos cortos, llevó a cabo un cruce monohíbrido. Un cruce monohíbrido es el
que comprende un par de características contrastantes. En la figura 9.3 se ilustran
los cruces progenitores de Mendel. Nótese que en todos los casos los individuos
de la F1 se parecen solo a uno de los progenitores. Mendel no pudo sacar
conclusiones hasta que siguió estas características en la siguiente generación.
En su segundo grupo de experimentos, Mendel permitió que las plantas de la F 1
se autopolinizarán con lo cual obtuvo la segunda generación filial o F2. Mendel
encontró que numerosas plantas de arveja de la F2 tenían tallo largo y otras
plantas de la F2 tenían tallo corto. La característica que no se manifestó en la F1
reapareció en la F2. La Tabla 9.1 presenta los resultados de los siete cruces
monohíbridos efectuados por Mendel. En la columna F2 se observa que cada
característica que no se manifestó en la F1, volvió a aparecer en la F2. En la
columna “Razón de F2” se presenta en forma de razón matemática los números
de plantas que se obtuvieron para cada característica contrastante.
427
Figura 9.3 Resultado de uno de los cruces monohíbridos de Mendel. (Tomado de Starr y
Taggart, 2004).
Una razón es una expresión matemática que muestra la relación que hay entre
dos o más números. En el cruce entre las plantas F1 de semillas con cubierta gris,
la razón de plantas F2 de semillas con cubierta gris a plantas de semillas con
cubierta blanca, se expresa así:
705 plantas con semillas de cubierta gris
= 3.1
224 plantas con semillas de cubierta blanca
1
Si se aproxima el 3,1 a 3, la razón se expresa como 3:1. En cada una de las
generaciones F2 cerca de los ¾ de los individuos son iguales al progenitor de la
F1. El otro cuarto (¼) posee la característica ausente de la F 1. ¿Cuál es la
explicación para que estas características aparezcan en la F2 en la razón 3:1?
428
Característica
Generación F1
Generación F2
Razón
de F2
Razón
aprox.
Color de la cubierta Todas amarillas 6022 amarillas: 2001 3.00:1
seminal
verdes
3:1
Textura
de
la Todas lisas
cubierta seminal
5474
lisas:
arrugadas
1850 2.96:1
3:1
Color de la flor
705
púrpura:
blancas
224 3.14:1
3:1
los Todos largos
787 largos: 277 cortos 2.84:1
3:1
las Todas axiales
651
axiales:
terminales
207 3.14:1
3:1
Color de la vaina
Todas verdes
152 2.81:1
3:1
Textura de la vaina
Todas lisas
428
verdes:
amarillas
882
lisas:
arrugadas
229 2.95:1
3:1
Longitud de
tallos
Ubicación de
flores
Todas púrpura
Tabla 9.1 Resultados de los cruces monohíbridos en Pisum sativum realizados por
Mendel. (Tomado de Starr y Taggart, 2004).
9.3 LOS PRINCIPIOS DE MENDEL
Es evidente que cuando se cruzan arvejas de cubierta gris con arvejas de cubierta
blanca, las primeras transmiten algún factor de control a la descendencia o F 1.
Además, no interesa que el factor que condiciona las semillas de cubierta gris
provenga del gameto masculino o del gameto femenino, los resultados son los
mismos en cualquiera de los dos casos.
La reaparición de las semillas con cubierta blanca en la generación F 2 se explica
solamente al suponer que al menos algunas de las plantas F 1 portaban también el
factor determinante de la condición semillas con cubierta blanca. Sin embargo, su
presencia en la F1 se hallaba enmascarada. Mendel llamó dominantes a los
rasgos que eran transmitidos sin modificación a la F1 (por ejemplo, semillas con
cubierta gris) y recesivos a aquellos rasgos o características que se hallaban
ocultos en la generación F1 pero que reaparecían en la F2 (por ejemplo, semillas
con cubierta blanca).
Para explicar los resultados obtenidos en sus experimentos, Mendel formuló una
serie de hipótesis. No se trataba de observaciones ni de hechos. Se trababa
sencillamente de afirmaciones que, de ser verdaderas, proporcionarían una
429
explicación racional de los resultados obtenidos. Mendel propuso la existencia de
factores discretos para cada carácter. Sugirió que esos factores eran las
unidades básicas de la herencia, que pasaban sin cambio de generación en
generación, determinando los distintos caracteres que expresa cada planta.
Utilizando estos conceptos básicos, Mendel emitió hipótesis precisas de cómo
tales factores podían explicar los resultados de los cruces monohíbridos. Tales
hipótesis fueron posteriormente confirmadas en principios.
Primer principio. Los factores están en pares. “Los caracteres hereditarios
están controlados por factores que se encuentran en pares en cada organismo”.
En el cruce monohíbrido entre plantas de tallo largo y plantas de tallo corto, cada
carácter tiene un factor particular. Debido a que los factores están en pares, son
posibles tres combinaciones: dos factores para tallos largos y un factor para tallos
cortos. Cada una de estas tres combinaciones es la que determina la longitud del
tallo. Hoy en día a esos factores mendelianos los biólogos los denominan genes y
se consideran segmentos del ADN, que se encuentran en los cromosomas. Los
cromosomas y sus genes se transmiten de los progenitores a la descendencia por
medio de los gametos.
Segundo principio o de la dominancia y recesividad. “Cuando dos factores
distintos, responsables de un carácter dado, se encuentran en un individuo, uno
de los factores domina sobre el otro, que se denomina recesivo.”
En cada cruce monohíbrido, el carácter que se expresa en la generación F 1 es
consecuencia de la presencia del factor dominante. El carácter que no se expresa
en F1 pero que reaparece en F2 se encuentra bajo la influencia genética del factor
recesivo.
El individuo obtiene los dos factores de sus progenitores, un factor por cada
progenitor, el cual se transmite como una unidad discreta inmodificable. Es decir,
las plantas con tallo largo de la F2 no son más largas que aquellas de la
generación F1, aunque los factores que controlan esta característica hayan pasado
a través de la generación de plantas con tallo largo o F 1. Nótese que esta relación
de dominancia-recesividad solo se manifiesta cuando se encuentran juntos en el
mismo individuo factores diferentes. Los términos dominante y recesivo también
se utilizan para designar a los caracteres. En el caso anterior, el carácter tallo alto
es dominante y el carácter tallo corto es recesivo.
Tercer principio o de la segregación. “En la formación de los gametos, los
factores en pares se separan o segregan al azar, de tal manera que cada gameto
recibe uno u otro con igual probabilidad”. Si un individuo tiene un par de factores
iguales (por ejemplo, ambos que especifiquen tallo alto) entonces todos los
gametos reciben un factor para tallo alto. Si un individuo tiene factores distintos
(por ejemplo, uno para tallo alto y otro para tallo corto) entonces cada gameto
tiene un 50% de probabilidad de recibir un factor para alto o un factor para corto.
(De la Loma, 1993).
430
9.4 SIMBOLISMO Y TERMINOLOGÍA GENÉTICA ACTUAL
Mendel estableció la práctica de usar letras para representar los pares de genes
que controlan las características hereditarias. Como ejemplo de esta práctica se
toma el cruce entre plantas de arveja con vainas lisas y las de vainas arrugadas.
El gen para vainas lisas puede representarse con la letra mayúscula (L) y el gen
para vainas arrugadas con la minúscula de la misma letra (l). Si los genes están
en pares cada planta de arveja debe tener dos genes para determinar la forma
de las vainas.
Sin embargo, los genes de un par pueden ser iguales (LL ó ll) o diferentes (Ll).
Un individuo en el cual los dos genes para una característica dada son iguales, es
homocigoto con respecto a ese rasgo. Una planta de arveja con vainas lisas (LL)
es homocigota dominante y una planta con vainas arrugadas (ll) es homocigota
recesiva. Un individuo en el cual los dos genes para una característica dada son
diferentes es heterocigoto. Una planta de arveja que es heterocigota para la
forma de la vaina se representa (Ll).
De acuerdo con la terminología actual, se dice que cada una de las plantas, P1 es
homocigota con respecto a una característica dada. En el momento de formarse
los gametos, los genes se separan. Puesto que en este caso los genes de cada
planta son iguales, todos los gametos producidos por cada planta son también
iguales. Cualquier núcleo espermático del grano de polen o cualquier óvulo de la
planta que produce vainas lisas, poseerá el gen L. Así mismo, cualquier gameto
producido por la planta con vainas arrugadas llevará el gen l.
Los cigotos formados mediante apareamiento de estos cultivares serán de un solo
tipo y contendrán los dos genes; o sea Ll. Todas las células de la planta F1
llevarán así mismo los dos genes, es decir, serán plantas heterocigotas.
Actualmente se usa el término alelo para describir las formas alternativas de un
gen que controlan la presencia de una característica dada. Por ejemplo, hay dos
alelos (plantas con vainas lisas y plantas con vainas arrugadas) del gen que
controla el tipo de legumbre o vaina.
A raíz del descubrimiento del entrecruzamiento de los cromosomas homólogos
durante la meiosis se evidenció que los genes están ubicados en los cromosomas
en sitios específicos. El lugar que ocupan los genes en los cromosomas se
denomina locus (loci en plural) y por consiguiente los alelos de un mismo gen
deben ocupar un mismo locus en los cromosomas homólogos. (Ver Figura 9.5).
De acuerdo con la propuesta de Mendel, todas las plantas F1 serán de vainas
lisas, por cuanto en condición heterocigota al alelo L se expresa y excluye
totalmente al alelo l. En otros términos, L es dominante sobre l. El llamado
cuadrado de Punnett describe en detalle este cruzamiento.
431
Cuando las plantas F1 forman gametos, los alelos se vuelven a separar y a cada
gameto se transmite tan solo un alelo. Esto significa que la mitad del número total
de gametos formados poseerá el alelo L y la otra mitad el alelo l.
Cuando estos gametos se unen al azar, aproximadamente la mitad de los cigotos
serán heterocigotos, 1/4 homocigotos dominantes y 1/4 homocigotos recesivos.
En esta forma, sería probables tres diferentes combinaciones (LL, Ll, ll) y la
relación hipotética será 1: 2: 1. Sin embargo, debido a la dominancia del L sobre l,
no habrá forma de distinguir exteriormente las plantas que tengan los alelos LL
de aquellas que contengan los alelos Ll. Tanto las unas como las otras tendrán
vainas lisas, es decir, tienen el mismo fenotipo.
El fenotipo de un individuo es la expresión física de su o sus genes, los aspectos
anatómicos, fisiológicos o de comportamiento que pueden observarse. Aún
cuando las plantas con los alelos LL y Ll tienen el mismo fenotipo (vainas lisas)
poseen diferente genotipo o sea un contenido genético diferente para ese mismo
rasgo. Por consiguiente, el término genotipo puede referirse al juego específico
de genes que contribuyen a un rasgo particular, tal como la longitud del tallo de la
arveja, o a todos los genes del individuo. En sentido estricto, el genotipo hace
referencia a los segmentos de ADN que expresan una característica; el genoma
se refiere a todo el ADN independientemente de si éste se expresa o no en
características. (Ayala y Kiqer, 2004).
El cruce de prueba. Como un genotipo homocigoto dominante (NN) tiene el
mismo fenotipo que el heterocigoto (Nn) es necesario realizar un cruce de prueba
para distinguirlos. El procedimiento consiste en cruzar el individuo de fenotipo
dominante, pero de genotipo incierto, con un individuo homocigoto recesivo. El
propósito del cruce de prueba es descubrir cuantas clases de gametos diferentes
produce un individuo cuyo genotipo es desconocido. Un individuo homocigoto
dominante producirá solo una clase de gametos mientras que un individuo
heterocigoto genera dos tipos de gametos con igual proporción. Ver Figura 9.4.
Ejemplo: En arveja, el color púrpura de la flor (B) es dominante sobre el color
blanco (b). Entre las plantas de flores púrpura ¿Cuáles son homocigotas (BB) y
cuáles son heterocigotas (Bb)? Para buscar la solución se realiza el cruce de
prueba. En este caso se cruzan las plantas de flores púrpura con plantas de flores
blancas.
432
Posibilidad 1. Si la planta de flores púrpura es homocigota toda su descendencia
F1 será de flores púrpura.
Posibilidad 2. Si la planta de flores púrpura es heterocigota, la descendencia
será mitad con flores púrpura y la mitad con flores blancas.
El cruce de prueba tiene frecuente aplicación en la cría comercial de ganado
(vacuno, caballar, caprino) cuando el criador pretende establecer una línea de
animales que reproduzca fielmente una característica determinada. Dos toros de
raza Holstein, por ejemplo, pueden tener un fenotipo similar en cuanto a salud y
vigor, y sin embargo, uno de ellos engendra hijas cuya producción de leche es
superior a las hijas del otro toro. Para seleccionar los mejores toros los criadores
proceden a realizar cruces de prueba y observar la descendencia; si la prole
resulta superior en cuanto al carácter deseado los toros reproductores continuaran
utilizándose con regularidad para la cría (Solomon et al, 1996).
433
Figura 9.4 Cruce de prueba. Para indagar si una flor púrpura de arveja es homocigota
dominante o heterocigota se cruza con una flor blanca (homocigota recesiva). Si en la
descendencia todas las plantas tienen flores púrpura, la planta en estudio es homocigota
dominante. Si la descendencia es 50% con flores púrpura y 50% con flores blancas, la
planta en estudio es heterocigótica. (Tomado de Alexander et al, 1992).
9.5 CRUCE DIHÍBRIDO
Mendel estudió también la herencia de dos características a la vez. Comenzó
produciendo plantas que eran puras en dos características. Por ejemplo, mediante
la autopolinización desarrolló plantas que eran puras, tanto para la forma redonda
de la semilla como para el color amarillo de ella. También desarrolló plantas que
eran homocigotas recesivas para la semilla arrugada y para el color verde de la
semilla.
434
Figura 9.5 Distribución de los genes en los cromosomas. (Tomado de Solomon et al,
1996).
435
Después, Mendel cruzó plantas que eran puras, tanto para la forma como para el
color de la semilla. Como el experimento implica el estudio simultáneo de dos
características, tal cruce se denomina cruce dihíbrido. Véase Figura 9.6.
Figura 9.6 Representación gráfica de un cruce dihíbrido. Se estudian dos características:
formas de la semilla (redondas y rugosas) y el color de la semilla (amarilla y verde).
Tomado de Curtis.
436
Cuarto principio de Mendel Conforme se observa en el cruce anterior,
aparentemente los genes para las características diferentes se separan
independientemente el uno del otro. Así, (R) se separó de (r) a la vez que(A)
se separó de (a). Cada (R) o (r) tuvo entonces la misma probabilidad de unirse
a (A) o (a)para producir uno de los gametos.
RA
Ra
rA
ra
La segregación independiente de genes diferentes durante la formación de
gametos constituye el cuarto principio de Mendel que puede enunciarse así:
“Durante la formación de los gametos, los genes para una característica se
separan y se distribuyen en los gametos independientemente de los genes para
otras características”.
Probabilidades y genética
Mendel tuvo más éxito en sus investigaciones que sus predecesores porque fue el
primero que produjo y clasificó miles de híbridos y aplicó análisis matemático a los
resultados obtenidos. Mendel se basó en las leyes de la probabilidad para explicar
razonablemente los experimentos. Las proporciones genéticas se expresan más
adecuadamente como probabilidades (por ejemplo, ¾ semilla lisa, ¼ semilla
arrugada). Estos valores predicen el resultado de cada fecundación, de tal manera
que la probabilidad de que cada cigoto tenga el potencial genético de tener semilla
lisa es ¾, mientras que el potencial de tener semilla arrugada es ¼. El rango de
probabilidad va de 0, cuando un evento es seguro que no va a ocurrir, hasta 1,
cuando sí es seguro que va a suceder.
Probabilidad es el estudio de la forma en que operan las leyes del azar, o sea, la
probabilidad de que ocurra cierto evento. Ejemplo, una moneda tiene dos lados:
cara y sello. Qué posibilidad existe de que al lanzar una moneda al aire, este caiga
por “cara” o por “sello”?
Probabilidad = Número de veces que ocurre un evento
Número total de eventos posibles
Cuando se lanza una moneda al aire, puede ocurrir que caiga “cara” o que caiga
“sello”: un total de dos (2) eventos. La probabilidad de que caiga “cara” se puede
expresar con la fracción ½, es decir, existe una oportunidad en dos posibles de
que la moneda caiga “cara”.
Si se lanza otra vez la moneda al aire, ¿qué probabilidad hay de que caiga
nuevamente por “cara”?. LA RESPUESTA ES ½, IGUAL QUE CUANDO SE
LANZÓ LA PRIMERA VEZ, por cuanto cada lanzamiento es independiente de
437
cualquier otro de la misma moneda. Lo anterior se conoce como regla de
Eventos independientes y afirma: Los eventos que ya ocurrieron no afectan la
probabilidad de que pueda ocurrir uno de esos mismos.
Si se lanzan simultáneamente dos monedas al aire, cuál es la probabilidad de
que las dos caigan por “cara”? La respuesta se obtiene multiplicando las
probabilidades de que cada una de las monedas caiga “cara”. La posibilidad de
“cara” para la primera moneda es ½, la probabilidad de “cara” para la segunda
moneda es ½ luego la probabilidad de “cara” para las dos monedas a la vez es ¼
o sea el producto de las probabilidades separadas de cada una de ellas. Esto
constituye la regla del producto que señala:la probabilidad de que ocurran a la
vez eventos independientes es igual al producto de las probabilidades de que
estos eventos ocurran por separado.
Las reglas de la probabilidad se usan en genética para ayudar a predecir los
resultados de cruces simples. El método más conocido es el llamado cuadrado de
Punnett, llamado así en honor del genetista R.C. Punnett quién fue el primero en
sugerir que se usara. Sin embargo, los resultados que se obtienen pueden ser
muy diferentes de los que se esperan. Los resultados obtenidos en el cruce
genético coincidirán con los esperados solo cuando hay un gran número de cruces
o si se obtiene una progenie numerosa. (Solomon et al 1996).
