Objetivos de aprendizaje
- Enumerar los distintos tipos de microorganismos y describir las características que los definen
- Dar ejemplos de distintos tipos de microorganismos celulares y virales y de agentes infecciosos
- Describir las similitudes y diferencias entre las arqueas y las bacterias
- Proporcionar una visión general del campo de la microbiología
La mayoría de los microbios son unicelulares y lo suficientemente pequeños como para requerir una ampliación artificial para ser vistos. Sin embargo, hay algunos microbios unicelulares que son visibles a simple vista, y algunos organismos multicelulares que son microscópicos. Un objeto debe medir unos 100 micrómetros (µm) para ser visible sin un microscopio, pero la mayoría de los microorganismos son mucho más pequeños que eso. Para tener una cierta perspectiva, considere que una célula animal típica mide aproximadamente 10 µm de diámetro, pero sigue siendo microscópica. Las células bacterianas suelen medir alrededor de 1 µm, y los virus pueden ser 10 veces más pequeños que las bacterias (Figura 1). Véase la Tabla 1 para las unidades de longitud utilizadas en microbiología.
Tabla 1. Unidades de longitud comúnmente utilizadas en microbiología | ||
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Unidad métrica | Significado del prefijo | Equivalente métrico |
metro (m) | – | 1 m = 100 m |
decimetro (dm) | 1/10 | 1 dm = 0.1 m = 10-1 m |
centímetro (cm) | 1/100 | 1 cm = 0.01 m = 10-2 m |
milímetro (mm) | 1/1000 | 1 mm = 0,001 m = 10-3 m |
micrómetro (μm) | 1/1.000.000 | 1 μm = 0.000001 m = 10-6 m |
nanómetro (nm) | 1/1.000.000.000 | 1 nm = 0,000000001 m = 10-9 m |
Los microorganismos difieren entre sí no sólo por su tamaño, sino también por su estructura, hábitat, metabolismo y muchas otras características. Aunque normalmente pensamos que los microorganismos son unicelulares, también hay muchos organismos multicelulares que son demasiado pequeños para ser vistos sin un microscopio. Algunos microbios, como los virus, son incluso acelulares (no están compuestos de células).
Los microorganismos se encuentran en cada uno de los tres dominios de la vida: Archaea, Bacteria y Eukarya. Los microbios de los dominios Bacteria y Archaea son todos procariotas (sus células carecen de núcleo), mientras que los microbios del dominio Eukarya son eucariotas (sus células tienen núcleo). Algunos microorganismos, como los virus, no pertenecen a ninguno de los tres dominios de la vida. En esta sección presentaremos brevemente cada uno de los grandes grupos de microbios. En capítulos posteriores se profundizará en las diversas especies de cada grupo.
Microorganismos procariotas
Las bacterias se encuentran en casi todos los hábitats de la Tierra, incluso dentro y sobre los seres humanos. La mayoría de las bacterias son inofensivas o útiles, pero algunas son patógenas y causan enfermedades en los seres humanos y otros animales. Las bacterias son procariotas porque su material genético (ADN) no está alojado en un verdadero núcleo. La mayoría de las bacterias tienen paredes celulares que contienen peptidoglicano.
Las bacterias se describen a menudo en términos de su forma general. Las formas más comunes son la esférica (cocos), la de varilla (bacilos) o la curvada (espirilos, espiroquetas o vibrios). La figura 2 muestra ejemplos de estas formas.
Tienen una amplia gama de capacidades metabólicas y pueden crecer en una variedad de entornos, utilizando diferentes combinaciones de nutrientes. Algunas bacterias son fotosintéticas, como las cianobacterias oxigénicas y las bacterias verdes anoxigénicas azufradas y verdes no azufradas; estas bacterias utilizan la energía derivada de la luz solar y fijan el dióxido de carbono para crecer. Otros tipos de bacterias no son fotosintéticas y obtienen su energía de compuestos orgánicos o inorgánicos de su entorno.
Las arqueas también son organismos procariotas unicelulares. Las arqueas y las bacterias tienen historias evolutivas diferentes, así como diferencias significativas en la genética, las vías metabólicas y la composición de sus paredes y membranas celulares. A diferencia de la mayoría de las bacterias, las paredes celulares de las arqueas no contienen peptidoglicano, pero sus paredes celulares suelen estar compuestas por una sustancia similar llamada pseudopeptidoglicano. Al igual que las bacterias, las arqueas se encuentran en casi todos los hábitats de la Tierra, incluso en entornos extremos muy fríos, muy calientes, muy básicos o muy ácidos (Figura 3). Algunas arqueas viven en el cuerpo humano, pero ninguna ha demostrado ser patógena para el ser humano.
