Tema 1. Microorganismos y evolución biológica



Historia . Procesos geológicos y evolutivos



Principios de la Teoría de la Evolución



Aportaciones de Woese

Woese diseñó un árbol filogenético en el que casi todos los seres vivos se pueden incluir en tres Dominios :
· Bacteria
· Archaea
· Eukarya

Entre sus demás aportaciones destaca:
.
· Análisis filogenético basado en 16S RNA
· Clasificación de los seres vivos en el llamado Árbol de Woese


Relación Hospedador-Parásito

Elementos
Microbiota: conjunto de microorganismos que colonizan distintas regiones de nuestra anatomía estableciendo una relación simbiótica.
Ventajas: toman nuestros nutrientes, viven en condiciones óptimas (37ºC, pH óptimo)
Localización : superficies colonizadas (ej: piel, cavidad oral -bacterias anaerobias- ,mucosas nasales y nasofaringe, mucosas intestinales-bacterias anaerobias-, mucosas genitales -lactobacilos-)
Organización : Ecosistemas microbianos, todos los microorganismos que colonizan permanentemente a un hospedador constituyen ecosistemas microbianos complejos.
Asociación : Simbiosis
Parasitismo: Tipo de asociación entre dos organismos (parásitos) que viven a expensas de otro que los alberga (hospedador) y al que le causan algún perjuicio o daño. El término parásito aquí es aplicado a bacterias, hongos o seres pluricelulares que cumplan la definición anterior.
Comensalismo: Tipo de asociación entre dos organismos (parásito y hospedador) en la que el parásito no causa daño al hospedador ni aparentemente aporta un beneficio al hospedador.
Mutualismo: Tipo de asociación entre dos organismos en la que el parásito aporta beneficio para el hospedador (ej. sintesis de alguna vitamina).



Ecosistemas orales

  1. Mucosa Oral:
Habitat: cara interna de la mejilla, paladar, encías superficiales, lengua (dorso)
Características histológicas: epitelio escamoso estratificado
Atmosfera: aerobiosis
Defensas: péptidos y proteínas
  1. Lengua
Habitat: dorso de la lengua
Caracteristicas histologicas: superficie queratinizada parcialmente (papilas gustativas, glándulas mucosas, folículos linfoides)
Atmosf: aerobiosis
Defensas: péptidos y proteínas
3. Superficie dental. Placa dental supragingival
Habitat: superficie de las piezas dentales
Caracteristicas histologicas: esmalte dental (conductos radiculares)
Atmosfera: aerobiosis y anaerobiosis (placa dental y saliva)
Defensas: péptidos y proteínas
4. Surco gingival. Placa dental subgingival
Habitat: espacio virtual entre la superficie dental y la encía
Características histológicas: esmalte dental, encía
Atmósfera: anaerobia
Defensas: proteínas y péptidos antimicrobianos, anticuerpos. Células: polimorfonucleares neutrófilos



Historia de la microbiología:

1664 ......... Robert Hooke ....................... Microscopio (concepto de células y plantas)

1684.......... Anton van Leeuwenhoek ....... Observación de microorganismos

1729.......... Pier Micheli .......................... Micología, descripción de los hongos

1798.......... Edward Jenner ...................... Vacuna de la viruela

1864.......... Louis Pasteur ...................... Generación espontánea. Causa de infección- Vacunas.

1884.......... Robert Koch ........................ Causas de la infección. Postulados de Koch. Cólera

1898.......... Martinus Beijierink................. Concepto de virus

1909.......... Paul Ehrlich ...........................Inicio de la quimioterapia

1929.......... Alexander Fleming................. Penicilina. Era de los antibióticos.

1977.......... Carl Woese........................... Descubrimiento de Archaea. Árbol de Woese

1982.......... Stanley B. Prusiner ............... Concepto de prion

1983 ......... Luc Montanier ....................... Descubre el VIH

1995 ......... Craig Venter........................... Secuenciación completa del primer genoma


Louis Pasteur demuestra definitivamente que los microorganismos no se forman a partir de materia orgánica degradada (Teoría de la generación espontánea)

Inicios de la quimioterapia:

Fleming descubre en 1928 trabajando con un hongo, (Penicillum notatum), que producía una sustancia antibiótica contra Staphylococcus aureus. En 1940 se empezó a utilizar en clínica y a producirse industrialmente.
Fleming tambien descubrió la lisozima –molécula natural- (en las lágrimas), una proteína antibacteriana (antibiótico) que pertenece a la inmunidad innata.