9.6SOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE GENÉTICA
Los estudiantes demuestran su conocimiento de los principios básicos de la
herencia resolviendo problemas de genética. El éxito en esta tarea representa no
solo la comprensión de la teoría sino también su aplicación a situaciones
genéticas prácticas.
Muchos estudiantes encuentran que la resolución de los problemas de genética
es un desafío pero también un premio. A continuación se les proporciona a los
estudiantes algunas ideas básicas en el razonamiento esencial para este proceso.
Los problemas de genética tienen mucha similitud con los problemas algebraicos.
El enfoque es idéntico:
1. Analizar el problema en detalle y con lógica.
2. Traducir las palabras en símbolos, definiendo primero cada uno.
3. Elegir y aplicar una técnica particular para resolver el problema.
Los dos primeros pasos son esenciales, el tercero es mecánico. Los problemas
de genética pueden ser divertidos y fáciles de resolver si se siguen determinadas
normas y si se es metódico en el trabajo.
·
Utilizar siempre símbolos iguales para las generaciones. La generación con
438
la cual se inicia un experimento genético específico es la generación P1 o
generación parental.
La descendencia de esta generación (los hijos) es la primera generación filial o
F1. La descendencia que resulta cuando dos individuos F1 se cruzan constituye la
segunda generación filial o F2.
·
Elaborar una lista de letras que se utilizan para cada alelo involucrado en
una característica determinada. Emplear letras mayúsculas para designar
alelos dominantes y letras minúsculas para los alelos recesivos.
·
Usar la misma letra del alfabeto para designar ambos alelos de un locus
dado. Si no se indica cuál es el alelo dominante y cuál es el recesivo, el
fenotipo de la generación F1 es un buen indicio.
·
Determinar los genotipos de los padres de cada cruzamiento haciendo uso
de los siguientes tipos de datos:
·
Provienen de líneas genéticamente puras? En caso afirmativo deben ser
homocigotos.
·
Pueden deducirse con certeza sus genotipos a partir de sus fenotipos? Este
suele ser el caso si expresan el fenotipo recesivo.
·
Proporcionan alguna información los fenotipos de su descendencia? A
menudo los genotipos de los padres pueden deducirse a partir de los
fenotipos de su descendencia.
·
Indicar los tipos posibles de gametos formados por cada uno de los
progenitores, bien sea por simple inspección o mediante el método de
bifurcación en línea. Es conveniente encerrar el símbolo de cada tipo de
gameto. Ejemplo: (a), (b), (cd).
·
Si se trata de un cruce monohíbrido, se debe aplicar el principio de
segregación; esto es, un individuo heterocigoto (Mm) forma dos tipos de
gametos. (M) y (n).
·
Un individuo homocigoto (MM) forma un solo tipo de gametos. De manera
similar (mm) solo forma un solo tipo de gametos (m)
·
Si el cruzamiento es dihíbrido, se debe aplicar tanto el principio de
segregación como el de distribución independiente. Por ejemplo, un
individuo heterocigoto para dos loci tendría el genotipo (RrSs). (R) se
separa de (r) y (S) se separa de (s). La distribución de (R) y (r) en
439
gametos es independiente de la distribución de (S) y (s). De este modo,
es igualmente probable que (R) termine en un gameto con (S) o (s). Lo
mismo es válido para (r).
·
·
El progenitor RrSs puede formar cuatro tipos de gametos: (RS) (Rs) (rS) y
(rs).
El progenitor RRSS o el progenitor rrss solo pueden formar un solo tipo de
gametos (RS) ó (rs) respectivamente.
·
El progenitor RRSs forma dos tipos de gametos(RS)y (Rs).
·
·
El progenitor RrSS forma dos tipos de gametos (RS) y(rS).
Trazar un cuadrado de Punnett, colocando los tipos posibles de gametos de
un progenitor en el lado izquierdo y los del otro progenitor en la parte de
arriba.
Ejemplo:
Gametos
Cuadrado de Punnett
RRSs
(RS) (Rs)
RS
rS
X
RS
Rs
RRSS
RrSS
RRSs
RrSs
RrSS
(RS) (rS)
· Llenar el cuadrado de Punnett y determinar las proporciones fenotípica y
genotípica de la descendencia. Para evitar confusiones se coloca siempre
el alelo dominante primero y después el alelo recesivo en los individuos
heterocigotos (Rr y nunca rR). Si se trata de un cruzamiento dihíbrido, es
muy importante siempre escribir primero los dos alelos de una
característica y luego los dos alelos de la otra característica.
No interesa cuál característica elija escribir primero, pero una vez que se ha
seleccionado, es esencial mantener el orden establecido. Esto significa que si el
individuo es heterocigoto para ambas características, siempre se utilizará la forma
RrSs y no rRsS o RrsS lo cual causará confusión (Solomon et al, 1996).
· Las proporciones fenotípica y genotípica de la descendencia, tanto de F 1
como de F2 se puede expresar en tres formas:
a. Como relación: 1:1:1:1
b. Como fraccionario: ¼; ¼; ¼; ¼.
c. Como porcentaje: 25%, 25%, 25%, 25% (Griffiths, 2000).
440
9.7 GENÉTICA POST MENDELIANA
La genética mendeliana es unifactorial: un gen compuesto por un solo par de
alelos, uno dominante y uno recesivo, controla una determinada característica. La
genética mendeliana puede explicar el patrón hereditario de muchas
características, pero no de todas. Algunas características son multifactoriales, es
decir, controladas por las interacciones de más de un par de alelos y también por
el entorno. Sin embargo, aunque puedan quedar modificadas las proporciones
clásicas, los principios mendelianos de la segregación y de la transmisión
independiente siguen actuando en la distribución de los alelos en los gametos.
9.7.1 Dominancia incompleta y codominancia. Después de numerosas
investigaciones con diferentes tipos de organismos, los genetistas han descubierto
que en algunos casos uno de los dos alelos determinantes de una característica
no es completamente dominante sobre el otro. Por tanto, en tales casos es
inapropiado utilizar los términos dominante y recesivo.
Se tiene el siguiente ejemplo. Ver Figura 9.7. La especie vegetal denominada
“maravilla japonesa” (Mirabilis jalapa) tiene por lo común flores rojas y flores
blancas. Cada color se presenta de manera constante mientras las flores se
autopolinizan. Sin embargo, qué color podría esperarse del cruce de una planta
con flores blancas con otra de flores rojas?
Figura 9.7 Dominancia incompleta en la planta Maravilla japonesa (Mirabilis jalapa).
Tomado de Alexander et al, 1992.
Este cruce fue realizado por primera vez por el botánico alemán Karl Correns (uno
de los científicos que descubrieron las investigaciones de Mendel) y observó que
todas las flores de la generación F1 eran de color rosado. Luego al cruzar entre si
las plantas rosadas se obtuvo una descendencia que presentó una proporción de:
1: flores rojas
2: flores rosadas
1: flores blancas
441
Por el análisis de los cruces anteriores se deduce que las plantas con flores
rosadas corresponden a individuos heterocigotos, pero que ni el rojo ni el blanco
son alelos completamente dominantes.
Cuando un individuo heterocigoto presenta un fenotipo intermedio entre el de sus
progenitores, se dice que los genes exhiben dominancia incompleta. En este tipo
de cruces, las proporciones genotípicas y fenotípicas son iguales. Un caso similar
ocurre en bovinos y caballares, en donde el color del pelaje predominante es el
rojo y el blanco. Sin embargo, los individuos heterocigotos tienen color ruano, es
decir, rojizo pero con mechones blancos. Debido a que los colores rojizo y ruano
se expresan de manera independiente en el heterocigoto ruano, algunas veces se
designa este caso como codominancia.
En sentido estricto, la dominancia incompleta se refiere a aquellos casos en que el
heterocigoto tiene un fenotipo intermedio y el término codominancia hace mención
a los casos en que dos alelos se expresan de forma independiente en el
heterocigoto. En la especie humana, el grupo sanguíneo ABO proporciona un
ejemplo típico de alelos codominantes.
Simbolismo. Para indicar los alelos involucrados en la dominancia incompleta y/o
codominancia deben usarse símbolos en letras mayúsculas con caracteres
sobrescritos diferentes. La letra mayúscula destaca el hecho que cada alelo se
expresa en cierto grado aún en la presencia de su alelo alternativo (heterocigoto).
Ejemplo: en la planta ornamental “maravilla japonesa” se tienen los siguientes
alelos.
442
La dominancia incompleta en la planta “maravilla japonesa” se explica de esta
manera: cada alelo
causa la producción de pigmento, pero el alelo
no
ocasiona su producción. En los individuos
la doble dosis de pigmento
produce flores rojas, en los individuos
la dosis individual de pigmento produce
flores rosadas y puesto que el individuo
no produce pigmento, las flores son
blancas (Mader, 2007).
En la especie humana, los ejemplos de dominancia incompleta en los cuales el
fenotipo del heterocigoto es intermedio entre los dos fenotipos del homocigoto son
relativamente raros. Un ejemplo es el de cabello rizado comparado con el lacio de
los caucásicos. Cuando un caucásico de cabello rizado se cruza con una
caucásica de cabello lacio, sus hijos tendrán cabello ondulado. Cuando dos
personas de cabello ondulado se cruzan, la relación fenotípica esperada entre la
descendencia es de 1:2:1, es decir, 1 niño con cabello rizado, 2 con cabello
ondulado: 1 con cabello lacio.
9.7.2 Alelos múltiples
Los sistemas genéticos estudiados hasta aquí se han limitado a un solo par de
alelos para una característica determinada. No obstante, un gen puede
modificarse a formas alternativas por el proceso de mutación y originar
teóricamente un gran número de alelos en una población de individuos. Cuando
más de dos alelos se identifican en el locus de un gen, se dice que dicho locus
tiene alelos múltiples.
El concepto de alelos múltiples sólo se puede estudiar en poblaciones. Cualquier
individuo diploide tiene, como máximo, dos loci homólogos, que pueden estar
ocupados por alelos diferentes del mismo gen. Sin embargo, en los miembros de
una especie, puede haber muchas formas alternativas del mismo gen. Por lo
general, cada alelo identificable produce un fenotipo distinto y, al efectuar
diferentes combinaciones de alelos, se producen determinados patrones de
dominancia o recesividad.
Simbolismo para alelos múltiples. Cuando se realizan cruces en que se
involucran individuos con alelos múltiples es preciso definir la jerarquía de
dominancia. Es de uso frecuente usar la letra mayúscula para designar al alelo
que es dominante sobre los demás de la serie. La letra minúscula correspondiente
designará al alelo que es recesivo a todos los otros de la serie. Otros alelos
intermedios en su grado de dominancia, entre esos dos extremos, son
generalmente designados con letra minúscula con algún sobrescrito adecuado.
Ejemplo. En conejos, el color del pelaje está determinado por una serie de cuatro
(4) alelos así:
443
C = pelaje coloreado
ch= pelaje himalaya (cuerpo blanco, pero las puntas de las orejas, nariz, cola y
patas son oscuras)
cch = pelaje chinchilla (cuerpo de color gris claro)
c = pelaje albino
Estos alelos se organizan en la serie: C > ch> cch > c en la cual cada alelo es
dominante sobre el siguiente y recesivo respecto al anterior.
En otras especies, en series de alelos múltiples, algunos alelos son codominantes
o incompletamente dominantes, de modo que los heterocigotos presentan un
fenotipo intermedio respecto al de los progenitores. Un ejemplo de alelos
múltiples, algunos de ellos codominantes se presentan en la determinación del
grupo sanguíneo ABO en el hombre (Herskowitz, 1992).
Grupo sanguino ABO. Los grupos sanguinos ABO fueron descubiertos en 1.900
por Karl Landsteiner, un médico vienés que obtuvo el premio Nobel. Este científico
observó que al mezclar la sangre de individuos diferentes a menudo se producía
una aglomeración de las células sanguíneas, conocida como aglutinación. Esta
reacción puede observarse en una gota de suero a simple vista. Al efectuar la
prueba de aglutinación entre muchas personas, se pudo identificar cuatro
fenotipos o grupos sanguíneos: A, B, O y AB o sistema ABO. Este sistema
depende de la presencia en la superficie de los glóbulos rojos (eritrocitos o
hematíes) de ciertas sustancias denominadas glucoproteínas que actúan como
antígenos. Lansdsteiner llamó a estos marcadores isoaglutininas y observó que
reaccionaban con ciertos componentes del plasma sanguíneo llamados
anticuerpos. (Klug et al, 2006).
En 1911 supo que estos grupos sanguíneos se heredaban siguiendo las leyes de
Mendel y en 1994, Félix Berstein demostró que los grupos sanguíneos A, B y O
estaban formados por las combinaciones de tres alelos de un mismo gen,
conocido como Y (isoaglutinina) y que está localizado en el cromosoma nueve (9).
Hay dos antígenos principales en el sistema sanguíneo ABO: al antígeno A
sintetizado por el alelo IA y el antígeno B generado por el alelo IB. Los alelos IA, IB
son codominantes, mientras que un tercer alelo en este locus origina la no
producción ni del antígeno A ni del antígeno B. Este alelo, i, es recesivo a los
otros dos alelos. Ver Figura 9.8.
Con base en lo anterior, los diferentes tipos de sangre contienen los antígenos
siguientes:
444
Tipo A
Tipo B
Tipo AB
Tipo O
superficie.
: glóbulos rojos con el antígeno A en su superficie.
: glóbulos rojos con el antígeno B
: glóbulos rojos con los antígenos A y B en su superficie.
: glóbulos rojos no poseen antígeno A ni antígeno B en su
Dentro del plasma, existen anticuerpos para los antígenos que no están presentes
en los glóbulos rojos de las personas. Estos anticuerpos se denominan anti-A y
anti-B. La Figura 9.8 muestra qué anticuerpos están presentes en el plasma de
cada tipo de sangre.
Debido a que la sangre tipo A tiene anticuerpos anti-B y no anti-A en el plasma, un
donante con el tipo de sangre A podrá dar sangre a un receptor con el tipo de
sangre A. Sin embrago si se intenta dar un tipo de sangre A, a un receptor con
tipo de sangre B, se presenta una aglutinación.
La aglutinación o aglomeración de glóbulos rojos, puede ocasionar que la sangre
deje de circular en pequeños vasos sanguíneos y provocar un daño en un órgano.
Esto también va acompañado de hemólisis, o la explosión de glóbulos rojos, que si
es amplia puede ocasionar la muerte del individuo.
Figura 9.8 Grupo sanguíneo ABO. Representación de los antígenos y anticuerpos.
Tomado de Curtis y Barnes, 2000.
445
En teoría ¿qué tipo de sangre sería aceptado por todos los demás tipos de
sangre? El tipo de sangre O no tiene antígenos en los glóbulos rojos y se conoce
como el donador universal. ¿Qué tipo de sangre podría recibir cualquier otro tipo
de sangre? La sangre del tipo AB no tiene anticuerpos anti-A o anti-B en el plasma
y se conoce como el receptor universal. No obstante en la práctica, cuando se
intentan mezclar diferentes tipos de sangre, no es seguro confiar únicamente en el
sistema ABO. En lugar de ello, se mezclan muestras de dos diferentes tipos de
sangre y el resultado se examina mediante un microscopio antes de realizar la
transfusión sanguínea.
En la actualidad, las transfusiones sanguíneas son cuestiones delicadas no solo
en lo concerniente a la compatibilidad sanguínea, sino también debido a que cada
persona desea recibir sangre de buena calidad y libre de agentes infecciosos. Por
ello se realizan pruebas a la sangre para cerciorarse de que no contenga la
mayoría de los agentes causantes de infecciones serias, como el SIDA, la
hepatitis y la sífilis. Los donantes pueden ayudar a proteger el banco de sangre
de su país sabiendo cuándo no donar sangre (Curtis y Barnes, 2000).
La Tabla 9.2 representa los fenotipos y genotipos posibles del grupo sanguíneo
ABO.
Tabla 9.2 El grupo sanguíneo ABO.
El Factor Rh: Con posterioridad al descubrimiento del Landsteiner, se han
identificado antígenos adicionales en la superficie de los glóbulos rojos. Entre los
más importantes de estos antígenos está el denominado factor Rh, que recibe su
nombre de los monos Rhesus, enlos cuales se hizo la investigación que condujo a
este descubrimiento. Al igual que los otros antígenos superficiales de los glóbulos
rojos, el factor Rh está determinado por genes y se hereda independientemente
del grupo ABO.
Sea el gen dominante Rh+ el que determina la presencia del antígeno Rh y su
446
alelo recesivo Rh su ausencia. Los genotipos posibles de las personas pueden
ser:
Genotipos
Fenotipos (Tipos de
sangre)
Rh+Rh+
Rh+ positivo
Rh+Rh
Rh+ positivo
RhRh
Rh- negativo
Tabla 9.3 Genotipos y fenotipos posibles según el grupo sanguíneo Rh.
Si una mujer de fenotipo Rh- tiene hijos cuyo padre es Rh+ homocigoto, todos los
hijos de la pareja serán Rh+. Pero si el padre es Rh+ heterocigoto, es probable
(50%), que la pareja tenga hijos Rh-.
Durante el embarazo, si la madre es Rh negativa y el padre es Rh positivo,
probablemente el niño sea Rh positivo. Los glóbulos rojos Rh positivos pueden
escaparse a través de la placenta y difundirse en el sistema cardiovascular de la
madre, a medida que los tejidos placentarios se descomponen antes y en el
momento del nacimiento. Es entonces cuando la madre produce anticuerpos antiRh.
En este embarazo o en los posteriores con otro bebé Rh positivo, estos
anticuerpos pueden cruzar la placenta y destruir los glóbulos rojos del niño. A
medida que los glóbulos rojos se degradan, el hígado produce una sustancia
llamada bilirrubina en cantidades tan grandes que la bilirrubina termina en la
sangre y en otros tejidos y fluidos del cuerpo del bebé. La bilirrubina es un
pigmento que ocasiona que la sangre y el tejido del bebé se tornen amarillos. Esto
se denomina ictericia. La presencia de ictericia ayuda a un médico a diagnosticar
enfermedad hemolítica del recién nacido (EHRN) y ordenar que se practique una
transfusión sanguínea. Sin la transfusión sanguínea, el bebé producirá más
glóbulos rojos en la médula ósea, pero éstos serán inmaduros y no podrán
funcionar como lo hacen los glóbulos rojos maduros.