Piensa en ello
- ¿Cuáles son los dos tipos principales de organismos procariotas?
- Nombre algunas de las características que definen a cada tipo.
Microorganismos eucariotas
El dominio Eukarya contiene todos los eucariotas, incluyendo los uni o multicelulares como los protistas, los hongos, las plantas y los animales. La principal característica que define a los eucariotas es que sus células contienen un núcleo.
Los protistas
Los protistas son eucariotas unicelulares que no son plantas, animales ni hongos. Las algas y los protozoos son ejemplos de protistas.
Las algas (singular: alga) son protistas similares a las plantas que pueden ser unicelulares o multicelulares (Figura 4). Sus células están rodeadas de paredes celulares hechas de celulosa, un tipo de carbohidrato. Las algas son organismos fotosintéticos que extraen energía del sol y liberan oxígeno y carbohidratos en su entorno. Como otros organismos pueden utilizar sus productos de desecho para obtener energía, las algas son partes importantes de muchos ecosistemas. Muchos productos de consumo contienen ingredientes derivados de las algas, como la carragenina o el ácido algínico, que se encuentran en algunas marcas de helados, aderezos para ensaladas, bebidas, barras de labios y pasta de dientes. Un derivado de las algas también desempeña un papel destacado en el laboratorio de microbiología. El agar, un gel derivado de las algas, puede mezclarse con varios nutrientes y utilizarse para cultivar microorganismos en una placa de Petri. Las algas también se están desarrollando como una posible fuente de biocombustibles.
Los protozoos son protistas que constituyen la columna vertebral de muchas redes alimentarias al proporcionar nutrientes a otros organismos. Los protozoos son muy diversos. Algunos protozoos se mueven con la ayuda de estructuras parecidas a pelos, llamadas cilios, o estructuras parecidas a látigos, llamadas flagelos. Otros extienden parte de su membrana celular y su citoplasma para impulsarse. Estas extensiones citoplasmáticas se denominan seudópodos («pies falsos»). Algunos protozoos son fotosintéticos; otros se alimentan de materia orgánica. Algunos son de vida libre, mientras que otros son parásitos y sólo pueden sobrevivir extrayendo nutrientes de un organismo huésped. La mayoría de los protozoos son inofensivos, pero algunos son patógenos que pueden causar enfermedades en animales o seres humanos (Figura 5).
Fungos
Los hongos (singular: fungus) también son eucariotas. Algunos hongos multicelulares, como las setas, se parecen a las plantas, pero en realidad son muy diferentes. Los hongos no son fotosintéticos y sus paredes celulares suelen estar hechas de quitina en lugar de celulosa.
Los hongos unicelulares -las levaduras- se incluyen dentro del estudio de la microbiología. Se conocen más de 1000 especies. Las levaduras se encuentran en muchos entornos diferentes, desde las profundidades del mar hasta el ombligo humano. Algunas levaduras tienen usos beneficiosos, como hacer que el pan suba y que las bebidas fermenten; pero las levaduras también pueden hacer que los alimentos se estropeen. Algunas incluso causan enfermedades, como las infecciones vaginales por hongos y las aftas orales (Figura 6).
Otros hongos de interés para los microbiólogos son los organismos multicelulares llamados mohos. Los mohos están compuestos por largos filamentos que forman colonias visibles (Figura 7). Los mohos se encuentran en muchos entornos diferentes, desde el suelo hasta los alimentos en descomposición o los rincones húmedos de los baños. Los mohos desempeñan un papel fundamental en la descomposición de plantas y animales muertos. Algunos mohos pueden provocar alergias y otros producen metabolitos patógenos llamados micotoxinas. Los mohos se han utilizado para fabricar productos farmacéuticos, como la penicilina, que es uno de los antibióticos más recetados, y la ciclosporina, utilizada para prevenir el rechazo de órganos tras un trasplante.
Piensa en ello
- Nombre dos tipos de protistas y dos tipos de hongos.
- Nombre algunas de las características que definen a cada tipo.