Historia de Microbiología Oral:

1680.......... Antoni Van Leeuwenhoek ..... Microorganismos orales *

1773 ......... John Hunter ........................ Cavidad oral como foco de infección

1890 ......... W. D. Miller ........................ Teoría quimioparasitaria; Teoría de la infección focal (iniciada por Hunter)

1897.......... Leon Williams ..................... Bacterias acidófilas y su relación con la caries

1898 ......... Grenn.................................. Placa bacteriana

1924 ......... J. K. Clark........................... Aislamiento de S. mutans

1934.......... h. a. Gins............................... Enfermedad periodontal y bacterias anaerobias

1944 ......... Robert Stephan....................... Medida del pH intraplaca

1960.......... Paul Keyes............................ Triada de Keyes (caries dental)

1965.......... Max Lisgarten........................ Transmisión de periodontopatógenos

1979 ......... Sigmund Sockransky ............ Criterios de Sockransky (infección periodontal polimicrobiana)


  • Antoni Van Leeuwenhoek en 1673 usando un primitivo microscopio dibujó y describió a la Real Sociedad Británica varias clases de bacterias vistas por él en su microscopio. Describió la estructura dental demostrando primas en el esmalte, túbulos dentinales y estructuras pulpares.

Carta que escribió el 17 de Septiembre de 1639. (Estracto de la misma):
"Lo que se llega y crece entre algunos de mis incisivos y molares cuando yo inspecciono una cantidad de materia alba es tan espesa como si fuese pasta. Al examinar esto juzgué, aunque no podía ver nada moviéndose, que tenía dentro de ella animalitos vivientes. Así que lo he mezclado en diferentes momentos con agua de lluvia limpia en la que no había bacterias (animalitos) y también con saliva que saqué de la boca, extrayendo las burbujas de aire por si estas hiciesen algún movimiento en la saliva, y entonces casi siempre vi, con gran asombro, que en la materia había muchos animalitos vivientes moviéndose".

En esta carta hacía los siguientes dibujos para describir los "organismos vivientes":

Dibujos de A. Van Leeuwenhoek
Dibujos de A. Van Leeuwenhoek


“La forma mas grande (Figura A) tenía un movimiento fuerte y rápido. Fluían por el agua o la saliva como un lucio en el agua. Estos fueron el número más pequeño de las formas.


El segundo tipo sería la forma dela FiguraB, que a menudo giran como un trombo y cada poco se movían entre C y D. De estos había muchos más.

No me limpié los dientes en tres días seguidos y entonces quité la materia que se había formado. La mezclé con agua de lluvia. Encontré unos pocos animalitos viviendo en ella. Mientras hablaba con un señor viejo que lleva una vida muy sobria, que no bebe Coñac, y que tampoco fuma, mis ojos se fijaron en sus dientes y vi una película. Extraje parte de ella y encontré una especie de animalitos vivientes incomprensiblemente grandes nadando más fuertemente de lo que jamás hubiera visto hasta este momento.


El tipo más grande los que había muchos, doblaron sus cuerpos en forma de curvas (serían las espiroquetas actuales). También añadía a esta materia un poco de vino de vinagre. Al hacer esto, los animalitos se murieron en el acto y de esto saqué la conclusión que el vinagre cuando está ya en la boca con él no penetra a través de toda la materia que está firmemente en los dientes anteriores y las muelas y sólo notaba animalitos que estaban en la parte exterior de la materia blanca.”