La EHRN puede producir daño cerebral y retardo mental o incluso la muerte
debido al exceso de bilirrubina en la sangre.
El problema del Rh se impide inyectando a la mujer que es Rh negativa
inmunoglobulina Rh a la mitad de su primer embarazo y dentro de las primeras 72
horas después de haber dado a luz a un niño Rh positivo. Esta inyección contiene
anticuerpos anti-Rh que atacan cualquier glóbulo rojo en la sangre de la madre
447
antes que éstos puedan estimular su sistema inmunológico para producir sus
propios anticuerpos. Esta inyección debe suministrarse antes que la mujer
comience a producir sus propios anticuerpos Rh, así que el tiempo es importante
(Crowder, 1997).
9.8 INTERACCIÓN GÉNICA
Poco después del redescubrimiento de los trabajos de Mendel, los biólogos
encontraron que algunas características se encuentran a menudo bajo el control
de más de un gen. Esto permitió afirmar que la influencia de los genes sobre el
fenotipo es mucho más compleja que la que encontró Mendel en sus cruces con la
arveja. En lugar de que un único gen controle el desarrollo de partes específicas
del individuo, pronto quedó claro que características fenotípicas, como el color de
los ojos, el color del pelo o el tipo de sangre, estaban influidas por muchos genes y
sus productos correspondientes.
Figura 9.9 Representación de la enfermedad por Rh. a) En la última etapa del primer
embarazo o durante el nacimiento del primer bebé, las células sanguíneas del feto se
filtran a través de la barrera que separa las circulaciones materna y fetal. b) En la etapa
final del segundo embarazo, los anticuerpos pasan a través de la placenta desde la
sangre materna a la sangre del feto. Si el feto es Rh positivo, los anticuerpos reaccionarán
con los antígenos de sus glóbulos rojos, destruyéndolos. Tomado de Curtis y Barnes,
2000.
El concepto de interacción génica no significa que dos o más genes, o sus
448
productos, interactúen directamente para dar lugar a un fenotipo determinado.
Más bien, este concepto implica que la función celular realizada por genes se
relaciona con el desarrollo de un fenotipo común. Por ejemplo, el desarrollo de un
órgano como el ojo de un insecto es sumamente complejo y da lugar a una
estructura con manifestaciones fenotípicas múltiples. La forma, tamaño, textura y
color específicos del ojo compuesto de un insecto es consecuencia de una
“cascada compleja de acontecimientos en el desarrollo” que da lugar a su
formación. Los casos más conocidos de interacción génica en el ámbito
bioquímico son los de pleiotropía, herencia poligénica y epistasis.
Pleiotropía. La pleiotropía se presenta cuando un único par de genes controla
más de una característica fenotípica. El par génico rige la síntesis de un tipo único
de proteína, pero esa proteína es fundamental para el desarrollo de variadas
características. Cuando tal proteína clave está ausente o es anormal aparecen
una amplia serie de síntomas que en conjunto reciben el nombre de síndrome.
Entre los síndromes más conocidos están el síndrome de Marfan y el de la porfiria
variegada (Starr y Taggart, 2004).
Herencia poligénica Muchas características del cuerpo humano no pueden
separarse en rasgos alternativos ni se heredan mediante la influencia de un solo
par de genes. En efecto, se observa que las personas no son todas altas ni todas
bajas, sino que se presenta una amplia fluctuación en cuanto a la estatura.
Lo mismo es cierto en relación al color de la piel, del cabello y de los ojos, la
constitución del cuerpo, la frecuencia cardiaca y la longevidad. En los animales la
producción de leche, de carne o de huevos igualmente fluctúa bastante entre
individuos de la misma especie. Las características que presentan este tipo de
variación están influidas por numerosos pares génicos, cada uno de los cuales
contribuye al desarrollo de la característica.
El término herencia poligénica se aplica cuando dos ó más pares independientes
de alelos tienen efectos similares y sobrepuestos a una sola característica. El
individuo tiene una copia de todos los pares alélicos que posiblemente estén
ubicados en muchos pares diferentes de cromosomas. Cada alelo dominante tiene
un efecto cuantitativo en el fenotipo, y estos efectos son aditivos. El resultado es
una variación continua de fenotipos. En otras palabras, las características
poligénicas son multifactoriales debido a que están controladas por más de un
par de alelos y también están influidas por el entorno (Klug et al, 2006).
Herencia poligénica en humanos. Una característica poligénica presenta una
mayor variedad de fenotipos que una característica mendeliana porque es
controlada por más loci dentro de cada individuo: cuanto mayor es el número de
genes involucrados, más formas habrá de combinarse para desarrollar la
característica. Como ejemplo de herencia poligénica se considera la transferencia
del color de la piel en la especie humana.
449
El color de la piel está determinado por tres pigmentos: un pigmento oscuro
llamado melanina, un pigmento amarillento denominado caroteno y uno rojizo,
presente en la hemoglobina de los vasos sanguíneos de la piel. En este ejemplo
se considera la herencia de la melanina únicamente. La cantidad de melanina
sintetizada por las células de la piel se rige al menos por cuatro pares génicos (el
número exacto no se conoce) de cuatro pares de cromosomas homólogos. El
mismo gen, presente en dos formas (alelos) se encuentra en todos los cuatro loci
génicos. Un alelo (M) impulsa las células de la piel a sintetizar grandes cantidades
de melanina y el otro alelo (m) ocasiona que las células de la piel produzcan
escasa melanina. La letra mayúscula no representa un alelo dominante sino un
alelo que produce melanina: cuantas más letras mayúsculas posea una persona
más oscura será su piel, debido a que los alelos alteran la cantidad de melanina
de modo que su efecto se acumula.
Figura 9.10 Seres humanos con diferentes colores de piel. Estos colores son un ejemplo
de herencia poligénica.
En personas de piel muy oscura, los cuatro pares génicos (ocho genes) poseen el
alelo M y su genotipo es MM, MM, MM, MM. En las personas de piel muy blanca,
todos los cuatro pares génicos poseen el alelo m y su genotipo es mm, mm, mm,
mm. Las personas con color intermedio de piel tienen alguno de cada tipo de alelo
en los cuatro loci.
Si un individuo posee el genotipo Mm, Mm, Mm, Mm tiene un color de piel que es
intermedio entre muy oscuro y muy blanco, así como ocurre con una persona con
el genotipo MM, Mm, Mm, mm o cualquier otra combinación de cuatro copias del
alelo M y cuatro copias del alelo m.
450
GENOTIPOS
MM MM MM MM
Mm mm mm Mm
Mm Mm Mm Mm
mm mm Mm mm
mm mm mm mm
FENOTIPOS
Muy oscuro
Oscuro
Moreno medio
Claro
Muy claro
Tabla 9.4 Posible color de la piel en humanos debido a la herencia poligénica.
Para el color de la piel el niño hereda cuatro genes de cada progenitor. Cuando
un progenitor tiene la piel oscura y el otro muy blanca, el niño heredará cuatro
genes para la piel oscura de uno de los progenitores y cuatro genes para la piel
blanca del otro progenitor. El niño tendrá la piel de color intermedio (piel canela).
Cuando ambos progenitores tienen piel canela, con cuatro genes de cada tipo, el
resultado es menos predecible. El niño podría heredar cualquier variedad de
combinaciones génicas, y la piel podría tener cualquier color, desde muy oscura
a muy blanca.
La herencia de la estatura en los humanos implica 10 o más loci. Debido a los
numerosos pares génicos involucrados y al hecho de que la estatura se modifica
por diversas condiciones ambientales, la estatura de los adultos varía quizá entre
1,25 y 2,15 m.
EPISTASIS. Un tipo común de interacción génica se denomina epistasis y
ocurre cuando la presencia de un alelo dado de un par génico enmascara o
invierte los efectos de otros pares génicos de otros loci. Si el gen A enmascara el
efecto del gen B se dice que A es epistático con respecto a B.
Es preciso recordar que cuando se trató el tema de la dominancia completa, en
el heterocigoto (Aa) el gen dominante A enmascara la acción del gen recesivo a;
esta dominancia implica supresión génica intra - alélica, o sea, el efecto
enmascarador que un alelo tiene sobre la expresión de otro alelo en el mismo
locus. La epistasis implica supresión génica inter - alélica, o sea el efecto
enmascarador que un locus génico tiene sobre la expresión de otro.
Se ilustra el tema anterior con un ejemplo. Considérese el pelaje negro, marrón y
amarillo de los perros Labrador. Ver Figura 9.11. Estos distintos colores se deben
a variaciones en la cantidad y distribución de la melanina, un pigmento de color
oscuro. Diversas enzimas y otros productos de varios pares de genes afectan
distintos pasos enzimáticos en la producción de melanina y su depósito en ciertas
regiones del cuerpo.
Los alelos de un gen especifican una enzima necesaria para producir la melanina.
451
La expresión del alelo B (negro) tiene un efecto más pronunciado y es dominante
respecto al alelo b (marrón). Los alelos de un gen distinto controlan el grado en el
cual se depositan las moléculas de melanina en el pelaje del Labrador. El alelo E
permite la formación completa de depósitos.
Figura 9.11 Perros labrador cuyo color del pelaje está determinado por genes epistáticos.
Tomado de Start y Taggart, 2004.
Dos alelos recesivos (ee) son epistáticos y reducen la formación de depósitos, por
lo cual el pelaje se pone amarillo. Los descendientes F1 de un cruce dihíbrido
producen descendientes F2 en proporción de 9 negros, 3 marrones y 4 amarillos.
9.9 FENOTIPO Y AMBIENTE
Las condiciones ambientales tienen una poderosa influencia sobre el fenotipo de
un individuo. Los factores más influyentes son la alimentación, las enfermedades,
el ejercicio físico y la educación. Las interacciones entre el genotipo y el ambiente
determinan el fenotipo.
Unos pocos rasgos humanos, por ejemplo el grupo sanguíneo ABO, son
controlados por el genotipo solamente. La mayoría de los rasgos de la especie
humana, no obstante, se desarrollan en respuesta a interacciones entre el
genotipo y el ambiente, tales como la estatura. La función que desempeña tanto el
genotipo como el ambiente se estudia con precisión en el caso de los gemelos
idénticos que se han criado separados, ya que tienen el mismo genotipo pero han
crecido en ambientes diferentes.
452
Genotipo
Ambiente
Fenotipo
Figura 9.12 Influencia del entorno en el fenotipo. Al rasurar el pelo del conejo himalaya y
colocarle un trozo de hielo, el nuevo pelaje que crece es negro en lugar de blanco, lo cual
demuestra que la enzima que produce la melanina (un pigmento oscuro) se activa sólo a
bajas temperaturas. Tomado de Mader 2008.
La temperatura a menudo afecta la expresión génica. Una especie vegetal, la
prímula, tiene las flores rojas a temperatura ambiente y flores blancas cuando la
temperatura está por encima de 30ºC. Por otra parte, ciertos genes determinan la
formación de enzimas (proteínas) termolábiles, es decir no funcionan a altas
temperaturas ni siquiera dentro de los valores fisiológicos normales. Una enzima
de este tipo es la responsable del color en los gatos siameses. Funciona
adecuadamente en las zonas periféricas más frías del cuerpo, tales como las
orejas, la nariz, las patas y el extremo de la cola, pero se vuelve inactiva en las
áreas más calientes del cuerpo.
Por razones similares, los conejos de la raza Himalaya son todos negros cuando
se crían a temperaturas próximas a 5ºC; son blancos, con orejas, patas, narices y
colas negras cuando se crían a temperaturas ambientales normales y son todos
blancos cuando crecen a temperaturas ambientales superiores a 35ºC. Estos son
ejemplos extremos de una premisa universal: el fenotipo de cualquier organismo
es el resultado de la interacción entre los genes y el ambiente (Puertas, 1999).
La nutrición y sus efectos
El fenotipo de un individuo se ve alterado por el efecto de las mutaciones
nutricionales. Son muy frecuentes las mutaciones que evitan la síntesis de las
moléculas nutritivas, cuando se inactiva una enzima esencial de una ruta
metabólica.
Si no se puede sintetizar el producto final de una ruta bioquímica, y si dicha
molécula es esencial para el crecimiento y el desarrollo normales la mutación
impedirá el crecimiento y puede ser letal.
453
En la especie humana se conocen una serie de circunstancias ligeramente
diferentes. La presencia o ausencia de ciertas sustancias en la dieta, que los
individuos normales pueden consumir sin perjuicios, pueden afectar gravemente a
individuos con constituciones genéticas anormales. A menudo, una mutación
puede evitar que un individuo metabolice una sustancia que normalmente se
encuentra en la dieta. Por ejemplo, los afectados por el trastorno genético
fenilcetonuria no pueden metabolizar el aminoácido fenilalanina. Aquellos con
galactosemia no pueden metabolizar la galactosa. Sin embargo, si se reduce
drásticamente, o se elimina, la ingestión de la molécula correspondiente en la
dieta, el fenotipo asociado puede mejorarse.
El caso, bastante corriente, de la intolerancia a la lactosa, por el que los
individuos no toleran la lactosa de la leche es un ejemplo de los principios
generales implicados.
9.10 HERENCIA CROMOSÓMICA
En casos específicos, las características de un individuo dependen de
cromosomas completos más que de genes determinados. Por ejemplo, el hecho
de que una persona sea hombre o mujer depende de cuál cromosoma hereda del
padre. Además, algunas anormalidades genéticas se desarrollan cuando un
individuo hereda pocos o varios cromosomas.
9.10.1 Determinación del sexo en humanos
Cada célula del cuerpo humano contiene 22 pares de cromosomas homólogos,
llamados autosomas, más un par de cromosomas sexuales. En un varón, los
cromosomas sexuales son de dos tipos: un cromosoma X largo y un cromosoma
Y corto. En una mujer, los cromosomas sexuales son ambos cromosomas X. En la
especie humana, la mitad de los espermatozoides contiene un cromosoma Y y la
otra mitad posee un cromosoma X. Todos los óvulos contienen un cromosoma X.
La fecundación de un óvulo portador de un cromosoma X por un espermatozoide
de un cromosoma X da por resultado un cigoto femenino, XX; la fecundación por
un espermatozoide portador de un cromosoma Y produce un cigoto masculino, XY.
Este método de determinación del sexo se conoce como sistema XY y es igual
para todos los mamíferos, pero diferente para otras especies animales (Sánchez,
1998).
El cromosoma Y humano.En la especie humana se esperaría que hubiese la
misma cantidad de espermatozoides portadores de cromosomas X y Y, y una
proporción 1:1 de mujeres y hombres. Sin embargo, en realidad se conciben más
varones que mujeres y más varones mueren antes del nacimiento. Nacen
aproximadamente 106 niños por cada 100 niñas. La causa de esto no se conoce
pero se supone que los espermatozoides con cromosomas Y tienen alguna
ventaja competitiva.
454
a.
b.
Figura 9.13 a) Apariencia externa de los órganos reproductivos que se forman en los
embriones humanos. b) Sistema de ductos que se forman en etapa temprana en el
embrión humano. Puede desarrollarse para dar lugar a órganos reproductivos primarios
masculinos o femeninos, dependiendo de que el gen SRY esté presente o ausente.
Tomado de Curtis y Barnes, 2000.
455
El genetista estadounidense Edwar Fugger ha desarrollado un método
denominado “Microsoft” que permite separar los espermatozoides que contienen
cromosomas X de los que contienen cromosomas Y. Esto se logra con un aparato
de tecnología avanzada que puede analizar en segundos por lo menos 5000
espermatozoides y clasificarlos de acuerdo con su concentración de ADN. Para
dicha selección el equipo tiene en cuenta que los cromosomas X de los
espermatozoide tienen alrededor de un 2.8% más de ADN que los cromosomas Y.
Investigaciones realizadas en 1991 por el Dr. Peter Goodfellow del Centro
Británico de Ontología demostraron que no todo el cromosoma Y es el que
determina la masculinidad de un individuo. Los expertos lograron aislar el gen SRY
responsable de la formación de los testículos en el varón. La prueba está en que,
cuando el gen SRY se injerta en embriones de ratones hembra, éstos también
desarrollan rasgos masculinos.
Desarrollo del aparato genital: aunque el sexo genético se determina en el
momento de la fecundación, el aparato genital primitivo es indistinguible entre
ambos sexos en la etapa embrionaria, que se conoce como “etapa indiferente” del
desarrollo genital, durante el cual los fetos tanto masculino como femenino tienen
gónadas con regiones corticales y medulares prominentes, juegos dobles de
conductos genitales y genitales externos que parecen semejantes. Desde el punto
de vista clínico, el género no se manifiesta hasta cerca de la decima segunda
semana de vida embrionaria.
En esta etapa, si el gen SRY está presente, entonces el embrión forma testículos y
a continuación, elabora andrógenos (testosterona) que desarrollarán los
caracteres masculinos. Si el gen SRY está ausente, el embrión forma ovarios. El
desarrollo genital de la mujer se ha denominado vía básica del desarrollo del
embrión humano, que no requiere estrógenos pero sí ausencia de testosterona.
Los embriones masculinos y femeninos tienen idéntico desarrollo hasta la séptima
semana después de la fecundación. En este momento, si el gen SRY para la
formación de testículos está presente, entonces el embrión forma testículos y
desarrolla caracteres masculinos. Si el gen está ausente, entonces el embrión
forma ovarios y desarrolla características femeninas. Los genes del cromosoma Y
tienden a permanecer allí, debido a que el entrecruzamiento casi nunca ocurre
entre el cromosoma Y y el cromosoma X.
En los animales hermafroditas, el mismo individuo presenta órganos
reproductores de ambos sexos. Estos animales carecen de cromosomas sexuales.