Helmintos
Los gusanos parasitarios multicelulares llamados helmintos no son técnicamente microorganismos, ya que la mayoría son lo suficientemente grandes como para verlos sin un microscopio. Sin embargo, estos gusanos entran en el campo de la microbiología porque las enfermedades causadas por los helmintos implican huevos y larvas microscópicas. Un ejemplo de helminto es el gusano de Guinea, o Dracunculus medinensis, que provoca mareos, vómitos, diarrea y úlceras dolorosas en las piernas y los pies cuando el gusano sale de la piel (figura 8). La infección suele producirse después de que una persona beba agua que contiene pulgas de agua infectadas por las larvas del gusano de Guinea. A mediados de la década de 1980, se estimaba que había 3,5 millones de casos de la enfermedad del gusano de Guinea, pero la enfermedad se ha erradicado en gran medida. En 2014, solo se registraron 126 casos, gracias a los esfuerzos coordinados de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y otros grupos comprometidos con la mejora del saneamiento del agua potable.
Virus
Los virus son microorganismos acelulares, lo que significa que no están compuestos por células. Esencialmente, un virus está formado por proteínas y material genético -ya sea ADN o ARN, pero nunca ambos- que son inertes fuera de un organismo huésped. Sin embargo, al incorporarse a una célula huésped, los virus son capaces de cooptar los mecanismos celulares del huésped para multiplicarse e infectar a otros huéspedes.
Los virus pueden infectar todo tipo de células, desde las humanas hasta las de otros microorganismos. En los seres humanos, los virus son responsables de numerosas enfermedades, desde el resfriado común hasta el mortal Ébola (Figura 9). Sin embargo, muchos virus no causan enfermedades.
Piensa en ello
- ¿Los helmintos son microorganismos? Explica por qué o por qué no.
- ¿En qué se diferencian los virus de otros microorganismos?
La microbiología como campo de estudio
La microbiología es un término amplio que abarca el estudio de todos los diferentes tipos de microorganismos. Pero en la práctica, los microbiólogos tienden a especializarse en uno de varios subcampos. Por ejemplo, la bacteriología es el estudio de las bacterias; la micología es el estudio de los hongos; la protozoología es el estudio de los protozoos; la parasitología es el estudio de los helmintos y otros parásitos; y la virología es el estudio de los virus (Figura 10).
La inmunología, el estudio del sistema inmunitario, se incluye a menudo en el estudio de la microbiología porque las interacciones huésped-patógeno son fundamentales para nuestra comprensión de los procesos de las enfermedades infecciosas. Los microbiólogos también pueden especializarse en ciertas áreas de la microbiología, como la microbiología clínica, la microbiología ambiental, la microbiología aplicada o la microbiología de los alimentos.
En este libro de texto, nos ocupamos principalmente de las aplicaciones clínicas de la microbiología, pero dado que los diversos subcampos de la microbiología están muy interrelacionados, a menudo hablaremos de aplicaciones que no son estrictamente clínicas.
Bioética en microbiología
En la década de 1940, el gobierno estadounidense buscaba una solución a un problema médico: la prevalencia de las enfermedades de transmisión sexual (ETS) entre los soldados. Varios estudios, ahora famosos, financiados por el gobierno utilizaron sujetos humanos para investigar las ETS comunes y sus tratamientos. En uno de estos estudios, los investigadores estadounidenses expusieron intencionadamente a más de 1300 sujetos humanos en Guatemala a la sífilis, la gonorrea y el chancroide para determinar la capacidad de la penicilina y otros antibióticos para combatir estas enfermedades. Entre los sujetos del estudio se encontraban soldados guatemaltecos, prisioneros, prostitutas y pacientes psiquiátricos; ninguno de ellos fue informado de que estaba participando en el estudio. Los investigadores expusieron a los sujetos a las ETS por varios métodos, desde facilitar las relaciones sexuales con prostitutas infectadas hasta inocular a los sujetos con las bacterias que se sabe que causan las enfermedades. Este último método consistía en hacer una pequeña herida en los genitales del sujeto o en cualquier otra parte del cuerpo, y luego introducir las bacterias directamente en la herida. En 2011, una comisión del gobierno estadounidense encargada de investigar el experimento reveló que sólo algunos de los sujetos fueron tratados con penicilina, y 83 sujetos murieron en 1953, probablemente como resultado del estudio.
