9 MICROBIO.DOC

Introducción:
" Los aspectos prácticos y científicos de la Microbiología han estado profunda y ampliamente
entrelazados desde sus orígenes. Quizá por esta razón más que por ninguna otra la
microbiología, como campo de estudio, no se había desarrollado sino hasta el siglo actual. Las
aplicaciones prácticas de la microbiología se centraron en la resolución de problemas,
principalmente en dos áreas: las fermentaciones y las enfermedades. La microbiología, como
ciencia pura, en esta época no existía. Sin embargo, la controversia sobre la generación
espontanea, polémica que interesó y motivó a hombres con ideas filosóficas, hombres que
estudiaban ciencia por el interés de la ciencia, condujo a las primeras aproximaciones científicas a
la microbiología.
Resulta obvio decir que la microbiología, más que ninguna otra ciencia, ha dependido del
desarrollo de algunos instrumentos, el microscopio fundamentalmente, y de alguna técnica, como
la esterilización, preparación de medios de cultivo, así como de los métodos de obtención de
cultivos puros y de conservación de las cepas aisladas. Estos avances fueron pasos definitivos
para situar la microbiología sobre bases firmes - establecidas gracias al trabajo monumental de
dos colosos de la ciencia, Louis Pasteur y Robert Koch- que han permitido el desarrollo
espectacular de la moderna microbiología. En la actualidad, la microbiología se considera casi
una verdadera ciencia biológica con entidad propia, al margen de sus aplicaciones.
Las técnicas especializadas permitieron a la microbiología salir del campo un tanto fantástico
de las enfermedades y de las fermentaciones para producir su impacto (¡ y de qué forma!) con el
estudio de los principios biológicos fundamentales, en el campo de la biología molecular. La
amplia gama de actividades bioquímicas encontradas entre los microorganismos, la gran
simplicidad de la organización estructural y anatómica de algunos de ellos, por ejemplo los virus, y
el papel clave del DNA y del RNA en los procesos de replicación, ha hecho de los
microorganismos instrumentos experimentales de investigación sumamente atractivos. (...)
Mediante el estudio de los microorganismos en la actualidad se tratan de esclarecer los
fundamentos de los procesos vitales. Los microorganismos se han transformado en excelentes y,
tal vez, única herramienta de trabajo dado que se pueden manejar y cultivar con gran facilidad y
en condiciones muy sencillas y económicas. En multitud de ocasiones se ha utilizado en estos
experimentos Escherichia coli, bacteria que ha puesto a punto técnicas bioquímicas, genéticas, de
biología molecular, con un nivel de sofisticación que no encuentra parangón en ningún otro
organismos. Sin embargo, al encontrarse diferencias importantes entre procariotas y eucariotas,
algunos microorganismos eucarióticos están recibiendo cada vez más atención por parte de los
biólogos. Los resultados se aproximan con mucho a lo que ocurre en los seres superiores y el
hombre.(...)
El estudio de la ecología microbiana ha recibido un nuevo impulso como consecuencia del
aumento de la contaminación del planeta. (...)
Baste sólo recordar los recientes progresos de la ingeniería genética, desarrollada
fundamentalmente con E. coli. La tecnología del ADN recombinante, iniciada a principios de los
años setenta, ha proporcionado a los científicos un instrumento singularmente poderoso para
estudiar no sólo los mecanismos básicos de la genética, sino que ha sentado las bases para una
revolución biológica sin precedentes y de grandes consecuencias para la medicina y la
humanidad. En los dos últimos años la ingeniería genética a nivel microbiano ha dado grandes
pasos hacia la plena realización de su potencial. La idea de producir grandes cantidades de
proteínas virales, animales y humanas utilizando bacterias, ha progresado desde una teoría
meritoria hasta una probada realidad. Muchos de los nuevos productos ( polipéptidos específicos,
interferón, hormonas, antibióticos, etc. serán consecuencia del desarrollo de las factorías
microbianas para su síntesis"
Julio R. Villanueva. Salamanca (1981)
Extracto del prólogo a la edición en castellano de la cuarta edición del texto: Microbiología ;
Pelczar, Reid, Chan. ed Mc Graw Hill.
El texto destaca el desarrollo histórico de la microbiología como ciencia aplicada,
principalmente en las fermentaciones y en las enfermedades, para pasar poco a
poco a convertirse en ciencia pura, con posteriores aplicaciones en el desarrollo de
la bioquímica, genética y biología molecular, últimamente también en la ecología.
Recordad que la mayor parte de la que hemos estudiado durante el curso se
conoce por experimentos desarrollados sobre E. coli.
Es de destacar la última parte del texto, donde el autor hace referencia a los
últimos dos años, ya hace 18, en el que apunta la importancia de la microbiología
en el desarrollo de la ingeniería genética , en esos años se empezaba a fabricar
insulina y hormona tiroidea humana dentro de bacterias y ha desembocado en la
fabricación de clones en los últimos años.