Leeuweuhoek, además describió células escamosas y células blancas de la sangre que estaban en esta materia blanca. Antes, en la carta describió sus propias prácticas de higiene oral “…es mi costumbre por la mañana frotar mis dientes con sal, y entonces enjuagar mi boca con agua y a menudo después de tener limpios mis dientes posteriores, con un mondadientes y también los froto fuertemente con un paño. Mis dientes anteriores y posteriores siguen tan blancos como tienen pocos hombres de mi edad (decía esto cuando tenía 51 años). Y mis encías, por muy dura que sea la sal con la que las froto, nunca empiezan a sangrar…”. Esta es la primera descripción de la placa.

Bacilos, formas cococeas, espiroquetas, también fue la primera vez que se relacionó la falta de higiene oral con la cantidad de estos organismos y también reconoció la importancia del tratamiento para mantener sanos sus dientes. El empleo de sal, mondadientes, paños como procedimiento de higiene oral etc.

Fue el primer microscopista sistemático y microbiológico. También parece probable que entendiera la vitalidad de la placa dental y que tenía algún conocimiento primitivo de su relación con la infección gingival.



Antoni Van Leeuwenhoek
Antoni Van Leeuwenhoek




Definición y objeto de la microbiologia

Se puede definir, sobre la base de la etimología, como la ciencia que estudia a los microorganismos, a los seres vivos de pequeño tamaño que se encuentran por debajo del poder resolutivo del ojo humano.

La microbiología tiene por objeto formal el estudio de las características estructurales, funcionales, fisiológicas, bioquímicas… etc. de los microorganismos unicelulares y de los virus y las partículas virales.
Se entiende por microorganismo un ser vivo unicelular dotado de vida independiente y de pequeño tamaño (menos de 0.1 mm) que es observables únicamente con ayuda de un microscopio.

Ramas especializadas de la Microbiología

· Bacteriología
· Virología
· Parasitología: parásitos unicelulares (por extensión didactica, la parasitología médica incluye el estudio de los parásitos multicelulares)
· Micología
· Ramas aplicadas: Microbiología médica, microbiología ambiental, ......


Patógenos:

Los microorganismos que causan enfermedad, pueden estar en:

· Microbiota residente
· Microbiota transitoria

Además los patógenos son a su vez:

· Oportunistas (patogénos facultativos) : son aquellos que aprovechan una infección, una herida para introducirse dentro y multiplicarse ej: Staphylococcus spp., Candida spp.)
· Obligados (patógenos primarios): son bacterias que están ahí, y que en un momento pueden invadir un organismo y causar síntomas


Infección: colonización realizada por un microorganismo que es capaz de multiplicarse en un hospedador.
Infección clínica: infección que causa daños en el hospedador (enfermedad infecciosa)

Los patógenos causan: fases de la infección clínica:

· Colonización : establecimiento de una especie microbiana, sin síntomas
· Infección : multiplicación de microorganismos que causa o no una respuesta defensiva, sin síntomas
· Infección clínica : colonización, multiplicación más respuesta del hospedador con síntomas

Conceptos a tener en cuenta son:

· Patogeneidad : daño orgánico que tiene que producir el organismo para la enfermedad
· Virulencia : grado de patogeneidad
· Factor de virulencia : factores específicos de una cepa que causa patogenia en el hospedador
· Dosis letal 50 : la cantidad suficiente de microorganismos para matar a la mitad de los hsopedadores que presentan síntomas clínicos.
· Endemia : patología infecciosa que persiste en el tiempo en algunos individuos circunscrita a un área geográfica determinada
· Epidemia : brote infeccioso que afecta al mismo tiempo a un número elevado de personas de una zona geográfica localizada.
· Pandemia : brote infeccioso que afecta al mismo tiempo a un número elevado de personas de una zona geográfica muy extensa (ej. un continente o más de uno)
· Infección :
. Zoonosis:


TAXONOMÍA BACTERIANA.