9.10.2 Alelos ligados al cromosoma X
Si se tiene en cuenta que un hombre tiene un cromosoma X y uno Y y la mujer
tiene dos cromosomas XX, se ha descubierto que solo unos pocos genes, ninguno
456
necesario para la supervivencia, se ubican en el cromosoma Y. Por el contrario,
muchos genes importantes se localizan en el cromosoma X. Los genes en el
cromosoma X se llaman genes ligados a X y las características que ellos rigen se
llaman características ligadas a X. Un hombre, con un solo cromosoma X, posee
una copia de cada gen ligado a X mientras que una mujer, con dos cromosomas
X, tiene dos copias de cada gen ligado a X.
Para la mayor parte de los genes ligados a X, el alelo extraño o anormal es
recesivo en la hembra, y el alelo más común o normal es dominante. En una
mujer se requiere la presencia de dos alelos recesivos para que pueda expresarse
el fenotipo anormal, mientras que en el hombre dicho fenotipo se expresa por la
simple presencia de un alelo anormal. Una consecuencia práctica de este hecho
es que aunque una mujer sea portadora de un alelo anormal, éste solo se
expresará en su descendencia masculina.
Para denominar los genes ligados a X se acostumbra ubicarlos ya sea en el
cromosoma X ó en él Y.
Ejemplo: Si H es el gen para la condición normal y
genotipos posibles serán:
Hombre
Mujer
XHY = normal
XhY = hemofílico
h para la hemofilia, los
XHXH = normal
XHXh = normal
XhXh = Hemofílica
Si se cruza un hombre normal con una mujer normal (pero portadora) su
descendencia podría ser:
9.10.3 Rasgos influidos y limitados por el sexo.
No todas las características que difieren de un sexo a otro se encuentran ligadas
al cromosoma X. Algunos rasgos se heredan mediante los genes autosómicos,
457
pero la expresión de dichos alelos puede ser alterada o influida por el sexo del
individuo, lo cual da lugar a las denominadas características influidas por el
sexo. En este caso un macho y una hembra idénticos respecto al genotipo de
estos alelos pueden tener diferentes fenotipos.
Entre los casos de herencia influenciada por el sexo se encuentra la calvicie en la
especie humana, la formación de los cuernos en las ovejas y ciertos patrones de
pelaje en el ganado vacuno.
En tales casos, la expresión de dominancia o recesividad de los alelos de los loci
influidos por el sexo está invertida en los machos y en las hembras debido, en
gran parte, a la diferencia del ambiente interno determinado por las hormonas
sexuales. Por esta razón, es en los animales superiores con sistemas endocrinos
bien desarrollados donde se encuentran frecuentemente los ejemplos de rasgos
influidos por el sexo. El patrón de calvicie en la especie humana, caracterizado por
la pérdida prematura del cabello en la frente y parte posterior de la cabeza, es más
común en los varones que en las mujeres (Lamotte y Heritier, 1995).
El gen actúa con carácter autosómico dominante en los varones y como
autosómico recesivo en las mujeres. En este caso se supone que la diferente
expresión de la calvicie en los varones y en las mujeres está relacionada con las
distintas concentraciones de testosterona existente. Por lo tanto, el ambiente
hormonal y el genotipo actúan recíprocamente para determinar la expresión de
este gen.
Si C = calvo C1= normal
Los posibles genotipos y fenotipos en hombres y mujeres serían:
Genotipo
CC
CC1
C1C1
Fenotipo
Mujer
calva
normal
normal
Hombre
calvo
calvo
normal
Cuando las mujeres presentan el genotipo CC el fenotipo es mucho menos
pronunciado que en los varones y se expresa a mayor edad.
Problema. Un hombre calvo homocigoto se cruza con una mujer con cabello
normal homocigota. Que proporciones fenotípicas y genotípicas se expresan en
F1 y F2?
458
Respuesta:
a) Proporción genotípica en F1: CC1
100%
Proporción fenotípica en F1: Si son varones: 100% calvos
Si son hembras: 100% normales
b)
Proporción genotípica en F2: 25% CC 50%CC1 25% C1C1
Proporción fenotípica en F2: Si son varones: 75% calvos
25% normales
Si son hembras: 75% normales
25% calvas
Rasgos limitados a un sexo. Algunos genes pueden expresarse solamente en
uno de los dos sexos, bien sea por la diferencia del ambiente hormonal o por
diferencias anatómicas. Por ejemplo, se sabe que los toros tienen numerosos
genes determinantes de la producción de leche, que pueden transmitirse a sus
hijas, pero ni ellos, ni sus becerros son capaces de expresar el rasgo. La
producción de leche está, por consiguiente, limitada a expresión variable
solamente en las vacas. Cuando un rasgo se presenta únicamente en un sexo se
dice que está limitado a un sexo.
Ejemplo. En las aves de corral, las plumas del cuello y de la cola son a menudo
muy diferentes en hembras y machos, demostrando herencia limitada por el sexo.
El plumaje del gallo es más largo, curvado y puntiagudo que el de la gallina, que
es más corto y redondeado. La herencia del tipo de pluma se debe a un par único
de alelos autosómicos cuya expresión está modificada por las hormonas sexuales
del individuo.
459
Si H = plumaje corto y redondeado
h = plumaje largo y curvado
Los genotipos y fenotipos posibles son los siguientes:
Genotipo
HH
Hh
hh
Fenotipo
Hembras
Machos
plumaje corto y redondeado
plumaje corto y redondeado
plumaje corto y redondeado
plumaje corto y redondeado
plumaje corto y redondeado
plumaje largo y curvado
Independiente de la condición homocigota recesiva hh, todas las hembras tienen
el plumaje corto y redondeado. Sólo los machos homocigotos hh tienen plumaje
largo y curvado.
Los genes que determinan ciertos rasgos en especie humana como el desarrollo
del sistema mamario en las mujeres y el vello facial en los varones son ejemplos
de genes limitados al sexo.
9.11 MUTACIONES GÉNICAS Y CROMOSOMICAS
La capacidad de las moléculas de ADN de almacenar, replicar, transmitir y
descodificar información es la base de la función genética. Pero igualmente
importante es la capacidad del ADN de cometer errores. Sin la variación que
surge de los cambios en las secuencias de ADN, no habría variabilidad fenotípica,
ni adaptación a los cambios ambientales, ni evolución. Las mutaciones génicas
son el origen de la mayoría de los alelos nuevos, y son el origen de la variación
genética entre poblaciones. En el polo opuesto, también son el origen de cambios
genéticos que conducen a la muerte celular, a enfermedades genéticas y al cáncer
(Klug et al, 2006).
Las mutaciones proporcionan la base para el análisis genético. La variación
fenotípica resultante permite investigar los genes que controlan las características
que se han modificado. Determinados organismos se prestan a la inducción de
mutaciones, que pueden detectarse y estudiarse con facilidad. Estos organismos
modelo incluyen los virus, las bacterias, los hongos, la mosca de la fruta y los
ratones.
Se puede definir mutación como una alteración permanente de la secuencia de
bases del ADN. Cualquier cambio en los pares de bases en cualquier parte de la
molécula de ADN puede considerarse como mutación. Una mutación puede
comprender la sustitución de un par de bases, la deleción o la inserción de uno o
más pares de bases, o puede constituir una alteración importante de la estructura
de un cromosoma.
460
Las mutaciones pueden producirse dentro de las regiones de un gen que codifican
la proteína y en regiones externas a los genes que afectan a su expresión, o en
otros sitios de ADN. Por eso las mutaciones pueden acarrear un cambio fenotípico
que sea detectable o que no lo sea. El grado en que una mutación cambia las
características de un organismo depende del sitio donde se haya producido y del
alcance de la alteración del gen.
Las mutaciones pueden producirse en las células somáticas o en las células
sexuales (gametos). Las que se producen en las células sexuales son
hereditarias y son la base de la diversidad genética y de la evolución, así como
también de las enfermedades genéticas. Las que producen las células somáticas
pueden ocasionar muerte celular localizada, una función celular alterada o
tumores. Las mutaciones somáticas no se transmiten a los descendientes pero
pueden ser causa del cáncer en la persona afectada.
Debido a la gran variedad de tipos y efectos de las mutaciones los genetistas las
clasifican de diversas maneras. Se propone la siguiente clasificación para las
mutaciones (Stahl y Blaister, 1997):
9.11.1 Mutaciones espontáneas e inducidas
Todas las mutaciones son espontáneas o inducidas, aunque estas dos
categorías tienen cierta interrelación. Las mutaciones espontáneas son las que
se producen al azar. No hay ningún agente específico asociado a ellas y se
supone, en general que son debidas a cambios aleatorios de la secuencia
nucleotídica de los genes. La mayoría de estas mutaciones están relacionadas a
procesos químicos o biológicos normales del organismo que alteran la estructura
de las bases nitrogenadas. A menudo la mayoría de las mutaciones espontáneas
se producen durante el proceso enzimático de replicación de ADN. Una vez se
produce un error en el código genético, éste puede reflejarse en la composición de
aminoácidos de la proteína codificada. Si el aminoácido alterado se encuentra en
una parte esencial de la molécula para su estructura o su actividad bioquímica,
puede producirse un cambio fenotípico (Klug et al, 2006).
En contraste con estos sucesos espontáneos, las mutaciones que se producen por
la influencia de cualquier factor externo se consideran mutaciones inducidas y
pueden ser el resultado de agentes naturales y artificiales denominados
mutàgenos.
461
Figura 9.14 Mutación Puntual. El efecto de la alteración de bases de ADN puede variar.
De izquierda a derecha, si después del cambio de base, el ADN codifica el mismo
aminoácido, no se presenta efecto evidente; si codifica un codón de terminación, la
proteína resultante estará incompleta y si codifica un aminoácido diferente, es posible
encontrar una proteína defectuosa. Tomado de Mader, 2008.
Un mutágeno es un agente ambiental que incrementa la probabilidad de que
ocurra una mutación. Entre los mutágenos más conocidos están las radiaciones
cósmicas, las provenientes de minerales y la radiación ultravioleta del sol. Además
se conoce un amplio espectro de agentes químicos tanto naturales como
producidos por los humanos que también son mutágenos.
Muchos mutágenos también son carcinógenos (causantes de cáncer). Los
científicos utilizan la prueba de Ames de los mutàgenos para determinar el poder
carcinogénico de un químico. Algunos medicamentos, como la isoniacida (usada
para atacar la tuberculosis), son mutagènicos de acuerdo con la prueba de Ames
(Mader, 2008).
El humo del tabaco contiene cierta cantidad de químicos orgánicos carcinógenos
bien conocidos, y se estima que una tercera parte de todas las muertes por cáncer
se pueden atribuir al tabaquismo. El cáncer de pulmón es el cáncer letal más
frecuente en Estados Unidos, y fumar también está implicado en el desarrollo de
cánceres de boca, laringe, vejiga, riñón y páncreas. Cuanto mayor sea la cantidad
de cigarrillos fumados al día, menor la edad a la que se inicie el hábito, y mayor el
contenido de alquitrán, la posibilidad de cáncer aumentará. Cuando fumar se
combina con el consumo de alcohol, el riesgo de padecer estos cánceres aumenta
aún más.
Además de los productos químicos, ciertas formas de radiación, como rayos-X y
rayos gama, se denominan radiación ionizante porque crean radicales libres, es
decir, átomos con electrones sin aparear. Los radicales libres reaccionan con otras
moléculas, incluidas las del ADN, y alteran su estructura. La radiación ultravioleta
(UV) es absorbida fácilmente por las pirimidinas del ADN. Siempre que haya dos
moléculas de timina una cerca de la otra, la radiación ultravioleta puede ocasionar
462
que se unan entre sí, formando dímeros de timina, con lo cual se genera una
deformación en el ADN.
Por lo general, las enzimas reparadoras encargadas de monitorear
constantemente el ADN y de arreglar irregularidades sacan estos dímeros del ADN
dañado. Una enzima separa una porción del ADN que contiene el dímero; otra
enzima elabora una nueva sección usando la otra cadena como modelo; y una
tercera enzima sella la nueva sección en su sitio. Debido al efecto carcinogénico
de los rayos x, es aconsejable evitar la exposición innecesaria a ellos. Las
enzimas reparadoras no funcionan en ciertos casos, como cuando se desarrolla
cáncer de piel debido a baños de sol (Mader, 2008).
Clasificación de las mutaciones
Las mutaciones pueden clasificarse según el tipo celular o la localización
cromosómica en que se producen. Las mutaciones somáticas se pueden
producir en cualquier célula del cuerpo excepto en las germinales. Las
mutaciones germinales se producen en los gametos. Las mutaciones
autosómicas se producen en genes localizados en los autosomas, mientras que
las mutaciones ligadas a X se producen en genes localizados en el cromosoma
X.
Las mutaciones surgidas en células somáticas no se transmiten a las
generaciones posteriores. Cuando se genera una mutación autosómica
recesiva, es probable que no tenga ningún resultado fenotípico detectable. Es
probable que la expresión de la mayoría de estas mutaciones quede enmascarada
por el alelo dominante. Las mutaciones somáticas tendrán un efecto mayor si son
dominantes o, en los machos, si están ligadas al cromosoma X, ya que es más
probable que estas mutaciones se expresen inmediatamente. Del mismo modo, el
efecto será mayor si la mutación somática o ligada a X se ha producido pronto en
el desarrollo, cuando un pequeño número de células indiferenciadas se replican
para originar los diversos tejidos y órganos diferenciados. A menudo, las
mutaciones dominantesproducidas en tejidos adultos quedan enmascaradas por
los miles de células no mutantes del mismo tejido que realizan la función normal.
La importancia de las mutaciones producidas en los gametos es mayor puesto que
se trasmiten a la descendencia como parte de la línea germinal. Éstas tienen el
potencial de expresarse en todas las células del descendiente. Las mutaciones
autosómicas dominantes se expresarán en el fenotipo de la primera generación.
Las mutaciones recesivas ligadas al cromosoma X, surgidas en los gametos de
una hembra homogamética, pueden expresarse en los descendientes machos,
que son hemicigóticos. Debido a la heterozigocidad, la aparición de una mutación
autosómica recesiva en los gametos tanto de machos como de hembras (incluso
los que producen un alelo letal) puede pasar desapercibidas durante muchas
generaciones, hasta que el alelo resultante se haya extendido por la población.
463
9.12 MUTACIONES CROMOSÓMICAS
Aunque la mayoría de los miembros de las especies diploides (2n) tienen
exactamente dos juegos o dotaciones haploides (n) de cromosomas, se conocen
muchos casos de variación de este patrón. Las modificaciones incluyen cambios
en el número total de cromosomas, la duplicación o deleción de genes o
segmentos de un cromosoma y la reordenación del material genético dentro o
entre cromosomas. En conjunto, tales cambios se denominan mutaciones
cromosómicas, para distinguirlos de las mutaciones génicas. De acuerdo con
las leyes mendelianas, las aberraciones cromosómicas se transmiten a los
descendientes de una manera predecible, dando lugar a numerosas variantes
genéticas.
Las mutaciones cromosómicas incluyen cambios en el número de cromosomas y
cambios en la estructura cromosómica.
9.12.1 Cambios en el número de cromosomas
La terminología que se utiliza para describir tales cambios está en la tabla 9.5. El
número normal de cromosomas en una especie se conoce como condición
euploide mientras que el número anormal de cromosomas se denomina
condición aneuploide. Los cambios en el número de cromosomas incluyen el
poliploidismo y el aneuploidismo.
POLIPLOIDISMO. Cuando un organismo eucariota tiene tres o más conjuntos
completos de cromosomas, se denomina poliploide [del griego polys, muchos, y
plo, pliegues]. Los organismos poliploides se nombran de acuerdo con el número
de conjuntos de cromosomas. Los triploides (3n) tienen tres cromosomas de
cada tipo, los tetraploides (4n) cuatro conjuntos, los pentaploides (5n) cinco
conjuntos, y así sucesivamente.
TÉRMINO
ANEUPLOIDÍAS
Monosomía
Trisomía
Tetrasomía,pentasomía,etc
EUPLOIDÍAS
Diploidía
Triploidía
Tetraploidía,pentaploidía,etc
Autopoliploidía
Alopoliploidía (anfidiplioidía)
EXPLICACIÓN
2n+/- cromosomas
2n-1
2n+1
2n+2, 2n+3 ,etc
Múltiplos de n
2n
3n
4n,5n,etc
Múltiplos del mismo genoma
Múltiplo de genomas distintos
Tabla 9.5. Terminología para la variación en el número de cromosomas.
Tomado de Klug et al, 2004.
464
El poliploidismo por lo general surge después de la hibridación. Cuando dos
especies diferentes se reproducen, el organismo resultante, llamado híbrido, suele
tener un número impar de cromosomas. Si es así, los cromosomas no se podrán
aparear de manera uniforme durante la meiosis, y el organismo será infértil.
Ejemplo, si se cruza un burro (2n=66) con una yegua (2n=60) engendrarán una
mula que es un híbrido con 63 cromosomas y es estéril.
ANEUPLOIDIA. Cuando un organismo tiene más o menos cromosomas que el
número normal, se presenta la condición aneuploide. La monosomía y trisomía
son dos estados aneuploides.
La monosomìa (2n-1) ocurre cuando un individuo tiene sólo uno de un tipo
particular de cromosoma, y la trisomía (2n+1) se presenta cuando un individuo
tiene tres de un tipo particular de cromosoma. La causa más común de la
monosomía y la trisomía es que durante la meiosis ocurre la no disyunción.
En humanos, la monosomía y la trisomía autosómicas suelen ser letales, pero un
individuo trisómico tiene más probabilidades de supervivencia que uno
monosómico, los supervivientes están caracterizados por un conjunto distintivo de
anormalidades físicas y mentales, como en la enfermedad llamada trisomía 21 (De
la Loma, 1993). Ver sección 9.2.8.2.
No disyunción
La variación en el número de cromosomas en las células se origina como un error
aleatorio durante la producción de gametos. La no disyunción es el fallo de los
cromosomas o de las cromátidas en separarse y desplazarse a los polos opuestos
en la división. Cuando esto ocurre en la meiosis, se desbarata la distribución
normal de los cromosomas en los gametos.
En figura 9.15 se muestran los resultados de una no disyunción en la meiosis I y II
para un cromosoma en un organismo diploide. Como se puede ver, el cromosoma
afectado puede dar lugar a gametos anormales con dos miembros o con ninguno.