Historia de la microbiología
Es indiscutible que la microbiología comienza asociada al desarrollo técnico de
los microscopios, aunque galileo había construido un primer microscopio en 1610 y
Robert Hooke otro en 1665, con el que observó las famosas paredes celulares de
corcho y les dio el nombre de células, fue Leeuwenhoek el primero en describir
microorganismos vivos en agua de charca, en 1674. A partir de sus descripciones
comenzó la curiosidad por los microorganismos y la controversia entre generación
espontanea y biogénesis, primero en organismos visibles y después en
microorganismos.
Heredado de la ciencia antigua, se pensaba que los organismos se podían
originar espontáneamente del suelo, agua, carne o trapos amontonados. Fue
Francesco Redi el primero en demostrar que los gusanos de la carne eran larvas
de moscas, introdujo la carne expuesta al calor en una vasija y la tapó con una
gasa, observando que las moscas eran atraídas por el olor y habían puesto sus
huevos en la gasa pero no habían aparecido gusanos en la carne. Había
demostrado que los seres vivos proceden de otros seres vivos, pero esta
demostración no era extensible a los microorganismos. Después de varios
experimentos que fueron puestos en tela de juicio, fue Pasteur el que demostró
definitivamente que los microorganismos no se generan espontáneamente, sino
que proceden de otros organismos; diseño un recipiente de vidrio que llenó de
caldo y después acodó el cuello en forma de sifón, hizo hervir el caldo y lo dejo
enfriar, durante meses el caldo no se contaminó de microorganismos ya que los
microorganismos presentes en el aire quedaban atrapados en el cuello en forma de
sifón. Esta demostración supuso un hito en la profilaxis de enfermedades que iban
siendo asociadas a microorganismos.
Mientras que Koch, médico, se dedicaba principalmente al esclarecimiento de las
causas microbianas de diferentes enfermedades, carbunco y tuberculosis. Pasteur,
químico, desarrollaba la microbiología industrial, principalmente las fermentaciones
controladas de vino y cerveza. Para ello y junto a otros investigadores, se
desarrollaron las siguientes técnicas experimentales:
Obtención de cultivos puros. Diluyendo suficientemente en un caldo estéril, un
solución contaminada con diferentes organismos, se podía extraer una muestra
que sólo contuviera un microorganismo, a partir de él se obtenía una población de
individuos de la misma especie.
Preservación de los cultivos en tubo de ensayo con algodón, que permitía pasar
el aire pero impedía la contaminación.
Cultivos en geles, se pasó de cultivar microorganismos en líquido, dentro de
tubos de ensayo, a poderlos cultivar en agar dentro de placas de Petri, con ello se
podían seleccionar colonias producidas por un solo organismo, que permanecían
juntas en el medio de cultivo.
Pasteurización. Pasteur, seleccionó las mejores cepas productoras de cerveza,
pero para poder utilizarlas tenía que eliminar las levaduras naturales de la malta,
sin alterar las propiedades organolépticas de la cerveza, calentando a 62ºC
durante media hora, la malta no perdía su sabor ni olor pero desaparecían los
microorganismos y sobre ese mosto se podía aplicar la levadura seleccionada.
Esterilización y método UHT son métodos desarrollados por la industria
posteriormente, para preservar los alimentos.
inmunización. Vacunas y sueros.
Los éxitos en el estudio de los microorganismos a finales del siglo XIX
concluyeron con la elaboración de vacunas. Koch había diseñado un protocolo
para confirmar que un microorganismo concreto era el causante de una
enfermedad concreta, para poderlo asegurar se tenía que aislar el microorganismo
de un ser enfermo, se tenía que hacer un cultivo puro y después de inocularlo en
un individuo sano, éste tenía que desarrollar la enfermedad, por último se tenia que
recoger el mismo organismo en el individuo inoculado. Siguiendo este protocolo,
Pasteur dispuso una demostración pública para demostrar que había aislado la
bacteria causante del cólera de las gallinas, ante su consternación, después de
inocular gallinas con bacterias, estas no enfermaban, repasando los pasos de su
experimento noto que había utilizado para la inoculación bacterias de un cultivo
viejo. Al cabo de algunas semanas repitió el experimento con dos grupos de pollos,
unos que habían sido inoculados la vez anterior y otros que no, ambos grupos
fueron en esta ocasión inoculados con un cultivo reciente, supuestamente virulento,
los pollos del primer grupo no enfermaron, los del segundo sí, concluyó que los
primeros habían desarrollado inmunidad frente a las bacterias. Esta demostración
explicaba, por fin, la inmunización contra la viruela que Jenner había llevado a
cabo años antes, al inocular suero de vaca con viruela para inmunizar a los
humanos.
En honor de Jenner el método se llamó vacunación.