Grupos principales de bacterias
I. Aeróbicas y Gram negativas, cocos y bacilos
Familias
1. Pseudomonaceae son bacilos curvos o rectos, mótiles por flagelo polar, catalasa y oxidasa positiva. Contribuyen a degradar substancias quíímicas en el suelo, como por ejemplo pesticidas.
Aquí encontramos el género Pseudomonas que se encuentra ampliamente distribuido en la tierra y en el agua. En este grupo incluimos la especie P. syringae que es un patógeno vegetal y causante de tumores a plantas.
Xanthosomas todas las especies de este género son patógenas vegetales.
2. Rhizobiaceae Esta familia ocasiona hipertrofia en plantas, además de la formación de nódulos en raíces. Algunas especies pueden ocasionar tumores.
Rhizobium forma nódulos en raíces de leguminosas y fija N2 atmosférico.
Agrobacterium es importante en la ingeniería genética. Esta posee un plásmido con una región llamada T DNA que se inserta en el genoma de la planta huésped.
3. Methylococcaceae posee la habilidad para usar gas metano como fuente de carbono y energía bajo condiciones aeróbias o microaerofílicas.
4. Acetobacteraceae esta familia oxida etanol a ácido acético.
Acetobacter y Gluconobacter son saprófitos que se encuentran en medios acídicos enriquecidos con azúcar o alcohol como flores, frutas, cervezas, vino, vinagre y otros. Poseen importancia industrial, ya que Azotobacter produce vinagre y Gluconobacter se utiliza para la manufactura de productos químicos.
5. Legionellaceae
Legionella son oportunistas en humanos, pueden causar la muerte. Se transmiten por vía aérea
6. Neisseriaceae
Neisseria son parásitos que habitan en las membranas mucosas de humanos y animales. N. gonorrhoeae y N. meningitidis son altamente patógenos, y este último causa meningitis cerebroespinal.
Acetobacter son saprófitos que se encuentran en tierra, agua y basura. Son patógenos oportunistas que ocasionan una variedad de infecciones particularmente en pacientes hospitalizados.
II. Anaeróbico facultativo, bacilos y gram negativo


Familia
1. Enterobacteriaceae
Escherichia
E. coli se encuentra en la parte inferior del intestino de humanos y animales de sangre caliente. Es parte de la flora normal. Algunas cepas pueden causar gastroenteritis y otras cepas causan infecciones en el tracto urinario.
E. coli en Eosin azul de metileno
Shigella está relacionada a Escherichia y todas sus cepas son patogénicas causando disentería bacilar en humanos.
Salmonella todas las cepas son patógenas a humanos causando fiebre entérica, gastroenteritis y septicemia.
Enterobacter crece mejor a 35°C al contrario de las demás Enterobacteraceas. Se encuentra en agua, tierra, plantas y algunas especies se encuentran en humanos. Pueden ser patógenos oportunistas en humanos.
Erwinia generalmente es patógena de plantas causando diversas lesiones.
Serratia ampliamente distribuida en tierra, agua y superficie de plantas. Es patógena oportunistas de humanos, particularmente en pacientes hospitalizados.
Proteus puede deslizarse sobre el medio de agar. Se encuentra en el intestino humano y de otros animales. Es patógeno oportunista en humanos.
Yersenia son parásitos de animales pero pueden causar infección en humanos como por ejemplo Yersenia pestis, esta es la causante de la plaga o peste bubónica y Yersenia enterocolitica causa gastroenteritis en niños.
2. Vibronaceae ésta se encuentra en ambientes marinos y agua dulce en asociación con animales que viven en esos ambientes.
Vibrio algunas especies emiten bioluminicencia (Vibrio fischeri se localiza en un órgano luminiscente especializado en ciertos peces de agua profunda). Vibrio cholera causa la colera.
3. Pasteurellaceae
Pasteurella son parásitos en las membrans mucosas del tracto respiratorio de mamíferos y aves.
Haemophilus requiere factores nutricionales inusuales. Haemophilus influenzae causa meningitis en niños.