La fecundación de estos con un gameto haploide normal da lugar a cigotos con
tres miembros (trisomía) o con sólo uno (monosomía) de este cromosoma. La no
disyunción da lugar a una serie de situaciones aneuploides autosómicos en la
especie humana y en otros organismos (Stahl y Blaisten, 1997).
465
Figura 9.15 No disyunción en humanos. Este fenómeno ocurre cuando los cromosomas
homólogos no se separan durante la meiosis. Fuente Purves.
466
9.12.2 Cambios en la estructura cromosómica
Los cambios en la estructura cromosómica produce otro tipo de mutación de
cromosomas. Algunos de estos cambios, no pueden ser detectados en su totalidad
a través del microscopio. Varios agentes ambientales, tales como la radiación,
ciertos compuestos orgánicos, o incluso los virus, pueden ocasionar una
fragmentación en los cromosomas.
Por lo general, cuando se presenta la fragmentación en los cromosomas, los dos
extremos fragmentados se reúnen produciendo la misma secuencia de genes. No
obstante, algunas veces los extremos fragmentados de uno o más cromosomas
no se reúnen en el mismo patrón anterior, lo cual produce varios tipos de
mutaciones cromosómicas.
Los cambios en la estructura cromosómica incluyen deleciones (eliminaciones),
duplicaciones, translocaciones e inversiones de los segmentos cromosómicos.
Una deleción se presenta cuando el extremo de un cromosoma se rompe o
cuando dos roturas simultáneas ocasionan la pérdida de un segmento interno
(Figura 9.16a). Incluso cuando sólo un miembro de un par de cromosomas está
afectado, la deleción suele producir anormalidades.
Una duplicación es la presencia de un segmento cromosómico más de una vez
en el mismo cromosoma (Figura 9.16b). Una inversión ocurre cuando un
segmento de un cromosoma gira 180º (Figura 9.16c) Esta secuencia inversa de
genes puede ocasionar actividades alteradas de los genes.
Una translocación consiste en el movimiento de un segmento cromosómico de
un cromosoma a otro cromosoma no homólogo (Figura 9.16d).
En el 5% de los casos, una translocación ocurrida en una generación anterior
entre los cromosomas 21 y 14 es el causante del síndrome de Down. En otras
palabras, como una parte del cromosoma 21 se une con una parte del cromosoma
14, el individuo tiene tres copias de alelos los cuales, cuando se presentan en la
copia de tripletes, ocasionan el síndrome de Down. En estos casos, el síndrome
de Down no está relacionado con la edad de la madre sino que se debe a su
presencia activa en la familia de la madre o del padre.
467
Figura 9.16 Tipos de mutaciones cromosómicas.
9.13 IMPRONTA GENÓMICA
Un patrón de herencia descubierto en la década del 90 es la dominada “Impronta
genómica” y constituye una excepción a las leyes mendelianas en cuanto se
refiere a que la expresión genética, es decir, el aspecto del individuo varía
dependiendo del origen paterno o materno del cromosoma que lleva un
determinado gen.
En algunas especies, ciertas regiones de los cromosomas Y de los genes parecen
tener memoria, o una marca (impronta) de su origen paterno, que influye en su
expresión genética. En consecuencia, determinados genes se expresan o
permanecen inactivos genéticamente debido a que están “marcados”. Por
ejemplo, la distrofia miotónica (una enfermedad muscular) tiene más probabilidad
de ser heredada de la madre que del padre. Por el contrario, la enfermedad de
Huntington se desarrolla principalmente cuando el alelo defectuoso se hereda del
padre.
No se conoce con certeza cómo se desarrolla la impronta genómica.
Aparentemente, algo dentro de un espermatozoide o un óvulo inactiva ciertos
genes. Así mismo, se ha descubierto que la inactivación genética no es
permanente. Un hombre con el alelo para la distrofia miotónica puede pasar el
gen defectuoso a sus niños, pero ellos no desarrollarán el desorden porque el gen
estaba inactivado en el espermatozoide del hombre. No obstante, las hijas del
hombre pueden tener niños con esta enfermedad porque el gen fue activado en
sus óvulos (Bernal Villegas, 1997).
468
9.14 COMPENSACIÓN DE DOSIS EN HUMANOS
La presencia de dos cromosomas X en las mujeres normales y de un solo
cromosoma X en los varones normales es un caso particular si se le compara con
el número igual de autosomas presentes en las células de ambos sexos.
Esto llevaría a pensar que las mujeres tendrían una “dosis génica” superior a los
varones para todos los genes ligados el cromosoma X.
Los experimentos de Keith Moore y Murray L. Barr demostraron la existencia en la
especie humana de un mecanismo genético que compensa la disparidad de dosis
del cromosoma X. Ellos encontraron que en las células de la mucosa bucal ó en
fibroblastos de las mujeres se encuentra un corpúsculo o estructura altamente
condensada que está pegado a la membrana nuclear de células en interfase.
Encontraron que esta estructura no se encontraba en células similares de los
varones.
Los experimentos demuestran que este corpúsculo llamado corpúsculo de
cromatina sexual o simplemente corpúsculo de Barr, es un cromosoma X
inactivo. Así se explica el mecanismo para la compensación de dosis. Si uno de
los cromosomas X se inactiva en las células femeninas, la dosis de información
genética que se puede expresar en machos y en hembras es equivalente. Ver
Figura 9.17.
Figura 9.17 Morfología de la cromatina sexual. A la izquierda, en la célula epitelial la
cromatina sexual aparece como una pequeña masa densa, adherida a la membrana
nuclear. A la derecha, en el leucocito neutrófilo la cromatina sexual semeja un palillo de
tambor. Tomado de Junqueira.
469
9.15 CONSANGUINIDAD, HIBRIDACIÓN Y VIGOR HÍBRIDO
En el mundo contemporáneo se observa que en los centros de investigación cada
vez se obtienen especies vegetales que producen más o animales que duplican o
triplican los rendimientos de sus antecesores. Cómo consiguen los investigadores
de estos centros establecer una raza de ganado vacuno que produzca más leche,
o una línea de gallinas que ponga huevos más grandes o una variedad de caña de
azúcar que tenga mayor contenido de sacarosa? Lo hace mediante la selección
fenotípica de los individuos que se aproximan a un fenotipo deseado.
Estos individuos actúan luego como progenitores en los siguientes apareamientos
o cruces, hasta que se van desarrollando gradualmente líneasque producen de
una manera fiel una característica de importancia comercial; es decir, en última
instancia se selecciona una línea homocigota en todos los poligenes de
importancia, ya sean dominantes, recesivos o acumulativos en sus efectos.
Es evidente que cuando una línea se vuelve homocigota en todos los poligenes de
importancia el hecho de continuar la selección y cruce ya no se traduce en
incremento de la calidad en las características deseadas. Además, debido a la
consanguinidad (endogamia) o sea el cruzamiento de dos individuos
estrechamente emparentados, la línea puede volverse homocigota en muchos
genes que determinan características indeseables.
En la especie humana, por ejemplo, los efectos de la consanguinidad son el
aumento del riesgo de abortos espontáneos, de muerte de recién nacidos, de
deformidades congénitas y de enfermedades genéticas recesivas; esta es la razón
por la cual las leyes de algunos países prohíben el matrimonio entre parientes
cercanos (Strickberger, 2010).
En cruzamiento de individuos pertenecientes a líneas completamente ajenas entre
sí, llamado hibridación o exogamia, genera en muchos casos una descendencia
que está mejor adaptada para sobrevivir que cualquiera de los progenitores por
separado; esa mejora es el resultado de un fenómeno llamado heterosis o vigor
híbrido. La mula es un híbrido resultante del cruce entre un burro y una yegua y
se caracteriza porque es un animal fuerte y resistente, mucho mejor adaptado al
trabajo duro que cualquiera de los dos progenitores; no obstante, la mula no es
capaz de reproducirse por cuanto el diferente número de cromosomas entre las
dos especies progenitoras hace que la sinapsis sea inadecuada durante la meiosis
(Klug et al, 2006).
9.16 GENÉTICA MOLECULAR
La comunidad científica actualmente define la genética como la ciencia que
estudia los genes y su variación a través del tiempo. Este concepto implica afirmar
que el ADN sufre alteraciones a través del tiempo, de generación en generación y
470
el objetivo es adaptar el organismo vivo al medio ambiente. Este proceso implica
un cambio fenotípico, morfológico y funcional y por lo tanto una modificación de la
estructura proteica que conlleva a variar la información secuencial de nucleótidos
en el ADN o variar la escogencia de segmentos genómicos durante la formación
del ARNm (splicing alternativo) o modificar en algo el proceso de formación de la
proteína. Todos estos procesos son el objeto de estudio de la genética molecular
(Scientific American, 1991).
9.17RELACIONES ENTRE PROTEÍNAS Y GENES
Los organismos no pueden permanecer vivos sin enzimas y otras proteínas. Las
proteínas se forman de cadenas polipeptídicas, las cuales a su vez constan de
aminoácidos. Cada secuencia de aminoácidos corresponde a un gen, el cual es
una secuencia de bases de los nucleótidos en la molécula de ADN.
Las proteínas son responsables de conferir las propiedades particulares de los
seres vivos. La naturaleza diversa de la función biológica descansa en el hecho de
que las proteínas se fabrican a partir de 20 aminoácidos diferentes. En una
cadena proteica de unos 100 aminoácidos de longitud, en cada posición puede
haber cualquiera de los 20 aminoácidos; el número de proteínas distintas con 100
aminoácidos, cada una con una secuencia única, es igual a una cantidad
inimaginable: 20100 proteínas. Obviamente, la evolución se ha aprovechado de
una clase de moléculas con un potencial enorme de diversidad estructural para
que sirva de sostén principal a los sistemas biológicos.
La clase más numerosa de proteínas son las enzimas. Estas moléculas son
catalizadores biológicos que esencialmente permite que las reacciones biológicas
se produzcan a un ritmo que sustente la vida en las condiciones que existen en la
tierra. Disminuyendo la energía de activación de las reacciones, el metabolismo
puede darse bajo la dirección de las enzimas a la temperatura corporal.
Hay incontables proteínas distintas de las enzimas que son componentes
esenciales de las células y de los organismos. Entre estas se encuentran la
hemoglobina, el pigmento de los glóbulos rojos que transporta el oxigeno: la
insulina, hormona pancreática; el colágeno, molécula del tejido conjuntivo; la
queratina, molécula estructural del pelo; las histonas, proteínas de la estructura
de los cromosomas en los eucariotas;laactina y la miosina, proteínas contráctiles
del músculo y las inmunoglobulinas, los anticuerpo del sistema inmune. El
potencial para tan diversas funciones descansa en la enorme variación de la
estructura tridimensional de las proteínas. Esta estructura viene determinada por
la secuencia lineal de aminoácidos que constituyen la molécula. Para cerrar el
círculo, esta secuencia viene dictada por la información almacenada en el ADN de
u8n gen que se transfiere al ARN, el cual dirige la síntesis de las proteínas. El ADN
fabrica ARN que luego ensamblan proteínas (Herskowitz, 1992).
471
Cada célula humana contiene 46 moléculas lineales de ADN. Entre todas suman
unos 3x109 pares de bases dispuestas una detrás de otra como los eslabones de
una cadena. Se llama GEN o CISTRON al segmento de ADN que contiene la
información para sintetizar una cadena peptídica. Los distintos genes de un
cromosoma se sitúan linealmente en el ADN, uno detrás de otro. Un gen sintetiza
un péptido y varios péptidos se unen para formar una proteína. Por lo tanto, es
incorrecta la afirmación de que un gen codifica para una proteína (Manual CTO de
Medicina y Cirugía. Genética, 2010).
Aunque la estructura básica del ADN (azúcar - fosfato - bases nitrogenada) es
común para todos los seres vivos, existen diferencias entre los genes de los
eucariotas y los procariotas.
1. La información contenida en los genes eucariotas no es continua, es decir, se
encuentra repartida en varios segmentos de ADN codificante (exones: segmentos
de ADN codificante), interrumpidos por segmentos de ADN no codificante
(intrones: segmentos de AND no codificantes). El número de exones e intrones
varía de un gen a otro. Los genes procariotas no contienen intrones.
2. En los procariotas (y en algunos eucariotas interiores) existen unas estructuras
génicas denominadas OPERONES, que contienen la información para producir
varias proteínas distintitas (relacionadas funcionalmente) de una manera
coordinada (una sola estructura de control para todas ellas). Un ejemplo de operón
es el Lac del E. coli, que codifica tres enzimas de la ruta metabólica de la lactosa.
Un operón se transcribe a un único ARNm. Este se traduce a una proteína que
luego es escindida en varias proteínas que contienen acciones distintas (por
ejemplo, enzimas con diferentes substratos).
El ADN de una célula eucariota, que puede medir varios metros de longitud, no
está disperso por el núcleo, sino que se organiza en unidades denominadas
nucleosomas. Los nucleosomas, a su vez, se organizan formando la fibra de
cromatina (Carlson, 1996).
9.18 EXPRESIÓN DE LOS GENES. TRANSCRIPCION Y TRADUCCIÓN
Se dice que una célula expresa un gen determinado cuando se sintetiza la
molécula que codifica ese gen. No todos los genes contenidos en el núcleo se
expresan, solo se utilizan aquellos que necesitan la célula en cada momento y en
función de su especialización.
Se requieren dos pasos, la transcripción y la traducción para llevar a cabo las
instrucciones de síntesis de proteínas de un gen. En las células eucariotas, la
transcripción es la transferencia de información genética contenida en el ADN
mediante la síntesis de una molécula de ARNm copiada de un molde de ADN. La
trascripción se lleva a cabo en el núcleo. La nueva secuencia de bases expuestas
del ADN sirve como patrón estructural (una plantilla) para el ensamblaje de la
472
cadena de acido ribonucleico (ARN) a partir de las reservas de los nucleótidos
libres de la célula. Tarde o temprano el ARN dirige el ensamblaje de aminoácidos
para formar cadenas polipeptídicas, proceso conocido como traducción. Las
cadenas recién formadas se pliegan asumiendo la forma tridimensional
característica de las proteínas. En resumen, el ADN dirige la síntesis del ARNm y a
continuación el ARNt dirige la síntesis de proteínas:
Transcripción
ADN
traducción
ARNm
proteína
Las proteínas recién sintetizadas desempeñan papeles estructurales y funcionales
en la célula. Algunas inclusive tienen el papel de sintetizar más ADN, ARN y
proteínas (Klug et al, 2006).
Iniciación de la expresión génica. No todos los caracteres se expresan al mismo
tiempo a lo largo de la vida de un organismo. En muchos casos, la edad a la que
el gen se expresa se corresponde con la secuencia normal del crecimiento y
desarrollo. En la especie humana, las fases prenatal, infantil, juvenil y adulta
requieren informaciones genéticas diferentes. Por ello, muchas enfermedades
hereditarias graves a menudo no se manifiestan hasta después del nacimiento.
Por ejemplo, la enfermedad de Tay-Sachs, que se hereda como autosómica
recesiva, es una enfermedad letal del metabolismo lipídico, debido a una enzima
anormal, la hexosaminidasa A. Los recién nacidos parecen normales durante los
primeros cinco meses. Luego se producen retrasos en el desarrollo, parálisis y
ceguera y la mayoría de los niños afectados muere a la edad de tres años.
El síndrome de Lesch-Nyhan que se hereda como una enfermedad recesiva
ligada al X, se caracteriza por un metabolismo anormal de los ácidos nucleicos,
dando lugar a la acumulación de ácido úrico en sangre y tejidos, retraso mental,
parálisis y automutilación de labios y dedos. La enfermedad se debe a la mutación
del gen que codifica para la enzima (HPRT). Los recién nacidos son normales
hasta los seis u ocho meses de edad antes de la aparición de los primeros
síntomas.
Otro ejemplo es el de la distrofia muscular de Duchenne (DMD), una
enfermedad recesiva ligada al X asociada con una progresiva degradación
muscular. Normalmente se diagnóstica entre los tres y los cinco años de edad.
Incluso con intervención médica, la enfermedad es a menudo mortal a la edad de
veinte años. Ver sección 9.23.
Quizá la más variable de todas las enfermedades hereditarias humanas respecto
de la edad de inicio es la enfermedad de Huntington. Se hereda como
autosómica dominante y afecta a los lóbulos frontales de la corteza cerebral, en
donde durante más de una década se da una muerte celular progresiva. El
deterioro del cerebro viene acompañado por movimientos espasmódicos
473
incontrolados, deterioro emocional e intelectual y finalmente la muerte. Aunque su
inicio se ha señalado en cualquier edad, se da más frecuentemente entre los 30 y
los 50 años, con una edad media de aparición a los 38 años.
Observaciones parecidas apoyan el concepto de que la expresión crítica de los
genes normales varía a lo largo del ciclo biológico de los organismos, incluidos los
humanos. Los productos génicos pueden jugar papeles más esenciales en ciertos
momentos. Además, es probable que el ambiente fisiológico interno de un
organismo cambie con la edad (Klug et al, 2006).
Proceso de Transcripción
Para la síntesis de las proteínas intervienen tres tipos de ARN. La transcripción de
la mayoría de los genes produce el ARN mensajero o ARNm, el único tipo de
ARN que lleva instrucciones para la construcción de proteínas. La transcripción de
algunos otros genes produce el ARN ribosomal o ARNr, uno de los principales
componentes de los ribosomas, los cuales son las unidades estructurales sobre
las cuales se ensamblan las cadenas polipeptídicas. La transcripción de otros
genes mas produce el ARN de transferencia o ARNt, el cual suministra
aminoácidos, uno a uno, al ribosoma en el orden que se especifica el ARNm.
La molécula de ARN está formada por cuatros tipos de nucleótidos cada
nucleótido tiene un azúcar de cinco carbonos, la ribosa, un grupo fosfato y una
base nitrogenada. Los cuatro tipos de bases son: adenina, citocina, guanina y
uracilo. Este último puede aparearse con la adenina. Esto significa que la cadena
de ARN se ensambla sobre la región de ADN siguiendo las reglas de
apareamiento de bases. En la transcripción las enzimas agregan nucleótidos a la
cadena de ARN en crecimiento uno por uno en sentido 5’--- 3’. Tres aspectos
fundamentales se deben tener presentes en el proceso de transcripción:
· Solo un segmento preciso de la cadena de ADN se emplea como cadena (en
lugar de toda la molécula).