Dada la fama de Pasteur, este fue requerido para salvar la vida de un joven
mordido por un lobo rabioso, Pasteur no era médico y hasta entonces sólo había
manejado enfermedades animales y procesos industriales, pero no enfermedades
humanas, aplicó sobre el joven la misma técnica que sobre los perros. inoculó
conejos con saliva de perro rabioso, los conejos enfermaron, extrajo el cerebro y la
médula, los secó, los pulverizo y disolvió el polvo en glicerina, inoculándolo al
joven, éste no desarrolló la enfermedad. De esta manera no produjo exactamente
una vacuna, los microorganismos infecciosos ya estaban en el paciente, al
inyectarle el extracto de conejo, estaba inyectándole anticuerpos que hubiera
desarrollado el conejo frente a la rabia, no virus atenuados de la rabia para producir
sus propios anticuerpos, Estos extractos con anticuerpos, actualmente se llaman
sueros y es importante diferenciarlos de las vacunas.
Sueros y vacunas previenen la enfermedad, las vacunas estimulando la
producción de anticuerpos antes de la infección y los sueros sumándose a los
anticuerpos propios para atacar a los gérmenes una vez que se ha producido el
contacto con el germen patógeno.
Los éxitos de la microbiología se debieron a la técnica de los cultivos puros,
posteriormente han sido utilizados cultivos mixtos para potenciar sus interacciones,
por ejemplo en la fermentación mixta para producir diferentes quesos.
A partir de los descubrimientos de Pasteur y Koch se han desarrollado
aplicaciones a la agricultura y ganadería y también se ha desarrollado la
microbiología del agua, del suelo y del aire, concernientes a la ecología y la de los
derivados lácteos y el resto de la industria alimentaria.
El lugar de los microorganismos en el mundo de los seres vivos.
La ciencia clásica clasificaba a los organismos en animales y vegetales; con los
avances de los primeros microscopios, Ernest Haeckel en 1886 propuso la reunión
en un reino a parte de todos los organismos unicelulares y lo llamó Monera.
Posteriormente Whittaker en 1969 estableció la existencia de cinco reinos
atendiendo a características evolutivas:
Monera: seres vivos procariotas y unicelulares
Protista: Seres vivos eucariotas unicelulares; sin importar su metabolismo.
Hongos: Seres eucariotas, pluricelulares, heterótrofos, con pared celular de
quitina.
Vegetal: Eucariotas, pluricelulares, autótrofos, con pared de celulosa
Animal: Eucariotas, pluricelulares, heterótrofos, sin pared celular.
Los virus no están contemplados en esta clasificación por ser organismos
acelulares, pero también son objeto de estudio de la microbiología.
Esta clasificación está ampliamente aceptada aunque en el manual de
clasificación bacteriana Bergey, de amplia aceptación, llaman Reino procariota al
reino monera de Whittaker.
La inercia de la ciencia hace que, por ejemplo, aún se estudien los hongos en
las especialidades de botánica de las Universidades.
Desde el punto de vista sistemático, el término microorganismo o microbio no
tiene ningún valor, es microorganismo todo ser vivo que no puede ser visto a simple
vista, esto hace que la microbiología se ocupe de un amplio grupo de organismos,
principalmente virus, procariotas y protistas, pero también hongos, animales y
vegetales microscópicos. Además la frontera entre los reinos no está del todo clara,
se considera a las levaduras, que tanta importancia tienen en las fermentaciones,
como hongos unicelulares.
Otra dificultad a este respecto es la variabilidad continua de formas de vida de
los reinos procariota y protista, en los que se presentan juntos fotoautótrofos,
quimioautótrofos, saprófitos, depredadores, simbiontes, etc., que por analogías se
han estudiado siempre como algas o animales unicelulares.
Tipos de microorganismos.
A parte de los virus que ya fueron estudiados en relación con el tema de
genética molecular, en este tema describiremos los principales tipos de procariotas,
protistas y hongos.
Procariotas: A este reino pertenecen las cianobacterias y las bacterias .
Cianobacterias: son conocidas también por el nombre de cianofíceas o algas
verdiazules, presentan invaginaciones de la membrana para realizar la fotosíntesis
y una cubierta celular mucilaginosa, formada por hemicelulosa y pectina y a veces
celulosa, en su interior hay una cubierta de peptidoglucanos semejante a las del
resto de las bacterias. Se encuentran repartidas por toda la Tierra, principalmente
en el agua dulce y en el suelo, muchas forman líquenes. Algunas fijan nitrógeno
atmosférico (Oscillatoria, Nostoc).
Bacterias: Sus características morfológicas fueron estudiadas al introducir el curso
con la descripción de las células procariotas, tienen una membrana con
invaginaciones llamadas mesosomas, en el interior no tienen orgánulos y tienen
una región donde se encuentra el material genético, llamada nucleoplasma, sin que
este sea un verdadero núcleo. La mayoría de las bacterias tienen una pared celular
formada por peptidoglucanos, esta molécula forma una red que envuelve a la
bacteria y la protege de los choques osmóticos. Los mucopolisacáridos se forman
al unirse N-acetilmurámico y N-acetilglucosamina formando polisacáridos
dispuestos en fibrillas paralelas que se unen unas a otras con una cadena de 4 o 5
aminoácidos. Por encima de esta cápsula algunas tienen una capa de
lipoproteínas, según el tipo de pared y su comportamiento frente a la tinción de
Gram se las clasifica como Gram + (Pared gruesa de peptidoglicanos) y Gram (Pared con menos peptidoglicanos y cubierta de lipoproteínas).