III. Otros géneros de bacterias anaeróbias facultativas, Gram negativas, bacilos y no asignados a ninguna familia
Familia
1. Gardnerella se encuentra en el tracto genitourinario de humanos, es la mayor causa de vaginitis no específica bacterial.
2. Streptobacillus tienen una pared celular defectuosa que al formar colonias parecen huevos fritos. Aquí encontramos a S. moliniformis que es un parásito de ratas.
IV. Bacilos helicoidales, curvos o lineales, Gram negativos y anaeróbias
Familia
1. Bacteroidaceae los géneros que se incluyen en esta familia se diferencian a base de su morfología y a los diferentes productos que sintetizan. Algunas especies son patógenas a humanos por ejemplo,Bacteroides fragilis.
V. Bacterias que reducen sulfato o azufre
Estas son bacterias anaeróbicas que usan compuestos de azufre inorgánico como aceptador de electrones con la consecuente formación de H2S. Se pueden encontrar en barro de agua dulce, ambiente marino, tracto intestinal de humanos y de animales. Incluye los géneros Desulfuromonas, Desulfovibrio y Desulfococcus.
VI. Cocos anaeróbicos y Gram negativo
Familia
1. Veillonellaceae
Veillonella
Acidoaminococcus habitan en la cavidad oral, tracto respiratorio y tracto intestinal de humanos, rumiantes y roedores.
Megasphaera

VII. Rickettsias y Chlamydias
Muchos son parásitos obligados, son Gram negativos, no mótiles y de tamaño muy pequeño que puede aproximarse a un virus grande.


Orden Rickettsiales: aquí se incluyen las rickettsias; éstas se encuentran asociadas a varios artrópodos que le sirven de huésped y su vez de vectores. Estos vectores los transmiten a vertebrados, donde en algunos de ellos se observan relaciones mutualistas.
Familia Rickettsiaceae
1. Rickettsias: éstas son patógenos de humanos y su transmisión ocurre vía vectores artrópodos. La bacteria se multiplica dentro del citoplasma y algunas veces en el núcleo. En el laboratorio se necesitan células vivas para su cultivo.
Ricketssias dentro de células
2. Coxiella se distingue del género anterior por que resiste temperaturas bien altas, y en la mayoría de las veces la infección ocurre por inhalación de los organismos que se encuentran en el polvo o en leche sin pasteurizar contaminada. Incluye una sola especie Coxiella burnetii responsable de la fiebre Q.
Familia Bartonellaceae consiste de parásitos de las células rojas de humanos y otros vertebrados.
Familia Anaplasmataceae: éstos organismos crecen dentro o sobre los eritrocitos. Pueden encontrarse libres en el plasma de varios animales salvajes o domésticos.
Orden Chlamydiales: éstos son parásitos intracelulares. Incluyen una sola familia y un sólo género. El género Chlamydia contiene especies patógenas al hombre como por ejemplo Chlamydiatrachomatis, ésta causa queratoconjuntivitis que a veces resulta en ceguera. Otras especies de Chlamydia causan enfermedades sexualmente transmisibles.
VIII.Micoplamas
No poseen pared celular, por lo que pueden asumir diferentes formas. Pueden combatirse por tetraciclinas o cloramfenicol, no por penicilinas, ya que no poseen pared celular. Sus colonias parecen huevos fritos. Y son mucho más pequeññas que las bacterias comunes. Requieren medios nutricionales complejos y tienen habilidades biosintéticas limitadas.
Familia Mycoplasmataceae
Mycoplasma pneumoniae causa pulmonía atípica primaria.
Familia Spiroplasmataceae
Spiroplasma son patógenos de cítricas y otras plantas, pueden aislarse de los fluídos de plantas o de su superficie.
IX. Cocos Gram positivos
Cocos anaeróbios o aeróbios facultativos


Aquí incluimos los géneros Staphylococcus y las especies Staphylococcus aureus y Staphylococcus epidermidis.
Cocos que llevan a cabo fermentación y son aerotolerantes
Streptococcus pyogenes, Streptococcus mutans, Streptococcus faecalis, Streptococcus lactis, y Streptococcus pneumoniae.
Cocos Gram positivos anaeróbios
Sarcina

XI. Gram positivos que forman endoesporas
Bacillus thuringiensis y B. anthracis
Bacillus anthracis con esporas
XII.Bacilos que forman esporas anaeróbias
Clostridium botulinum y Clostridium tetani
Endoespora bacterial
XIII Mycobacterias
Incluye un sólo género Mycobacterium, dentro de éste tenemos a Mycobacterium lepra y Mycobacterium tuberculosis.



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Participaron: Paola Díaz (2007-2008)
Jaime Casal Álvarez (2011-2012)