· La enzima ARN polimerasa cataliza la adición de nucleótidos a una cadena de
ARN en crecimiento.
· Al finalizar la transcripción el ARN consta de una cadena única y libre de
nucleótidos y no posee una doble cadena.
La transcripción es iniciada por un promotor. Esta secuencia de bases en el ADN.
Tienen funciones reguladoras y de que se une la ARN polimerasa antes de iniciar
la transcripción. Las proteínas posicionan a una ARN polimerasa sobre el ADN y
ayudan a que se inicie la transcripción en el promotor. La enzima se desplaza a lo
largo de la cadena de ADN uniendo un nucleótido tras otro. Cuando llega a
determinado punto del gen, la nueva molécula de ARN es liberada como un
transcrito libre (Starr y Taggart, 2001).
474
Figura 9.18 Transcripción del mensaje genético. En el proceso de transcripción la enzima
ARN polimerasa penetra la doble cadena. Uniéndose a una de las cadenas de ADN, se
mueve a lo largo de la misma leyendo los nucleótidos uno por uno. Forman pares
complementarios seleccionándolos de un conjunto de nucleótidos libres. Cuando el
mensaje de ADN se transcribe completamente, el ARN se separa y puede ser utilizado
para el proceso de traducción. Tomado de Overmire, 1995.
Toques finales en los transcriptos de ARNm. En las células eucariotas cada
nueva molécula de ARNm no se encuentra en su forma definitiva. ARNm primario
debe ser modificado antes de que sus instrucciones para la síntesis de proteínas
puedan ser útiles. Igual que un sastre coloca botones y hojaldre a un vestido
antes de que salga a la venta, las células eucariotas modifican su ARNm
primario.
El ARN primario contiene exones e intrones. Este ARN experimenta un proceso de
eliminación de los intrones (splicing) y de esta forma se obtiene el ARNm
definitivo. Este es traducido a un péptido que posteriormente se unirá a otros
péptidos para formar una proteína (Manual CTO de Medicina y Cirugía. Genética,
2010.)
Código genético. El ADN se transcribe a ARN y luego se traduce a un péptido en
los ribosomas siguiendo una regla de descifrado denominada código genético. La
secuencia del acido ribonucleico (ARN) es leída en grupos de tres nucleótidos
denominados codones. Cada codón codifica un aminoácido. Existen 64 codones
posibles, formados por combinaciones de las cuatro bases A, U, C y G, sin
embargo solo existen 20 aminoácidos y cada uno puede tener más de un codón,
motivo por el que se dice que el código genético está degenerado. No todos los
codones se traducen en aminoácidos.
El codón AUG codifica para el aminoácido metionina y es el punto inicial para la
traducción de los transcritos de ARNm. En otras palabras, las secciones de “tres
bases juntas” se inician en ese AUG específico de la secuencia de nucleótidos del
475
transcrito. La metionina es el primer aminoácido enlazado a las cadenas
polipeptídicas. Los codones UAA, UAG y UGA no corresponden a un aminoácido.
Sirven como señales de alto (stop) y evitan que se agreguen más aminoácidos a
una cadena polipeptídica.
Primera
base
U
C
A
G
U
Fenilalanina
Fenilalanina
Leucina
Leucina
Leucina
Leucina
Leucina
Leucina
Isoleucina
Isoleucina
Isoleucina
Metionina
ó START =
inicio
Valina
Valina
Valina
Valina
Segunda base
C
A
G
Serina
Tirosina
Cisteína
Serina
Tirosina
Cisteína
Serina
STOP (alto) STOP (alto)
Serina
STOP (alto) Triptófano
Prolina
Histidina
Arginina
Prolina
Histidina
Arginina
Prolina
Glutamina
Arginina
Prolina
Glutamina
Arginina
Treonina
Asparagina
Serina
Treonina
Asparagina
Serina
Treonina
Lisina
Arginina
Treonina
Lisina
Arginina
Alanina
Alanina
Alanina
Alanina
Aspartato
Aspartato
Glutamato
Glutamato
Glicina
Glicina
Glicina
Glicina
Tercera
base
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
Figura 9.19 El código genético. Los codones del ARNm son base de los nucleótidos que
“se leen” en bloques de tres. 61 de los tripletes de bases corresponden a aminoácidos
específicos. Otros tres son señales para detener la traducción (STOP). La columna
vertical de la izquierda enumera las opciones para el primero de los tres nucleótidos en un
codón del ARNm. La fila horizontal superior enumera las opciones para él segundo codón.
La columna vertical derecha enumera las opciones para la tercera. Ejemplo: de izquierda
a derecha, el triplete UGC corresponde al triptófano. Tanto UUU como UUC corresponden
a la fenilalanina.
El conjunto de 64 distintos codones constituye el código genético y es la base para
la síntesis de proteínas de todos los organismos (Ayala y Kiqer, 2004).
Estructura y función del ARNr y el ARNt. En el citoplasma de las células se
encuentran reservas de aminoácidos libres y moléculas libres de ARNt. Cada
ARNt tiene un “gancho” molecular, es decir, un sitio para que los aminoácidos se
unan a ella. También presentan un anticodón, un triplete de nucleótidos que son
las bases complementarias de un codón. Cuando los ARNt se enlazan con los
476
codones, automáticamente colocan los aminoácidos unidos a ellos en el orden que
especifica el ARNm.
Una célula tiene una reserva citoplasmática de 64 tipos de codones, pero puede
utilizar menos tipos de ARNt. ¿Cómo se unen los ARNt con más de un tipo de
codón? Según estas reglas de apareamiento de bases, la adenina debe aparearse
con el uracilo y la citosina con la guanina. Sin embargo, en las interacciones
codón-anticodon las reglas se modifican un poco para la tercera base del codón.
Por ejemplo, AUU, AUC, y AUA especifican a la isoleucina. Estos tres codones
pueden aparearse con un solo tipo de ARNt que lleva la isoleucina. Esa libertad
del apareamiento codón-anticodon en una base se conoce como “efecto de
bamboleo”.
Antes de que los anticodones interaccionen con los codones de una cadena de
ARNm, esta cadena debe enlazarse con un ribosoma. Cada ribosoma tiene dos
subunidades, las cuales se ensamblan en el núcleo, y consta de ARNr y proteínas
estructurales, que estabilizan la estructura del ribosoma. La acción enzimática del
ARNr DA lugar al síntesis de proteínas.
En determinado momento, las subunidades son enviadas por separado al
citoplasma. Ahí se ensamblan ribosomas funcionales intactos y cada uno se forma
a partir de dos subunidades, cuando los mensajes codificados en el ARNm se van
a traducir (Cummings, 1995).
Traducción
El código para la síntesis de proteínas que contiene los transcritos de ARNm del
ADN se traduce en los ribosomas intactos en el citoplasma. La traducción ocurre
en tres etapas: iniciación, elongación y terminación.
Iniciación. En esta etapa un ARNt, iniciador (el único que puede iniciar la
trascripción) y un transcrito de ARNm se coloca sobre un ribosoma. Primero, el
ARNt iniciador se enlaza con la subunidad ribosomal pequeña. El codón de inicio
del transcrito (START), AUG, se une con el anticodón del ARNt. Segundo, una
unidad ribosomal grande enlaza con la subunidad pequeña. Cuando se une de
esta manera, el ribosoma, el ARNm y el ARNt constituyen un complejo de
iniciación. A continuación se inicia la siguiente etapa.
Elongación. En esta etapa de la traducción, una cadena polipeptídica se
ensambla conforme el ARNm pasa entre las dos subunidades ribosomales, como
si fuera un hilo que entrara por el ojo de una ajuga. Parte de la molécula de ARNr
ubicada en el centro de la subunidad ribosomal grande presenta una acidez
inusual. Esa región funciona como una enzima, y cataliza la unión de aminoácidos
individuales siguiendo la secuencia dictada por la secuencia de los codones de la
molécula del ARNm.
477
Figura 9.20 Traducción del mensaje genético. Durante este proceso el ARNm se
incorpora al ribosoma, el cual lee el mensaje, codón por codón, y coloca los aminoácidos
en la secuencia adecuada. El ribosoma logra este proceso a través del ARNt. El ribosoma
se mueve a lo largo de la molécula de ARNm hasta que llega a un codón terminal, que
indica el término del mensaje y la terminación de la proteína.
Terminación. Durante la última etapa de la traducción, la terminación, aparece un
codón de ALTO (STOP) en el ARNm. El ARNt no tiene anticodón correspondiente
y esto desencadena eventos que provocan que tanto la cadena polipeptídica
como el ARNm se desprendan del ribosoma.
Después de que se sintetizan las nuevas cadenas polipeptídicas muchas de ellas
se unen a la reserva citoplasmática de proteínas libres. Otras más entran a los
478
sacos de retículo endoplasmatico rugoso llenos de ribosomas, que forman parte
del sistema de endomembranas. Allí adoptan su forma final antes de ser enviadas
a su destino final en el interior o el exterior de la célula (Griffiths et al, 2000).
9.19 TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE
El termino ADN recombinante hace referencia a la creación de nuevas
combinaciones de segmentos o de moléculas de ADN que no se encuentran
juntas de manera natural. En el genoma de un organismo. Aunque el proceso
genético de recombinación produce moléculas de ADN recombinante, el termino
ADN recombinante se reserva generalmente para las moléculas de ADN
producidas por la unión de segmentos que provienen de diferentes fuentes
biológicas.
La era de ADN recombinante comenzó a principios de la década de 1970, cuando
los investigadores descubrieron que las bacterias para protegerce de la infección
de los virus sintetizan enzimas que restringe o previenen la infección cortando el
ADN vírico en puntos específicos. Una vez roto, el ADN vírico no puede dirigir la
síntesis de más partículas del fago. Los científicos se dieron cuenta rápidamente
de que tales enzimas, llamadas enzimas de restricción, podía utilizarse para
cortar de ADN de cualquier organismo en secuencias nucleotídicas especificas.
Dando lugar a una serie de fragmentos de manera reproducible. Esta fue la base
para el desarrollo de la clonación, que consiste en producir un gran número de
copias de estos fragmentos de ADN.
Después de descubrirse que las enzimas de restricción se podían usar para
producir fragmentos de ADN específicos, se desarrollaron métodos para insertar
dichos fragmentos en moléculas de ADN portadoras, llamada vectores y transferir
la combinación del vector con el fragmento de ADN (una molécula de ADN
recombinante) a una bacteria en donde se producen cientos o miles de copias, o
clones del vector y de los fragmentos de ADN. Estas copias clonadas se pueden
recuperar de las bacterias y aislarse grandes cantidades del fragmento de ADN
clonado. Una vez que se obtuvieron por clonación de grandes cantidades de
fragmentos de ADN específicos, se utilizaron de modos distintos: para aislar
genes, para estudiar su organización y expresión y para estudiar su secuencia
nucleotídica y evolución. Además de preparar grandes cantidades de ADN
específico para investigación, las técnicas de ADN recombinante fueron el
fundamento de la industria biotecnológica.
A medida que las técnicas se fueron perfeccionando, fue posible clonar
fragmentos de ADN cada vez mayores, preparando el camino para clonar el
genoma completo de una especie, que abarca a todo el ADN que posee el mismo.
479
Figura 9.21 Ilustración de la técnica del ADN recombinante.
La tecnología del ADN recombinante y la clonación de genes proporciona a los
científicos métodos para aislar grandes cantidades de genes específicos o de
otras secuencias de ADN a partir de genomas grandes y complejos. Por ejemplo,
el genoma humano contiene más de tres mil millones de nucleótidos y unos
25.000 a 30.000 genes. Las enzimas de restricción cortan el genoma en
fragmentos más pequeños que se pueden manipular, separar, copiar y estudiar
individualmente. Esto permite que los científicos investiguen muchos aspectos de
la organización y función de los factores que regulan la expresión génica y de las
características y las funciones de las proteínas codificadas. Para el análisis, esta
tecnología considera dos componentes importantes que se usan para construir las
moléculas de ADN recombinante a saber:
·
·
Las enzimas de restricción
Los vectores de clonación
480
Enzimas de restricción. Las enzimas de restricción son producidas por las
bacterias como un mecanismo de defensa contra las infecciones víricas. Se han
identificado más de 200 enzimas de restricción, aproximadamente 100 de las
cuales se usen de manera rutinaria por los científicos. Todas las enzimas de
restricción de unen al ADN y reconocen una secuencia especifica de nucleótidos,
denominadas secuencia de reconocimiento. La enzima corta varias cadenas de
ADN dentro de la secuencia de reconocimiento siguiendo un patrón de corte
específico. La principal utilidad de las enzimas de restricción para la clonación
procede de sus capacidad de cortar el ADN genómico de manera precisa y
reproducible en fragmentos denominados fragmentos de restricción.
El tamaño de los fragmentos de restricción viene determinada por la frecuencia
con que una enzima de restricción corta el ADN. Si todos los nucleótidos
estuviesen presentes en las mismas proporciones, las enzimas que reconocen
una secuencia de 4 nucleótidos, como Alu I (AGCT), haría un corte, en promedio,
cada 256 pares de bases (4n=44 =256), produciendo muchos fragmentos
pequeños.
Las enzimas como Notl reconocen una secuencia de ocho bases (GCGGCCGC) y
en promedio cortan el ADN cada 65.500 pares de bases (4 n=48), produciendo
menos fragmentos pero más largos. El tamaño real de los fragmentos producidos
al cortar el ADN con una determinada enzima de restricción es variable ya que el
número y la localización de las secuencias de reconocimiento no están siempre
distribuidos aleatoriamente en el ADN.
La mayoría de las secuencias de reconocimiento contienen un tipo de simetría en
la que la secuencia nucleotídica se lee igual en ambas cadenas del ADN en
dirección 5´→ 3´(un palíndromo). Cada enzima de restricción se une al ADN en
una secuencia de reconocimiento específica, y lo corta según un patrón de corte
característico (Klug et al, 2006).
Vectores de clonación. Los fragmentos de restricción del ADN no pueden entrar
directamente en las células huésped para ser copiados. Sin embargo, cuando se
une un fragmento de restricción a otra molécula de ADN denominada vector,
puede entrar en una célula huésped, donde se puede replicar o clonar en muchas
copias. En esencia, los vectores son moléculas transportadoras de ADN que
transfieren y replican (clonan) fragmentos de ADN insertados. Se dispone de
muchos vectores de clonación, que difieren en la especificidad de la célula
huésped, el tamaño de los insertos que pueden trasportar y en otras
características como el número de copias que producen, el número de secuencias
de reconocimiento disponibles para la clonación y el número y el tipo de genes
marcadores.
Para que sirva de vector, una molécula de ADN debe ser capaz de replicarse
independientemente junto con el fragmento de ADN que transporta. El vector
481
también debe contener diversas secuencias de reconocimiento que permitan la
inserción del fragmento del ADN a clonar. Para insertar un fragmento de ADN, se
corta el vector con una enzima de restricción y se mezcla con una colección de
fragmentos de ADN producidos con la enzima misma. Los vectores que
transportan un fragmento insertado se denominan vectores recombinantes
siendo todos ellos un ejemplo de molécula de ADN recombinante producida por la
unión del ADN de dos fuentes diferentes.
Para distinguir las células huésped que han incorporado vectores de las que no los
contiene, el vector debe llevar un gen marcador de selección (generalmente genes
de resistencia a antibióticos o genes que codifican enzimas ausentes en la célula
huésped). Finalmente, debería ser fácil recuperar el vector y el ADN insertado de
la célula huésped.
Los vectores plasmídicos. Los primeros vectores que se desarrollaron y que
todavía se utilizan ampliamente fueron plásmidos modificados genéticamente.
Estos vectores plasmídicos proceden de moléculas de ADN extracromosómicas de
doble cadena que se encuentran de manera natural, que se replican
autónomamente dentro de las células bacterianas (Griffiths et al, 2000).
9.20 AMPLIFICACIÓN DEL ADN POR PCR
Como se mencionó anteriormente, las técnicas del ADN recombinante se
desarrollaron a principios de la década de 1970, y revolucionaron la investigación
en genética y en biología molecular. Estos métodos también permitieron el
nacimiento de la expansiva industria biotecnológica. Sin embargo, a menudo la
clonación de ADN utilizando vectores y células huésped requiere mucho trabajo y
tiempo. En 1986 se desarrollo otra técnica, la denominada PCR (Polymerase
Chain Reaction) o reacción en cadena de la polimerasa.
La PCR es un método rápido de clonar ADN que incrementa el potencial de la
investigación de ADN recombinante y elimina la necesidad de células huésped
para clonar el ADN. Aunque la clonación basada en células huésped todavía se
usa de manera amplia, la PCR es el método preferido en muchas aplicaciones,
incluyendo la biología molecular, la genética humana, la evolución, el desarrollo, la
conservación y la medicina forense.
La PCR copia secuencias específicas de ADN mediante una serie de reacciones in
vitro, y puede amplificar secuencias mediadas de ADN presentes en cantidades
infinitesimales entre una población de otras moléculas de ADN. Uno de los
prerrequisitos para la PCR es que se precisa de alguna información sobre la
secuencia nucleotídica del ADN a clonar (Griffiths et al, 2000).
482
Figura 9.22 La reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
483
En la práctica, la PCR implica tres pasos. En teoría la cantidad de ADN
amplificado que se produce sólo está limitada por el número de veces que se
repiten estos pasos.
1. El ADN a clonar se desnaturaliza en cadenas sencillas. Este ADN puede
provenir de muchas fuentes diferentes, incluyendo ADN genómico, restos
momificados, fósiles y muestras forenses como sangre seca o semen, pelos
aislados y muestras almacenadas en registros médicos. El ADN de doble
cadena se desnaturaliza calentándolo a unos 90-95°C, lo que lo disocia en sus
cadenas sencillas (normalmente en unos cinco minutos).