Los antibióticos del tipo de las penicilinas actúan impidiendo a las bacterias
producir la cápsula de peptidoglicanos, de manera que cuando estas se reproducen
mueren por choque osmótico al no poder ampliar su cápsula.
Otras estructuras especializadas que pueden presentar las bacterias son los
flagelos (no son homólogos de los de las células eucariotas) con función
locomotora y las fimbrias, filamento citoplásmico para intercambio de material
genético o para adherirse a determinadas superficies.
Hay 19 tipos de bacterias (según el manual Bergey del 74, la clasificación aún no
esta clara) se clasifican por su forma y modo de vida.
Por su forma pueden ser bacilos (Bastones aislados como cápsulas), cocos
(esféricas), espirilos (en forma de espirales) , vibrios ( con forma de coma),
diplococos y diplobacilos (asociación de dos cocos o bacilos), estreptococos
(cadena lineal de cocos), Tétradas (cuatro cocos), estafilococos (cadena
ramificada en forma de racimo), sarcinas (ocho cocos formado un cubo), también
hay especies menos comunes de bacilos y espirilos encadenados.
En cuanto a los modos de vida más representativos son:
Bacterias fotosintéticas anaerobias, no producen oxígeno puesto que no utilizan
el agua como fuente de electrones, utilizan sustancias orgánicas o sulfuro de
hidrógeno, produciendo azufre.
Bacterias aerobias heterotróficas, generalmente son descomponedores
saprófitos, algunas tienen la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico (azotobacter y
Rhizobium) esta última es simbionte con las leguminosas)
Bacterias anaerobias facultativas, respiran en presencia de oxígeno y fermentan
en su ausencia, son de este tipo: Escherichia coli, que es simbionte de los
mamíferos, salmonella, patógena, vibrio cholerae, causante del cólera.
Bacterias anaerobias obligadas. Lactobacillus, fermenta la leche para producir
yogur.
Bacterias quimiosintéticas. Obtienen su energía oxidando compuestos
inorgánicos, hay tres tipos: bacterias nitrificantes como Nitrobacter que oxida
nitritos a nitratos, Nitrosomonas que oxida amoniaco a nitrito y que juegan un papel
importante en el ciclo del nitrógeno. Bacterias del azufre que oxidan o reducen
compuestos de azufre produciendo generalmente sulfato. Bacterias férricas
(Siderocapsaceas) acumulan óxidos de hierro y manganeso como producto de su
metabolismo.
Bacterias productoras de metano, oxidan hidrógeno y otros compuestos y
producen metano, se encuentran en los tubos digestivos de los animales y son
anaerobias estrictas muy sensibles al oxígeno. están relacionadas con la
producción de petróleo.
Rikettsias y micoplasmas, son bacterias muy pequeñas que se confundían con
virus ya que son parásitos intracelulares obligados, los micoplasmas se han
adaptado con la perdida de su cápsula ya que en el interior de la célula donde
viven hay un medio osmótico estable. Las Rikettsias se caracterizan por ser
patógenas en el hombre y en los mamíferos pero no en los artrópodos a los que
parasitan, y que son los parásitos vectores a través de los cuales entran a las
personas (picaduras de insectos, ácaros, etc. ) las enfermedades que producen
son distintas variedades de tifus.
protistas: Es un reino que engloba a lo que antes se conocía como algas
unicelulares y protozoos, la mayoría de las familias son estudiadas por separado , e
incluidas en sus clasificaciones, por zoólogos y botánicos; esta indeterminación se
debe a que dentro de la misma familia se pueden encontrar autótrofos y
heterótrofos, incluso dentro de la misma especie se pueden desarrollar estirpes
heterótrofas en presencia de materia orgánica y autótrofos en su ausencia
(Euglena); por otra parte pueden existir especies autótrofas, típico de los vegetales,
con movimiento por flagelos, típico de los animales.
Otro problema para la clasificación de los diferentes individuos en este reino es la
gradación de la pluricelularidad, se define al reino como unicelulares pero se
incluyen en él colonias que se originan al no separarse las células tras la
reproducción, pues suelen estar envueltas en cápsulas mucilaginosas. Aunque se
encuentren agrupadas, fisiológicamente son independientes ya que no hay
especialización de funciones, por lo tanto no hay verdaderos tejidos, la frontera es
imprecisa ya que por afinidades bioquímicas se incluyen dentro de la misma clase,
por ejemplo, la familia clamidomonaceas que son todas unicelulares junto a las
volvocáceas que forman colonias y junto a algas pluricelulares con reparto de
funciones vegetativas y reproductoras como Acetabularia.
Después de este embrollo intentaremos bosquejar una clasificación a partir de la
clasificación tradicional de protozoos. principalmente se utilizan los criterios del tipo
de movimiento y la capacidad de formar esporas en condiciones de resistencia.