Desgraciadamente, este es uno de los muchos ejemplos horribles de experimentos de microbiología que han violado las normas éticas básicas. Incluso si este estudio hubiera conducido a un avance médico que salvara vidas (no lo hizo), pocos argumentarían que sus métodos eran éticamente sólidos o moralmente justificables. Pero no todos los casos son tan claros. Los profesionales que trabajan en entornos clínicos se enfrentan con frecuencia a dilemas éticos, como trabajar con pacientes que rechazan una vacuna o una transfusión de sangre para salvar su vida. Estos son sólo dos ejemplos de decisiones de vida o muerte que pueden cruzarse con las creencias religiosas y filosóficas tanto del paciente como del profesional sanitario.
Por muy noble que sea el objetivo, los estudios de microbiología y la práctica clínica deben guiarse por una serie de principios éticos. Los estudios deben realizarse con integridad. Los pacientes y los sujetos de la investigación dan su consentimiento informado (no sólo aceptan ser tratados o estudiados, sino que demuestran que comprenden la finalidad del estudio y los riesgos que conlleva). Deben respetarse los derechos de los pacientes. Los procedimientos deben ser aprobados por una junta de revisión institucional. Cuando se trabaja con pacientes, es primordial llevar un registro preciso, una comunicación honesta y la confidencialidad. Los animales utilizados para la investigación deben ser tratados con humanidad, y todos los protocolos deben ser aprobados por un comité institucional de cuidado y uso de animales. Estos son sólo algunos de los principios éticos que se exploran en los recuadros de Ojo con la ética a lo largo de este libro.
Enfoque clínico: Cora, resolución
Este ejemplo concluye la historia de Cora que comenzó en Lo que sabían nuestros antepasados y Un enfoque sistemático.
Las muestras de LCR de Cora no muestran signos de inflamación o infección, como cabría esperar con una infección viral. Sin embargo, hay una alta concentración de una proteína particular, la proteína 14-3-3, en su LCR. Un electroencefalograma (EEG) de su función cerebral también es anormal. El electroencefalograma se parece al de un paciente con una enfermedad neurodegenerativa como el Alzheimer o el Huntington, pero el rápido deterioro cognitivo de Cora no se corresponde con ninguna de ellas. En cambio, su médico concluye que Cora padece la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ), un tipo de encefalopatía espongiforme transmisible (EET).
La ECJ es una enfermedad extremadamente rara, con sólo unos 300 casos en Estados Unidos cada año. No está causada por una bacteria, un hongo o un virus, sino por priones, que no encajan en ninguna categoría particular de microbios. Al igual que los virus, los priones no se encuentran en el árbol de la vida porque son acelulares. Los priones son extremadamente pequeños, aproximadamente una décima parte del tamaño de un virus típico. No contienen material genético y están compuestos únicamente por un tipo de proteína anormal.
La ECJ puede tener varias causas diferentes. Puede adquirirse a través de la exposición al cerebro o al tejido del sistema nervioso de una persona o un animal infectado. El consumo de carne de un animal infectado es una de las formas de exposición. También se han dado casos raros de exposición a la ECJ por contacto con material quirúrgico contaminado y por donantes de córnea y hormonas de crecimiento que, sin saberlo, tenían la ECJ. En raras ocasiones, la enfermedad es el resultado de una mutación genética específica que a veces puede ser hereditaria. Sin embargo, en aproximadamente el 85% de los pacientes con ECJ, la causa de la enfermedad es espontánea (o esporádica) y no tiene una causa identificable. Basándose en sus síntomas y en su rápida progresión, a Cora se le diagnostica una ECJ esporádica.
Desgraciadamente para Cora, la ECJ es una enfermedad mortal para la que no existe un tratamiento aprobado. Aproximadamente el 90% de los pacientes mueren al año del diagnóstico. Sus médicos se centran en limitar el dolor y los síntomas cognitivos a medida que la enfermedad avanza. Ocho meses después, Cora muere. El diagnóstico de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob se confirma con una autopsia cerebral.
Conceptos clave y resumen
- Los microorganismos son muy diversos y se encuentran en los tres ámbitos de la vida: Archaea, Bacteria y Eukarya.
- Las arqueas y las bacterias se clasifican como procariotas porque carecen de núcleo celular. Las arqueas difieren de las bacterias en la historia evolutiva, la genética, las vías metabólicas y la composición de la pared celular y la membrana.
- Las arqueas habitan en casi todos los entornos de la Tierra, pero no se han identificado arqueas como patógenos humanos.