2. Se disminuye la temperatura de la reacción hasta 50-70°C, la denominada
temperatura de hibridación, a la que los cebadores se unen al ADN de cadena
sencilla. Los cebadores son oligonucléotidos sintéticos (de 15 a 30
nucleótidos de longitud) complementarios a las secuencias que flanquean el
ADN indicado a copiar. Los cebadores sirven de punto de iniciación para la
síntesis de nuevas cadenas de ADN complementarias al ADN indicado.
3. A la mezcla de reacción se le añade una ADN polimerasa resistente al calor (la
polimerasa Taq). La síntesis de ADN se realiza a una temperatura de 70-75°C.
La polimerasa Taq extiende los cebadores añadiendo nucleótidos en dirección
5´- 3´ haciendo una copia de doble cadena del ADN indicado.
Cada grupo de tres pasos, desnaturalización del ADN de doble cadena,
hibridación de los cebadores, y extensión por la polimerasa, es un ciclo. La
PCR es una reacción en cadena porque el número de cadenas nuevas de ADN se
dobla a cada ciclo, y las nuevas cadenas, junto con las viejas, sirven de molde
para el siguiente ciclo. Cada ciclo que dura 5 minutos, puede repetirse, y en
menos de tres horas, en unos 25-30 ciclos, la cantidad de ADN aumenta más de
un millón de veces. Este proceso está automatizado y lo realiza una máquina
denominada termociclador, que se puede programar para que realice un número
predeterminado de ciclos, produciendo grandes cantidades de segmentos
específicos de ADN que se pueden usar para muchos propósitos, incluyendo la
clonación en vectores plasmídicos, la secuenciación de ADN, diagnósticos clínicos
y rastreos genéticos.
La clonación de ADN basada en la PCR presenta diversas ventajas respecto a la
clonación basada en células. La PCR es rápida, y puede realizarse en unas pocas
horas, en vez de días, como la clonación basada en células. Además, el diseño de
los cebadores para la PCR se hace automáticamente con un programa de
computador, y la síntesis comercial de oligonucleótidos también es rápida y
económica.
La PCR también es muy sensible, y amplifica secuencias específicas de ADN a
partir de pequeñas muestras de ADN prácticamente indetectables, incluyendo el
484
ADN de una sola célula. Esta característica de la PCR tiene un valor incalculable
en diversas áreas, incluyendo las pruebas genéticas, la medicina forense y la
paleontología molecular. También pueden usarse muestras de ADN que están
parcialmente degradadas, que se encuentran mezcladas con otros materiales, o
que están incluidas en un medio (como el ámbar) que sería difícil o imposible con
las técnicas de clonación convencionales.
Figura 9.23 Aspecto general de la reacción en cadena de la polimerasa.
9.21 DESORDENES GENÉTICOS HUMANOS
Los cambios en la secuencia de los nucleótidos del ADN o la alteración de la
estructura del cromosoma o del número de cromosomas en un individuo conducen
a que se presenten desórdenes o desviaciones respecto a la condición promedio.
Una anormalidad genética es tan solo una variante rara o poco común de algún
rasgo; por ejemplo, cuando una persona nace con seis dedos de los pies en vez
de cinco. El hecho de que un individuo o la sociedad en general consideren que un
carácter o rasgo anormal es desfigurante o simplemente interesante, es algo
subjetivo. La alopecia (calvicie) puede considerarse una anormalidad para algunas
personas mientras que para otras constituye un atractivo físico.
485
Figura 9.24 La polidactilia es una anormalidad genética que se caracteriza porque el ser
humano posee más de cinco dedos en las manos o en los pies.
En comparación, un trastorno genético es una condición hereditaria que tarde o
temprano ocasionará problemas severos en la salud. Un síndrome es un conjunto
reconocido de síntomas que caracterizan a determinado trastorno. Los alelos que
ocasionan varios trastornos genéticos y colocan a las personas en mayor riesgo
son poco frecuentes en las poblaciones. Pero entonces, ¿por qué no desaparecen
en su totalidad? Primero, se espera que las mutaciones poco frecuentes
introduzcan nuevas copias de los alelos en la población. Segundo, en los
heterocigotos un alelo dañino está apareado con un alelo normal que puede cubrir
sus funciones, de modo que aun así puede ser trasmitido a los descendientes.
Un trastorno genético no siempre constituye una enfermedad. La enfermedad
implica una alteración anormal del funcionamiento del organismo, y también se
caracteriza por un conjunto de síntomas. En general, la enfermedad es causada
por factores infecciosos, dieta desbalanceada o condiciones ambientales
desfavorables. En particular, es conveniente usar el término “enfermedad
genética” cuando los factores alteran previamente los genes normales de manera
tal que alteran el funcionamiento del organismo (Starr y Taggart, 2004).
El caso extremo de trastornos genéticos se presentan cuando la manifestación
fenotípica de algunos genes determina la muerte del individuo, bien sea en el
periodo prenatal o posnatal. A este tipo de genes se les denomina genes letales y
pueden ser dominantes o recesivos y se localizan en los autosomas (Mader,
2008).
Mutaciones y enfermedad
Permanentemente el genoma de un individuo está sujeto a fluctuaciones térmicas,
mutágenos químicos y radiaciones de diferentes energías. Existen mecanismos
reparadores que tratan de solucionar cualquier error que se produzca en el ADN,
486
ya sea por error de las ADN polimerasas o por noxas. Se denomina noxa a
cualquier agente biológico que un organismo no reconoce como propio. Ejemplos
de noxas en humanos: virus y ciertos microorganismos externos o internos. Sin
embargo, ya sea por fallas en los mecanismos de reparación, o porque la noxa es
relevante, a menudo permanece la alteración en el ADN.
Como se mencionó antes, una mutación es una alteración en la secuencia del
ADN que supone una lectura distinta del código genético lo cual determina un
trastorno funcional en las células. Si esa diferente lectura del ADN no causa
patología, se presenta un polimorfismo cromosómico o estructuras alternativas
o reordenaciones de un cromosoma presentes en miembros de una población. Al
contrario, si la alteración ocasiona patologías ocurren las enfermedades genéticas.
Una enfermedad genética es un cuadro patológico que se origina a
consecuencia de una información genéticamente incorrecta, generalmente
proveniente de una mutación. Las enfermedades genéticas pueden ser congénitas
o vienen adquiridas. En las enfermedades genéticas congénitas la totalidad de las
células del organismo adquieren la alteración al momento del nacimiento, es decir,
el cigoto nace con la alteración. En las enfermedades genéticas adquiridas la
patología ocurre durante el ciclo vital y solo afecta algunas células y tejidos
aislados (mosaicismo).
Las enfermedades genéticas adquiridas se originan cuando los mecanismos de
reacción del ADN son incapaces de restaurar la información genética correcta.
Esto puede deberse a que son desbordados por una incidencia de lesiones
superior a su capacidad de reconstrucción (síndrome de radiación) o bien cuando
las enzimas de reparación funcionan de modo defectuoso. Si la lesión afecta a las
células sexuales será transmitida a la descendencia (Manual CTO de Medicina y
Cirugía. Genética, 2010).
Se conocen seis mecanismos por los que se pueden originar enfermedades
genéticas en la especie humana.
1. Gen mutante único (enfermedades monogénicas). Dentro de este grupo, las
más relevantes son las de herencia autosómica dominante.
2. Alteraciones multifactoriales o poligénicas (son las más frecuentes de todas).
3. Alteraciones cromosómicas.
4. Defectos del ADN mitocondrial.
5. Sistema de reparación del ADN defectuoso.
6. Expansión de frecuencias.
9.22 TIPOS DE PATOLOGÍAS GENÉTICAS
Desde el punto de vista clínico hay tres tipos de patologías genéticas:
487
· Mosaicismo
· Patologías monogénicas
· Alteraciones cromosómicas.
9.22.1 Mosaicismo. Ocurre cuando la mutación se produce en una célula
somática aislada en los primeros estadios de la embriogénesis. Se originan
entonces dos tipos de células: uno constituido por las hijas de la que mutó el gen y
el otro por la población normal. Las células sexuales también podrán tener
mosaicismo. Ejemplo: una madre fenotípicamente normal puede tener un hijo
afectado si se origina tras la fecundación de un ovocito portador del gen alterado.
Otra situación posible es que la mutación solo afecte las gónadas y las únicas
células mosaico sean sexuales, esto se denomina mosaicismo germinal. En esta
situación especial, al analizar las células sanguíneas del portador, se observa un
cariotipo normal.
9.22.2 Patologías monogénicas. Son aquellas en las que aparece un cuadro
patológico como consecuencia de la alteración funcional en un solo gen. Aunque
en general, son enfermedades raras algunas tienen elevada incidencia como la
fibrosis quística y la anemia drepanocítica, y siguen un patrón de herencia
mendeliana (dominante, recesiva o ligada al sexo).
9.22.3 Herencia autosómica dominante. Es el patrón de herencia donde el gen
defectuoso (alelo anómalo) es dominante y se localiza en un autosoma, por tanto
el gen sano se comporta de modo recesivo. Los dos sexos tienen la misma
probabilidad de padecer y transmitir la enfermedad, al estar localizado el gen
anómalo en un autosoma, y no en un cromosoma sexual. La mayoría de las
enfermedades dominantes suelen mostrar dos características que no aparecen en
síndromes recesivos: edad tardía de aparición y expresión clínica variable. Se
conocen más de 1500 enfermedades que siguen esta herencia. La más frecuente
es la hipercolesterolemia familiar.
Patrón hereditario. Los alelos dominantes (patológicos o no) siguen un patrón
característico:
1. Transmisión vertical. Todo individuo afectado tiene un progenitor afectado.
No hay portadores sanos (aunque si modificaciones de la expresión).
2. Afecta ambos sexos por igual; el individuo normal es genotípicamente
homocigoto recesivo.
3. Un enfermo tendrá un 50% de hijos afectados y un 50% de hijos sanos
4. Los hijos normales de un afectado solo tendrá hijos normales
5. Cierta proporción de afectados se deben a una mutación “de novo” o
espontánea, en la que el gen normal pasa a defectuoso.
488
Un alelo autosómico letal completamente dominante, es decir, uno que ocasiona la
muerte tanto en la condición homocigota como en la heterocigota se origina a
menudo de una mutación de un alelo normal. Si una mutación es dominante y es
suficiente una sola copia para formar el fenotipo mutante, es probable que los
homocigotos estén incluso más gravemente afectados y mueran a edad temprana.
En los humanos se han identificado varios desórdenes autosómicos dominantes
de los cuales los comunes incluyen hipercolesterolemia familiar, la enfermedad de
Huntington y la acondroplasia.
En las enfermedades autosómicas de gen dominante letal, la presencia de ambos
alelos patológicos bloquea el desarrollo de un individuo, produciendo su muerte. Si
un alelo es anómalo y el otro sano, el individuo vive, pero padece la enfermedad.
Los genes letales pueden ser, al igual que todos los genes, dominantes o
recesivos, autosómicos o ligados a los cromosomas sexuales. En las
enfermedades, ligadas al cromosoma X, de las que es responsable un gen letal
dominante, no hay varones afectados vivos, las enfermedades son heterocigotas y
transmitirán la enfermedad al 50% de sus hijas. Un ejemplo esta en
hiperamoniemia por déficit de ornitina transcarbamilasa.
Aptitud biológica. Es la capacidad de un individuo que padece la enfermedad
hereditaria dominante para llegar a la edad adulta y reproducirse. Si, por ejemplo,
una mutación dominante produce esterilidad, todos los casos observados serán,
por fuerza, nuevas mutaciones. Cuanto más baja sea la aptitud biológica, menor
será la proporción de pacientes que heredan la enfermedad y mayor la de
enfermos originados por mutaciones espontáneas (Bernal Villegas, 1997).
TABLA 9.6
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·
·
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·
·
·
·
·
Enfermedades con herencia autosómica dominante
Corea de Huntington.
Distrofia miotónica.
Enfermedad del Alzheimer.
Esclerosis amiotrófica lateral (ALS).
Esferocitosis hereditaria.
Hipercolesterolemia familiar.
Neurofibromatosis tipo 1 y tipo 2.
Osteogénesis imperfecta.
Otosclerosis.
Poliposis colónica familiar.
Poliquistosis renal de adulto.
Síndrome de Marfan.
489
Hipercolesterolemia familiar. Los heterocigotos presentan un defecto en los
receptores para las ligaproteìnas de baja densidad, las llamadas LDL. Como
consecuencia, las células sanguíneas absorben muy poco colesterol y por ello se
elevan los niveles de LDL en el plasma. Los heterocigotos tienen ataques de
corazón a los cuarenta años o antes. Mientras que los heterocigotos tienen niveles
de LDL cerca del doble de un individuo normal, en raras ocasiones se han
detectado homocigotos. Estos carecen de receptores de LDL casi diez veces por
encima de lo normal. Probablemente tendrán ataques de corazón muy pronto,
incluso antes de los cinco años y casi inevitablemente antes de que lleguen a los
20 años.
Corea de Huntington. Se caracteriza por movimientos involuntarios progresivos y
deterioro del sistema nervioso, y la muerte del enfermo es inevitable. La
enfermedad se presenta aproximadamente en una de cada 20.000 nacimientos y
es ocasionada por una copia mutada del gen para la proteína huntingtina. Sus
síntomas quizá no comiencen a manifestarse sino hasta que el individuo tenga
más de 30 años y la mayoría de las personas ya han engendrado descendencia
en esta etapa. Los individuos afectados suelen morir entre los 30 y 50 años, en
ocasiones antes de que se den cuenta de que han transmitido el alelo mutante a
sus hijos. Ver Figura 9.25.
Figura 9.25 Enfermedad de Huntington. a. Las personas con esta enfermedad pierden de
manera paulatina el control psicomotor del cuerpo. Al principio, los problemas son
menores, pero los síntomas se agravan con el tiempo. b. Corte transversal de un cerebro
normal y un cerebro afectado. En la enfermedad de Huntington una parte del cerebro
implicada en el control del movimiento se atrofia. Tomado de Mader, 2008.
490
Acondroplasia. La acondroplasia es una forma común de enanismo asociada con
un defecto en el crecimiento de los huesos largos. La condición homocigota (AA)
es letal, la muerte sobreviene antes que el individuo pueda reproducirse. El
genotipo homocigoto recesivo (aa) produce extremidades normales y el
heterocigoto (Aa) padece la acondroplasia. Los individuos con acondroplasia
tienen brazos y piernas cortos, joroba, cabeza y torso normales. Aproximadamente
1 de cada 25000 personas padecen acondroplasia. Ver Figura 9.26.
a.
b.
Figura 9.26 La acondroplasia es el resultado de una mutación espontánea. a. Niños con
acondroplasia. b. Niña normal (izquierda) y niña con la acondroplasia (derecha). Tomado
de Mader, 2008.
El gen se localiza en el cromosoma 4. Cuando los heterocigotos son jóvenes el
cartílago de su sistema óseo se forma de manera incorrecta. En la madurez, las
personas afectadas tienen brazos y piernas anormalmente cortas en relación con
las otras partes del cuerpo. Los acondroplásicos adultos miden menos de 1.20
metros de alto. A menudo el alelo dominante no produce otros efectos fenotípicos.
Esclerosis amiotrófica lateral (ALS)
La Esclerosis lateral amiotrófica (ALS) es una enfermedad neurodegenerativa
incurable que conduce a la destrucción progresiva de neuronas motoras en el
cerebro y en la médula espinal. Cuando las neuronas motoras mueren, el cerebro
deja de controlar los movimientos, y los músculos se debilitan y se atrofian. Esto
conduce a dificultades en el habla, la respiración, la deglución y, con el tiempo a la
parálisis completa. A pesar de ello, la ALS no afecta a las capacidades
intelectuales, al oído, a la vista ni a los otros sentidos. Generalmente los afectados
de ALS tienen una función intestinal, urinaria y sexual normal.
491
Cada año, en todo el mundo se diagnostican 1- 2 casos de ALS por cada 100.000
personas. La mayoría de las terapias sencillamente alivian la gravedad de los
síntomas. El reconocido astrofísico Stephen Hawking ha sufrido ALS durante la
mayor parte de su vida, y muestra un coraje y una resistencia sorprendemente
para hacer frente a esta enfermedad.
Figura 9.27 Fotografías de Stephen Hawking, eminente astrofísico inglés quien padece
de Esclerosis lateral amiotrófica.
Herencia autosómica recesiva. El gen defectuoso (alelo anómalo) es recesivo y
se localiza en un autosoma. Si el individuo es heterocigoto, no padece la
enfermedad, puesto que el gen sano es dominante sobre el patológico recesivo.
Para que un individuo padezca la enfermedad debe ser homocigoto para el alelo
anómalo (ambas copias alteradas de los genes). Los varones y las mujeres tienen
la misma probabilidad de padecer y transmitir la enfermedad.
Patrón de herencia.
1. Transmisión horizontal, en la que padres normales pueden tener hijos
enfermos.
2. Un progenitor enfermo tiene hijos normales, a no ser que el otro progenitor
también sea portador.
Se pueden dar los siguientes casos:
· Los dos progenitores enfermos: todos los hijos enfermos.
· Un progenitor enfermo y otro portador: 50% de los hijos enfermos y 50%
portadores.
· Ambos progenitores son portadores: el 25 de los hijos serán enfermos, otro
25% sanos y el 50% restante portadores.
· Solo un progenitor portador: 50% de los hijos portadores y 50% sanos.
Características. La consanguinidad favorece la convergencia en una persona de
genes recesivos anómalos de una comunidad dada. La ventaja selectiva del
492
heterocigoto hace que a veces aparezca cierta enfermedad en mayor porcentaje
de lo esperado. Un ejemplo se tiene en los individuos heterocigotos para el gen de
la anemia falciforme, más resistentes al paludismo que los homocigotos sanos
(con dos copias no alteradas del gen de la anemia falciforme). La enfermedad
monogénica autosómica recesiva más frecuente es la anemia drepanocítica
(Cummings, 1995).
Tabla 9.7 Enfermedades con herencia autosómica recesiva.