Sarcomastigóforos. con flagelos, pseudópodos o ambos tipos de locomoción, no
forman esporas. Es el grupo más amplio y más primitivo, en él se incluyen:
Flagelados (mastigóforos) dentro de los cuales se encuentran los
Fitomastigóforos: dinoflagelados, los euglénidos (Indicadores de aguas
contaminadas) y los volvocócidos, a los que nos hemos referido en el
párrafo anterior como algas. y los zoomastigóforos que son heterótrofos y
generalmente parásitos como tripanosomas (enfermedad del sueño) o
simbiontes de las termitas y cucarachas pues digieren la celulosa en el
interior de sus tubos digestivos.
Ameboides (Sarcodinos) con movimiento por pseudópodos los más
conocidos son las amebas, que pueden ser simbiontes o parásitas
(Entameba histiolítica ; disentería) y los foraminíferos, los radiolarios y
heliozoos que tienen caparazones calizos y forman grandes acúmulos de
sedimentos en el océano formando la roca conocida como creta.
Esporozoos. Todos parásitos. producen esporas en su ciclo vital. el más
representativo es Plasmodium que produce el paludismo y la malaria.
Ciliados. Tienen cilios y dos núcleos, uno vegetativo y otro reproductivo. Los más
representativos son el Paramecio, Vorticela, Stentor y Acinetos, estos tres
últimos son sésiles y utilizan los flagelos para remover el agua.
Cnidiospóridos. Con dardos en las esporas que se clavan en el huésped. son
todos parásitos de invertebrados. Nosema bombycis es mortal en los gusanos de
seda.
Baciliarofíceas o Diatomeas. Es un grupo clasificado como algas unicelulares su
principal característica es que forman un caparazón silíceo, normalmente las
discoidales son marinas y las alargadas de agua dulce. son indicadores biológicos
de pureza del agua (Navícula). Los sedimentos que forman sus esqueletos forman
una roca llamada Trípoli y tienen mucha importancia económica pues son usados
como filtros y abrasivos de precisión gracias a su dureza y resistencia a la
descomposición química.
Hongos: Los hongos fueron clasificados por Wittaker como un reino
independiente. Son heterótrofos con pared celular de quitina, por tanto sésiles y
obligados a ser saprófitos, parásitos o simbiontes (en un documental describían a
un hongo depredador que formaba con sus hifas un nudo que estrechaba cuando
pasaba por él un gusano nemátodo). Son pluricelulares, a excepción de las
levaduras, las células forman filamentos llamados hifas, al conjunto de hifas que
forman una red esponjosa se le llama micelio, en condiciones favorables el micelio
se compacta para formar un cuerpo fructífero que es el hongo. Se reproducen
asexualmente por esporas que se van liberando a medida que son producidas
(Conidiosporas) o que están encerradas en un esporangio y se liberan todas juntas
(esporangiosporas). También tienen reproducción sexual con ciclo haplonte; los
micelios vegetativos son haploides, dos células se funden y forman un cigoto
diploide que inmediatamente sufre meiosis formando meiosporas, hay dos tipos:
ascosporas; 8 esporas encerradas en un saco (Asca), este tipo de esporas ha sido
muy útil en estudios genéticos de recombinación ya que las esporas permanecen
ordenadas. El otro tipo son las basidiosporas, cuatro esporas que sobresalen como
yemas del basidio donde se producen, no permanecen ordenadas. El tipo de
esporas es el criterio principal para la clasificación de los hongos.
En el campo de la microbiología los hongos más importantes son los mohos y
las levaduras (Aunque son unicelulares se siguen clasificando como hongos por
afinidades fisiológicas, los mohos son aerobios y las levaduras anaerobias, pero
algunos mohos se desarrollan en forma unicelular en condiciones anaeróbicas).
Fisiológicamente, los mohos son los organismos más resistentes a condiciones
ambientales severas, pueden vivir en disoluciones muy hipertónicas como los
jarabes y mermeladas, también toleran cambios de pH. Resisten la sequía
ambiental formando esporas y pueden hidratarse a partir del vapor de agua
atmosférico. Algunas especies pueden desarrollarse a temperaturas muy bajas por
lo que pueden contaminar los alimentos refrigerados. Por todas estas condiciones
son muy difíciles de eliminar en caso de infección. No responden a los antibióticos,
son ellos los que los producen para eliminar posibles competidores.
Mohos de interés microbiológico:
Mucor. descomponen los alimentos pero también se utilizan para producir
quesos.
Rhizopus. Hongos comunes del pan.
Aspergillus. Se encuentran en vegetales y frutas. Pueden vivir en medios
relativamente secos.
Penicillium. Destruyen frutas, vegetales, conservas, grano y pastos. Se
utilizan para fabricar Roquefort, Queso azul y Camembert. Otros se emplean
en la producción de penicilina.
Neurospora. Muy utilizado en investigación genética por presentar
ascosporas fáciles de manejar. Se presentan en todos los alimentos hechos
con harina. Se denominan mohos rosados del pan porque sus conidos son
rosas o rojos.