- Los eucariotas estudiados en microbiología incluyen las algas, los protozoos, los hongos y los helmintos.
- Las algas son organismos similares a las plantas que pueden ser unicelulares o multicelulares y obtienen energía mediante la fotosíntesis.
- Los protozoos son organismos unicelulares con estructuras celulares complejas; la mayoría son móviles.
- Los hongos microscópicos incluyen los mohos y las levaduras.
- Los helmintos son gusanos parasitarios multicelulares. Se incluyen en el campo de la microbiología porque sus huevos y larvas suelen ser microscópicos.
- Los virus son microorganismos acelulares que necesitan un huésped para reproducirse.
- El campo de la microbiología es extremadamente amplio. Los microbiólogos suelen especializarse en uno de los muchos subcampos, pero todos los profesionales de la salud necesitan una base sólida en microbiología clínica.
Múltiples opciones
¿Cuál de los siguientes tipos de microorganismos es fotosintético?
- Levaduras
- Virus
- Algas
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Respuesta d. Las algas son fotosintéticas.
¿Cuál de los siguientes es un microorganismo procariota?
- helminto
- protozoo
- cianobacteria
- moho
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Respuesta c. La cianobacteria es un microorganismo procariota.
¿Cuál de los siguientes es acelular?
- virus
- bacteria
- hongo
- protozoario
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Respuesta a. Los virus son acelulares.
¿Cuál de los siguientes es un tipo de microorganismo fúngico?
- bacteria
- protozoo
- alga
- levadura
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Respuesta d. La levadura es un tipo de microorganismo fúngico.
¿Cuál de los siguientes no es un subcampo de la microbiología?
- bacteriología
- botánica
- microbiología clínica
- virología
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Respuesta b. La botánica no es un subcampo de la microbiología.
Rellena el espacio en blanco
Un ________ es un microorganismo causante de enfermedades.
Mostrar respuesta
Un patógeno es un microorganismo causante de enfermedades.
Los gusanos parasitarios multicelulares estudiados por los microbiólogos se llaman ___________.
Mostrar respuesta
Los gusanos parasitarios pluricelulares estudiados por los microbiólogos se llaman helmintos.
El estudio de los virus es ___________.
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El estudio de los virus es la virología.
Las células de los organismos procariotas carecen de un _______.
Mostrar respuesta
Las células de los organismos procariotas carecen de núcleo.
Piensa en ello
- Describe las diferencias entre las bacterias y las arqueas.
- Nombra tres estructuras que varios protozoos utilizan para la locomoción.
- Describa los tamaños reales y relativos de un virus, una bacteria y una célula vegetal o animal.
- Contraste el comportamiento de un virus fuera y dentro de una célula.
- ¿En qué lugar de este gráfico se encontrarían un virus, una bacteria, una célula animal y un prión?
- P. Rudge et al. «Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob iatrogénica debida a la hormona de crecimiento derivada de la hipófisis con tiempos de incubación determinados genéticamente de hasta 40 años». Brain 138 nº 11 (2015): 3386-3399. ↵
- Kara Rogers. «Experimento sobre la sífilis en Guatemala: Proyecto de investigación médica estadounidense». Encylopaedia Britannica. http://www.britannica.com/event/Guatemala-syphilis-experiment. Consultado el 24 de junio de 2015. ↵
- Susan Donaldson James. «Los experimentos con sífilis conmocionan, pero también los ensayos de medicamentos en el tercer mundo». ABC World News. 30 de agosto de 2011. http://abcnews.go.com/Health/guatemala-syphilis-experiments-shock-us-drug-trials-exploit/story?id=14414902. Consultado el 24 de junio de 2015. ↵
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- Organización Mundial de la Salud. «Dracunculiasis (enfermedad del gusano de Guinea)». OMS. 2015. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs359/en/. Consultado el 2 de octubre de 2015. ↵
- Greg Botelho. «Confirman caso de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob en New Hampshire». CNN. 2013. http://www.cnn.com/2013/09/20/health/creutzfeldt-jakob-brain-disease/. ↵
- J.G. Heckmann et al. «Transmisión de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob a través de un trasplante de córnea». Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry 63 nº 3 (1997): 388-390. ↵
- Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares. «Hoja informativa sobre la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob». NIH. 2015. http://www.ninds.nih.gov/disorders/cjd/detail_cjd.htm#288133058. ↵
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