·
·
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·
Déficit de alfa 1 antitrippsina.
Enfermedad de Tay-Sschs.
Enfermedad de Wilson.
Fibrosis quísticas.
Hemocromatosis.
Poliquistosis renal infantil.
Talasemias.
Galactosemia.
Xeroderma pigmentoso.
En la especie humana se conocen una serie de enfermedades asociadas a
autosomas recesivos. La presencia o ausencia de ciertas sustancias en la dieta,
que los individuos normales pueden consumir sin perjuicios, pueden afectar
gravemente a individuos con constituciones genéticas anormales. A menudo, una
mutación puede Afectar que un individuo metabolice una sustancia que
normalmente se encuentre en la dieta. Por ejemplo, los afectados por el trastorno
genético fenilcetonuria no pueden metabolizar el aminoácido fenilalanina.
Aquellos con galactosemia no pueden metabolizar la galactosa. Sin embargo, si
se reduce drásticamente, o se elimina, la ingestión de la molécula correspondiente
en la dieta, el fenotipo asociado puede mejorarse.
Galactosemia ó intolerancia a la lactosa. Se caracteriza esta enfermedad
porque los individuos no toleran la lactosa (azúcar de la leche). La lactosa es un
disacárido que consta de una molécula de glucosa unida a otra de galactosa y que
se representa el 7 por ciento en la leche humana y el 4 por ciento en la leche de
vaca. Para metabolizar la lactosa, la especie humana necesita la enzima lactasa,
que escinde al disacárido. En los primeros años de vida se producen cantidades
adecuadas de lactasa. Sin embargo, en muchas personas, el nivel de esta enzima
cae pronto drásticamente. Estos individuos, cuando llegan a adulto, no pueden
tolerar la leche.
Los principales efectos fenotípicos son diarreas intestinales graves, flatulencia y
calambres abdominales. Esta situación es particularmente prevalente en
493
esquimales, africanos, asiáticos y nativos americanos, aunque no está limitada
solo a estos. En alguna de estas culturas la leche normalmente se convierte en
queso, mantequilla y yogur, en donde la cantidad de lactosa se reduce
significativamente y casi se pueden eliminar sus efectos adversos. En Colombia se
dispone comercialmente de leche deslactosada y para el consumo humano ayuda
la digestión de otros alimentos que contienen lactosa, la lactosa se puede ingerir
como producto comercial.
En promedio, uno de cada 100.000 recién nacidos es homocigoto para el alelo
recesivo que ocasiona galactosemia. No puede fabricar moléculas funcionales de
una enzima que previene la acumulación de cierto producto del metabolismo de la
lactosa hasta niveles tóxicos. La lactosa normalmente se transforma en glucosa y
galactosa, y después a glucosa-1-fosfato (la cual se metaboliza en la glucólisis o
se convierte en glucógeno). La conversión total está bloqueada en los
galactosémicos:
Figura 9.28 Proceso de la degradación de la lactosa en los galactosémicos.
Los niveles de galactosa en sangre se elevan hasta cantidades que pueden ser
detectadas en la orina. Las cantidades excesivas dañan los ojos, el hígado y el
cerebro y provocan malnutrición, diarrea y vómito. Los galactosèmicos sin
tratamiento suelen morir en la niñez. Sin embargo, cuando siguen una dieta
restringida que excluye los productos lácteos, crecen sin síntomas.
Fibrosis quística. La fibrosis quística es la enfermedad genética letal más común
entre los caucásicos en Estados Unidos. Aproximadamente 1 de cada 20
caucásicos es portador, y alrededor de 1 de cada 2000 recién nacidos padece este
desorden. Uno de los síntomas más evidentes de los pacientes con fibrosis
quística es su sudor extremadamente salado. En los niños con fibrosis, el moco en
los bronquios y en los conductos pancreáticos es particularmente denso y viscoso,
lo cual interfiere con la función de estos órganos.
Para facilitar la respiración, el moco denso en los pulmones tiene que fluidificarse
de manera periódica, pero aun así los pulmones se llegan a infectar. Los
conductos pancreáticos obstruidos impiden que las enzimas digestivas lleguen al
intestino delgado, y para mejorar su digestión, los pacientes toman enzimas
digestivas mezcladas con puré de manzanas antes de cada comida.
494
En los últimos años, nuevos tratamientos han elevado la esperanza de vida
promedio para los pacientes de fibrosis quística a 35 años de edad. El gen de la
fibrosis quística, que está ubicado en el cromosoma 7, ya se ha identificado y
aislado. Se espera que a medida que la terapia génica mejore, los genes correctos
podrán colocarse en pacientes para reemplazar los genes defectuosos.
Fenilcetonuria. La fenilcetonuria (PKU) ocurre en uno de cada 5000 nacimientos,
de manera que no es tan frecuente como el desorden anterior. No obstante, es el
desorden metabólico heredado más común que afecta el desarrollo del sistema
nervioso.
Los individuos afectados carecen de la enzima necesaria para el metabolismo
normal del aminoácido fenilalanina, lo cual ocasiona que un producto de
descomposición anormal, la fenilcetona, se acumule en la orina. El gen PKU está
ubicado en el cromosoma 12, y un examen prenatal del ADN podría determinar la
presencia de esta mutación. A los recién nacidos se les aplica esta prueba de
manera habitual en el hospital en busca de niveles elevados de fenilalanina en la
sangre. Si se detectan niveles elevados los recién nacidos son sometidos a una
dieta baja en fenilalanina, la cual puede continuar hasta que el cerebro esté
completamente desarrollado (alrededor de los 7 años de edad), de lo contrario de
desarrollaría un retardo mental severo. Algunos médicos recomiendan que la dieta
continúe de por vida, pero en cualquier caso, una mujer embarazada con
fenilcetonuria debe estar a dieta para proteger a su bebé de cualquier daño.
Muchos productos de la dieta como las gaseosas tienen advertencias para los
fenilcetonúricos de que el producto contiene el aminoácido fenilalanina.
Anemia falciforme. Es el desorden hereditario más común entre las personas de
raza negra, y afecta aproximadamente a uno de cada 500 afroamericanos. Se
estima que 1 de cada 12 afroamericanos son portadores de esta enfermedad. El
gen de este desorden está ubicado en el cromosoma 11. En los individuos con
anemia falciforme, los glóbulos rojos adoptan la forma de guadañas o medias
lunas en lugar de los discos bicóncavos normales.
La hemoglobina normal difiere de la anormal por un aminoácido en la proteína
globina, por lo que este simple cambio ocasiona que la anormal sea menos
soluble que la normal.
Un alelo recesivo autosómico Hbs ocasiona la producción de la molécula anormal
de hemoglobina mientras que el alelo dominante Hba determina la hemoglobina
normal. Los fenotipos posibles son: normales HbA HbA; portadores de la
enfermedad HbA Hbs y los que padecen la enfermedad anemia falciforme son Hbs
Hbs. La deformación de los glóbulos rojos ocurre cuando el contenido de oxígeno
en la sangre afectada de un individuo es bajo. Las células falciformes disminuyen
495
Figura 9.29 Características de los glóbulos rojos en la anemia falciforme, parte de ellos
tienen forma de media luna en comparación que los normales que son bicóncavos. La
anemia falciforme se debe a un desarreglo en el orden en que se presentan los
aminoácidos en la cadena polipeptídica normal.
el flujo sanguíneo y tapan las venas. Además, los glóbulos rojos falciformes tienen
un tiempo de vida más corto que los glóbulos rojos normales. Una persona que
padece la anemia falciforme (HbsHbs) puede presentar varios síntomas, como
anemia severa, debilidad física, mala circulación, función mental deteriorada, dolor
y fiebre alta, reumatismo, parálisis, daño en el bazo, baja resistencia a las
enfermedades y fallas cardiacas y renales. Los individuos heterocigotos HbAHbS
son portadores de la enfermedad y por lo general no tienen células falciformes a
menos que estén deshidratados o privados ligeramente de oxígeno.
9.23 HERENCIA PATOLÓGICA LIGADA AL SEXO
Se presenta la herencia ligada al sexo cuando el gen que controla el carácter
tratado se sitúa en un cromosoma sexual. En los cromosomas X y Y humanos o
heterocromosomas se distingue un segmento homólogo (se recombina en la
meiosis) y un segmento diferencial o heterólogo (no se recombina). Si el gen se
sitúa en la región diferencial o heteróloga, se dice que el carácter está ligado
totalmente al sexo, pues no hay posibilidad de sobrecruzamiento entre los
496
cromosomas X y Y en la meiosis. Si el gen se sitúa en la región homóloga,
también conocida como pseudoautosómica, el carácter está ligado parcialmente al
sexo: en la meiosis puede pasar de un cromosoma a otro.
Herencia ligada al cromosoma X (HOLOGÉNICA)
1. Dominante.
Patrón de herencia:
v Las mujeres se encuentran afectadas el doble que los varones.
v Un varón afectado transmite su enfermedad a todas las hijas.
v Una mujer afectada transmite su enfermedad a la mitad de los hijos e hijas.
La herencia dominante ligada al cromosoma X es rara, por ejemplo: enfermedad
de Fabry, síndrome de Rett y raquitismo resistente a la vitamina D
(hipofosfatemia).
2. Recesiva.
Se conocen más de 200 enfermedades, entre las más importantes y más
frecuentes están: hemofilia A, daltonismo, síndrome de Bruton y distrofia
muscular de Duchenne.
Patrón de herencia:
v Afecta a los varones casi exclusivamente. Para que una mujer padezca la
enfermedad, debe ser homocigota para el gen anómalo (ej.: daltonismo).
Esta situación es incompatible con la vida para la mayoría de las
enfermedades ligadas al cromosoma X (como la hemofilia), en la que solo
existen varios enfermos.
v Los enfermos pueden tener padres sanos pero abuelos o tíos afectados de
la enfermedad (en algunos textos lo llaman patrón de herencia inclinada o
diagonal).
v La transmisión es por madre portadora asintomática; la mitad de hijas serán
portadoras y la mitad de hijos enfermos. Un padre enfermo tendrá el 100%
de hijas portadoras y todos los hijos sanos.
v El índice de mutaciones espontáneas es muy elevado, producidas durante
la espermatogénesis u ovogénesis.
También es posible la mutación en los primeros estadios de la embriogénesis. Se
originarán entonces dos poblaciones de células, una con el X mutado y otra
normal (mosaicismo) (Scientific American, 1999).
Desórdenes humanos ligados al cromosoma X
En los humanos se presentan varios tipos de deficiencias recesivas ligados al
cromosoma X, como son el daltonismo, la distrofia muscular de Duchenne y la
hemofilia.
Daltonismo. En los seres humanos, los receptores para la distinción de colores en
497
la retina de los ojos son de tres tipos de conos; existen conos sensibles al azul,
sensibles al rojo y sensibles al verde. El alelo para la proteína sensible al azul es
autosómica, pero los alelos para las proteínas sensibles al verde y rojo están en el
cromosoma X. cerca de 8% de los hombres caucásicos padecen ceguera al color
rojo-verde. La mayoría de ellos ven los verdes brillantes como cafés, los verdes
olivo como marrones y los rojos como pardos rojizos. Algunos inclusive no pueden
distinguir los rojos de los verdes. Ven sólo colores tales como: amarillos, azules,
negros, blancos y grises. En proporción, más hombres que mujeres son daltónicos
debido a que en los hombres se expresan los alelos recesivos en el cromosoma X.
La deficiencia se suele transmitir del abuelo al nieto mediante una hija portadora.
Distrofia muscular. La distrofia muscular, se caracteriza por un desgaste de los
músculos. La forma más común, distrofia muscular de Duchenne, está ligada al
cromosoma X y ocurre en aproximadamente 1 de cada 3600 nacimientos de
hombres. Los síntomas, como la marcha de pato, caídas frecuentes, y dificultad
para levantarse, pueden aparecer tan pronto como el niño comienza a caminar. La
debilidad muscular se intensifica hasta el grado en que el individuo debe
permanecer en una silla de ruedas. La muerte suele ocurrir a muy temprana edad,
aproximadamente a los 20 años; debido a esto, los varones afectados en muy
raras ocasiones llegan a ser padres. Sin embargo el alelo recesivo permanece en
la población mediante la transmisión de la madre portadora a la hija portadora.
El alelo para la distrofia muscular de Duchenne ha sido aislado y estudiado, por lo
que se ha podido determinar que la causa del desorden es la ausencia de una
proteína llamada distrofina.
Actualmente, se cuenta con una prueba que detecta a los portadores de la
distrofia muscular de Duchenne. Asimismo, se ha puesto en práctica varios
tratamientos. Uno de ellos consiste en inyectar en los músculos células
musculares inmaduras, y por cada 100.000 células inyectadas, la producción de
distrofina se presenta en el 30 o 40% de las fibras musculares. El alelo para la
distrofina se ha implantado en las células musculares de los muslos, obteniéndose
que, aproximadamente 1% de estas células producen distrofina.
Hemofilia. Aproximadamente 1 de cada 10.000 hombres es hemofílico. Existen
dos tipos comunes de hemofilia: la hemofilia A que se debe a la ausencia o a la
presencia mínima de un factor coagulante conocido como factor VIII, y la hemofilia
B la cual se debe a la ausencia de un factor coagulante IX. La hemofilia se
caracteriza porque la sangre de la persona afectada no se coagula o lo hace con
mucha lentitud. A pesar de que los hemofílicos sangran externamente después de
una lesión, también lo hacen por dentro, en particular alrededor de las
articulaciones. Las hemorragias pueden detenerse mediante transfusiones de
sangre fresca (o plasma) o concentrados de la proteína coagulante.
Afortunadamente, en la actualidad se cuenta con factores coagulantes en forma
de productos biotecnológicos.
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Síndrome del cromosoma X frágil. El síndrome del cromosoma X frágil es una
deficiencia genética ligada al cromosoma X con un patrón hereditario poco
frecuente. El síndrome del cromosoma X frágil se debe a las repeticiones de un
triplete de bases en un gen dentro del cromosoma X. ahora se sabe que otras
deficiencias, como la enfermedad de Huntington, también se deben a las
repeticiones de tripletes de bases.
Figura 9.30 a. Un varón joven con el síndrome del cromosoma X frágil que aparenta ser
normal, pero con la edad desarrolla un rostro alargado con una mandíbula prominente y
orejas muy protuberantes. b. La flecha señala el sitio frágil de éste cromosoma X. Tomado
de Mader, 2008. c. Cromosoma frágil.
HERENCIA PATOLÓGICA LIGADA AL CROMOSOMA Y (HOLANDRICA).
Está mediada por genes que se sitúan en la región diferencial del cromosoma Y.
Los enfermos transmiten la enfermedad a todos los hijos varones. Este tipo de
herencia es rara, por lo que, al tratar de herencia ligada al sexo, generalmente se
refiere a la herencia ligada al cromosoma X.
Efecto LYON. Consiste en la inactivación en las mujeres de uno de los
cromosomas X, el cual forma la cromatina sexual o corpúsculo de Barr, que
aparece como cuerpo compacto en el núcleo celular de las hembras. La
inactivación ocurre en los primeros estadios de la embriogénesis, sobre el día 16
de gestación en la especie humana. Solo se inactiva el segmento diferencial., el
segmento homólogo persiste activo en el núcleo como eucromatina. Si se inactiva
este segmento, aparecerá un cuadro clínico de monosomía del cromosoma X.
El proceso es irreversible y la inactivación es al azar, es decir, que en una célula
se inactivan el cromosoma X de origen paterno y en otras el materno. Una vez
establecida, dicha inactivación se mantiene durante toda la vida, dando origen a
que la hembra sea funcionalmente un mosaico para los genes correspondientes al
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cromosoma X.
El corpúsculo de Barr es un ejemplo de heterocromatina facultativa, pues un
determinado cromosoma puede aparecer activo o inactivo genéticamente
(heterocromatina) según las células. El número de cromosomas X inactivos es
igual al número total de cromosomas X que posea la célula menos uno. Se
considera que este es un mecanismo de compensación de la dosis génica,
igualando las dosis efectivas de los genes ligados al cromosoma “X” en el hombre
y la mujer (Gardner, 1992).
9.24 HERENCIA PATOLÓGICA AUTOSÓMICA INFLUIDA POR EL SEXO
Muchas enfermedades, cuyos lochis se sitúan en autosomas, se expresan en
ambos sexos, pero con frecuencias distintas: la hemocromatosis se trata de una
enfermedad autosómica recesiva AR que tiene una incidencia 10 veces inferior en
mujeres. Se piensa que este hecho es debido a factores ajenos a la enfermedad,
como la pérdida de hierro menstrual o la ingesta de hierro más reducida en
mujeres. Otro ejemplo es la calvicie; los heterocigotos para un par de alelos
autosómicos son calvos si son varones, y tienen pelo normal si son mujeres. Por lo
tanto, el gen responsable del fenotipo de la calvicie se manifiesta como dominante
en los hombres y recesivo en las mujeres.
9.25 HETEROGENEIDAD GENÉTICA
El término heterogeneidad genética hace referencia a aquellas enfermedades en
las que el fenotipo de la enfermedad se puede deber a mecanismos genéticos
diferentes tales como mutaciones, delecciones, interacciones génicas,
heterogeneidad de locus, alélicas, etc., y combinaciones de los anteriores.
Se presentan varios tipos de heterogeneidad, a saber:
Heterogeneidad clínica. Mutaciones distintas en el mismo gen pueden dar
cuadros clínicos diferentes o de diferente gravedad. Ej. Distrofias de Duchenne y
Becker.
Heterogeneidad de locus. Alteraciones en loci de diferentes genes pueden dar
un cuadro clínico idéntico. Ej. El ya citado de la rinitis pigmentarias.
Heterogeneidad molecular o alélica. Alteraciones en el locus de un mismo gen
pueden producir varios fenotipos distintos de enfermedad Ej. Betatalasemias.
Igualmente se puede presentar fenotipos anómalos por mutaciones en diferentes
regiones del gen, ejemplo Fibrosis quística. Distintas mutaciones en el gen de las
cadenas de globina beta dan lugar a diferentes formas de betatalasemia o anemia
de las células falciformes.
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