Trichoderma. Descompone la celulosa y produce un antibiótico eficaz contra
otras especies de hongos.
claviceps. Cornezuelo del centeno
etc.
Levaduras Su característica principal es ser unicelulares. Como el resto de los
hongos resisten muy bien condiciones osmóticas, temperatura y pH extremas, por
eso las encontramos en mermeladas y zumos de frutas. La especie más
importante es Sacharomices cerevisiae que fermenta los jugos de fruta y la malta
para producir las bebidas alcohólicas y la masa de harina para el pan, en el primer
caso el producto de la fermentación que interesa en el proceso es el alcohol, en el
segundo el CO2 que levanta la masa y la hace ligera. Hay diferentes cepas como
hemos comentado en la historia de Pasteur, las levaduras de fermentación alta
producen cerveza de mucha graduación alcohólica, tipo Ale, son de fermentación
alta porque producen tanto CO2 que se encuentran flotando por la superficie del
tanque de fermentación. Las levaduras de fermentación baja producen la cerveza
tipo Pilsen, no producen tanto gas y no flotan.
Control de los microorganismos. Una faceta de la microbiología aplicada es la
utilización de los microorganismos, de forma controlada, con fines industriales; la
otra faceta es la defensa contra los microorganismos patógenos, en ambas se
procura eliminar los microorganismos no deseados aunque después se inoculen
cepas seleccionadas.
Tradicionalmente se han utilizado métodos de conservación de alimentos
desarrollados a lo largo de la cultura, que tienen diferentes fundamentos
fisicoquímicos de control de los microorganismos, las culturas que los desarrollaron
no conocían las causas de la preservación pero el método práctico era eficaz.
Control de los microorganismos por temperatura extrema:
El hervido de los alimentos, el calentamiento, la Pasteurización y la esterilización
en autoclave son métodos que suponen la desnaturalización de las enzimas por
aumento de temperatura, la Pasteurización y la esterilización industrial persiguen
eliminar los microorganismos patógenos sin alterar las propiedades organolépticas
de los alimentos, la Pasteurización es un método mas suave pero menos eficaz, no
asegura la eliminación completa de los microorganismos pero si los más
peligrosos,
Los microorganismos que forman esporas son muy resistentes al calor, para
eliminarlos completamente se utilizan diferentes métodos de esterilización, el más
utilizado es el vapor de agua en autoclave (una olla a presión más perfeccionada)
el agua a presión puede alcanzar más de 120ºC, se supone que sometiendo un
litro de líquido a esta temperatura durante una hora queda esterilizado, para los
materiales que no se desea que entren en contacto con el agua se utiliza el calor
seco en hornos, a 160ºC durante 2 horas se esterilizan los materiales de vidrio del
laboratorio.
La utilización del frío para controlar el desarrollo de los microorganismos nunca
consigue la esterilización, congelar los alimentos impide que los microorganismos
proliferen pero no elimina las esporas, que pueden desarrollarse cuando aumenta
la temperatura, por eso es importante mantener la cadena del frío a -18ºC en los
alimentos congelados.
Control de los microorganismos por fenómenos osmóticos y desecación
Los métodos tradicionales de fabricación de mermeladas con alta concentración de
azúcares, las conservas en salmuera (bacalao) , el secado de embutidos, y el
ahumado tienen todos el mismo fundamento fisicoquímico, impedir el metabolismo
de los microorganismos disminuyendo la concentración de agua de su citoplasma,
enfrentándolos a disoluciones hipertónicas o secándolos, estas técnicas se suelen
complementar, los jamones son curados en sal y luego puestos a secar si el clima
no es suficientemente seco, al chorizo se le pone sal y pimentón antes de secarlo,
etc. Estos métodos tampoco aseguran la esterilización completa, por eso las latas
de anchoas son semiconserva y hay que mantenerlas a baja temperatura, las latas
de otras conservas han sido esterilizadas por calor antes de ponerlas a la venta.
Por lo que respecta a las latas de conserva es importante desconfiar de las latas
abombadas porque es síntoma de que en su interior la esterilización fue imperfecta
y se pueden haber desarrollado bacterias anaerobias, la más peligrosa, por ser
resistente a la esterilización es el Clostridium botulinun, causante del botulismo.
Control por pH. Los métodos tradicionales son las fermentaciones de
microorganismos inocuos, el ejemplo más importante son los derivados lácteos
fermentados, el bacilo láctico al fermentar la leche para producir yogur produce
ácido láctico que reduce el pH e impide crecer a otros organismos, otro ejemplo es
las conservas en vinagre.
Control por radiaciones No es un método tradicional pero actualmente es uno de
los más utilizados en quirófanos, consiste en irradiar la sala con rayos X o  para
producir mutaciones letales en los microorganismos.
Control por agentes químicos Se utilizan agentes químicos que impidan el
crecimiento y desarrollo de los microorganismos, se emplean dos términos
diferenciados; los desinfectantes son sustancias químicas sintéticas e
inespecíficas, como la lejía y otros. Los antibióticos son sustancias específicas que
se obtienen de biosíntesis aunque actualmente se sintetizan en el laboratorio
derivados más específicos de los antibióticos producidos originalmente por algunos
microorganismos, hay tres grandes grupos. Los que impiden la formación de la
pared celular de las bacterias como la penicilina, los que impiden la síntesis normal
de proteínas en los parásitos como la estreptomicina y los que inhiben la síntesis
normal del DNA.
MICROORGANISMOS Y ENFERMEDAD: INMUNIDAD.
Infección, infestación, patogenicidad y virulencia. Conviene aclarar ahora estos
términos. Infección es la entrada de microorganismos en el interior del cuerpo, si
estos pueden causar enfermedad se dice que son patógenos si no causan
enfermedad se dice que son inocuos. El grado de patogenicidad se llama
virulencia.
Infestación se refiere a la entrada de organismos animales macroscópicos como
piojos, garrapatas, gusanos etc.
Para poder producirse la infección y la enfermedad primero los microorganismos
tienen que penetrar por lesiones en la epidermis o por las mucosas húmedas en
contacto con el medio externo, para ello deben competir con el resto de la flora
habitual de estas membranas y con los desinfectantes naturales que produce el
organismo en estas mucosas (Saliva, moco, moco vaginal etc.)
La enfermedad se produce generalmente cuando los microorganismos producen
toxinas que destruyen los tejidos del huésped para proporcionarse a si mismas un
medio en el que poder proliferar, hay dos tipos de toxinas: Exotoxinas que son
liberadas por los microorganismos que las producen para matar los tejidos, por
ejemplo Clostridium botulinun y Clostridiun tetani producen toxinas muy potentes
que pueden matar al individuo ya que estas bacterias tienen muy poco poder de
infección en tejidos vivos al ser anaerobios estrictos, solo después de haber muerto
el tejido pueden penetrar en él. Endotoxinas se producen al lisarse las células, son
poco potentes y producen síntomas alérgicos.
Otra manera de producir enfermedad es al producir enzimas que atacan los
tejidos, principalmente el conjuntivo y la sangre, para poder penetrar mejor en ellos
y ocultarse de los glóbulos blancos, por ejemplo hialuronidasa, colagenasa,
coagulasa, hemolisinas, etc.
Resistencia e inmunidad. Son términos prácticamente sinónimos, resistencia es
la capacidad natural del organismo para impedir la infección, consiste
principalmente en mantener en perfecto estado las barreras mecánicas y químicas,
la epidermis y las mucosas de las que hemos hablado en los párrafos anteriores y
que tiene mucho que ver con el estado nutricional del organismo, el término
inmunidad se refiere a las defensas que crea el organismo cuando se ve expuesto
a la infección, principalmente la producción de anticuerpos, se conoce también con
el nombre de resistencia adquirida, porque no se nace con ella y se produce
cuando el cuerpo ha entrado en contacto con la infección.
La primera línea de defensa natural como ya hemos dicho son las barreras
externas, la segunda línea de resistencia son los mecanismos de fagocitosis de los
glóbulos blancos, monocitos, macrófagos y granulocitos, también la producción en
el interior de las células de interferón, sustancia que protege contra las infecciones
víricas. Una vez traspasadas estas barreras de resistencia entra en funcionamiento
los mecanismos de inmunidad adquirida que pueden ser pasivos si son
desarrollados por el organismo o activos si son inducidos artificialmente antes de
entrar en contacto con la enfermedad real.
Inmunidad adquirida
La respuesta inmune consiste en la producción, en los linfocitos, de anticuerpos
específicos frente a diferentes antígenos. Cualquier sustancia extraña al organismo
será reconocida como antígeno, no necesariamente tiene que ser una toxina o un
microorganismo que desencadene una enfermedad, químicamente los antígenos
son proteínas, nucleoproteínas, lipoproteínas y
muchos polisacáridos. Se llaman toxoides a las toxinas desprovistas de la
porción venenosa pero que pueden inducir la formación de anticuerpos y vacunas
a las suspensiones de microorganismos muertos o atenuados que inducen la
formación de anticuerpo sin ser virulentas, el término toxoides está poco extendido
y se generaliza con el término vacuna.
Anticuerpos. A todas las proteínas que funcionan como anticuerpos se les llama
actualmente inmunoglobulinas, en la especie humana se dividen en cinco clases
principales IgG, IgM, IgA, IgD, IgE. Químicamente están formadas por dos cadenas
polipeptídicas largas (pesadas) y dos cadenas cortas (ligeras), las cadenas largas
se disponen en forma de Y en las ramas de la Y se unen las cadenas ligeras, Las
cinco clases se diferencian en el tipo de cadenas pesadas que tengan. Los brazos
de la Y son las regiones variables de las cadenas y determinan la especificidad, es
el lugar donde se unen los antígenos, la base de la Y son las regiones estables que
determinan el papel biológico a desempeñar.
Estructura del sistema inmunitario específico
Hay dos tipos de linfocitos, linfocitos B, que se producen en la médula ósea y
linfocitos T , que también se producen en la medula ósea pero tienen que madurar
en el timo. hay, según la hipótesis de la selección clonal, una gran cantidad de
linfocitos B diferentes capaces de reconocer cada uno una molécula diferente, en
los primeros días de vida del individuo, estos linfocitos recorren la sangre e
inactivándose los que están capacitados para producir anticuerpos frente a las
moléculas del propio cuerpo y frente a moléculas externas inocuas y de gran
abundancia en el medio ambiente, de esta manera se cierra el sistema inmunitario
y a partir de entonces los linfocitos que no hayan sido inactivados en los primeros
días de vida producirán anticuerpos frente a los antígenos que entren al cuerpo.
Cuando un linfocito B reconoce un antígeno prolifera formando un clon. Parte del
clon se transforma en células cebadas productoras de anticuerpos y otra parte
queda durante mucho tiempo como células de memoria, con anticuerpos en su
membrana para reconocer los posibles antígenos que entre por segunda vez. Este
es el fundamento de las vacunas.
Los linfocitos T tienen un mecanismo de actuación más complicado y coordinado
con el resto del sistema inmunitario. Hay dos tipos T4 y T8, los T4 reconocen
antígenos asociados a proteínas de histocompatibilidad II y activan linfocitos B para
que produzcan más anticuerpos y se transforman en células citotóxicas. los T8
reconocen antígenos asociados a proteínas del complejo de histocompatibilidad I
mecanismos del sistema inmunitario
En el ejemplo del sarampión, al entrar el virus, las células reaccionan
primariamente produciendo interferón que impide la reproducción de éste dentro de
las células y activa células asesinas inespecíficas. Después entran en juego los
macrófagos que fagocitan los virus digiriéndolos y exponiendo los antígenos en sus
membranas junto a proteínas de histocompatibilidad II, éstas son reconocidas por
los T4 que estimulan la multiplicación de los linfocitos B. Los linfocitos T8
reconocen, no los macrófagos, sino cualquier célula infectada que haya expuesto
los antígenos en su membrana. Al cabo de un tiempo los linfocitos T se
transforman en células citotóxicas que lisan las células infectadas para que los
virus no puedan sobrevivir dentro de ellas. En el caso del sarampión la producción
de anticuerpos no representa el principal papel inmunitario en la primera infección
sino en la respuesta duradera frente a infecciones posteriores.
El virus del SIDA ataca a los T4, al disminuir éstos, no se desencadena la
activación de los linfocitos B, ni de los macrófagos ni de las células citotóxicas. Por
otra parte es un virus que muta fácilmente e impide la formación de anticuerpos
duraderos.
Inmunidad no específica.
Inflamación Consiste en la dilatación de los vasos sanguíneos y del aumento en su
permeabilidad facilitando la concentración de moléculas de complemento y de
macrófagos .
Fagocitosis la llevan a cabo los macrófagos y los neutrófilos, se divide en dos
fases; la adherencia y la endocitosis propiamente dicha. La adherencia es fácil en
algunas bacterias con cápsula rugosa pero difícil en bacterias con cápsula lisa,
para poder adherirse las células fagocíticas se tiene que producir el proceso de
opsonización que consiste en la unión de proteínas o anticuerpos a la superficie
de la bacteria para transformarla en rugosa.
Sistema de complemento Consiste en un grupo de 11 proteínas que tiene este
nombre por sus efectos complementarios en los fenómenos alérgicos, también
están relacionados con los procesos inflamatorios lisando las células y
descargando histaminas para permeabilizar los tejidos infectados, además de
facilitar la inmunoadherencia. Estas proteínas son activadas por los anticuerpos.
Este sistema es el que desarrolla los cuadros alérgicos cuando reconoce una
sustancia extraña en el organismo, aunque esta sea inocua. Los procesos alérgicos
graves que ocurren dentro del sistema circulatorio se denominan anafilaxias y se
producen rápidamente tras la segunda exposición al antígeno debido a que hay
anticuerpos de memoria que reaccionan contra él y activan el complemento. Estas
reacciones consisten en la liberación masiva de histaminas que lisan las células.
Interferón Es una sustancia antiviral inespecífica que inhibe la replicación de los
virus en el interior de las células
Células plamáticas: derivan de los linfocitos y producen inmunoglobulina G en los
tejidos.
Células cebadas: derivan de las células primordiales hematopoyéticas. Producen
histaminas y serotoninas.
Inmunoglobulinas:
G- circulan por la sangre y los tejidos, se producen en las células plasmáticas en
las respuesta secundaria. Capaces de atravesar la placenta. Activan el
copmplemento.
M- Se producen en la respuesta primaria en la sangre, se unen en pentámeros.
D. Receptores de los linfocitos, apoyadas en su membrana.
A. Se producen en las secreciones exocrinas. Pueden formar dímeros
E- Específicas en las reaciones alérgicas se unen a las células cebadas, una vez
que se han unido al antígeno para que éstas produzcan histaminas.