Explorando el Mundo Invisible: Fundamentos Esenciales de la Microbiología

Generalidades de la Microbiología

Definición de Microbiología

La microbiología es la ciencia que estudia los microorganismos, seres vivos que no se pueden ver a simple vista. Incluye organismos procariotas y eucariotas simples. Investiga la diversidad microbiana, su evolución y su función en el mundo, así como sus relaciones con el cuerpo humano, animales y vegetales. La palabra proviene del griego «μικρός» mikros («pequeño»), «βίος» bios («vida») y «-λογία» -logía («tratado, estudio, ciencia»).

Tipos de Microbiología

Fisiología microbiana: Estudio (a nivel bioquímico) del funcionamiento de las células microbianas, incluyendo el crecimiento, el metabolismo y la regulación de este. Está estrechamente relacionada con la genética microbiana.
Genética microbiana: Estudio de la organización y regulación de los genes microbianos y cómo estos regulan el funcionamiento de las células. Está estrechamente relacionada con la biología molecular.
Microbiología médica: Estudio de los microorganismos que causan enfermedades en el ser humano, su transmisión, la patogénesis y su tratamiento. Muy relacionada con la medicina, la epidemiología, la farmacología y la salud pública.
Microbiología veterinaria: Estudio de los microorganismos que causan enfermedades en los animales, principalmente en los domésticos y en los de interés económico (reses, aves de corral, cerdos, ovejas, cabras, etc.).
Microbiología ambiental: Estudio de la función y diversidad de los microbios en sus entornos naturales. Incluye la ecología microbiana y la geomicrobiología.
Microbiología evolutiva: Estudio de la evolución de los microbios. Incluye la sistemática y la taxonomía bacterianas.
Microbiología industrial: Estudia la explotación de los microorganismos para su uso en procesos industriales. Ejemplos son la fermentación industrial (obtención de bebidas alcohólicas), el tratamiento de aguas residuales, la producción de biológicos (vacunas, antídotos) y la producción de alimentos tales como yogur, queso, etc.
Microbiología de los Alimentos: Se enfoca en los análisis microbiológicos de alimentos para asegurar la calidad y seguridad de un proceso. La interpretación de los resultados es un aspecto clave.

Subdisciplinas y Disciplinas Relacionadas

Bacteriología: Estudio de los procariontes (bacterias, arqueas). También abarca el estudio de las micobacterias (micobacteriología).
Virología: Estudio de los virus.
Micología: Estudio de los hongos.
Protozoología: Estudio de los protozoarios.
Micropaleontología: Estudio de los microfósiles.
Palinología: Estudio del polen y las esporas.
Ficología (Algología): Estudio de las algas y microalgas.
Microbiología sanitaria: Estudio de los microorganismos que contaminan los alimentos y que los estropean o que pueden transmitir enfermedades a quienes los consumen.
Microbiología agrícola: Estudio de los microorganismos (especialmente los hongos y las bacterias) que se encuentran en los suelos destinados al cultivo de plantas de interés económico y de cómo estos interaccionan de manera benéfica.
Fitopatología: Estudio de las enfermedades que ciertas especies de microorganismos (virus, bacterias, hongos, protistas y nematodos) causan en las plantas, principalmente en las de interés económico.
Ecología microbiana: Estudia el comportamiento que presentan poblaciones de microorganismos cuando interactúan en el mismo ambiente, estableciendo relaciones biológicas entre sí.

Microorganismos

Los microorganismos son seres vivos diminutos, apreciables solo con microscopio, que pueden existir de forma libre e independiente. Pueden ser unicelulares o agregados celulares simples.

Pueden ser eucariotas (con envoltura nuclear, como hongos y protistas) o procariotas (sin envoltura nuclear, como bacterias).
La microbiología tradicional se enfoca en microorganismos patógenos (bacterias, virus y hongos).

Beneficios de la Microbiología

Aunque históricamente la microbiología se ha asociado con enfermedades humanas y animales, la mayoría de los microorganismos no son patógenos y desempeñan roles imprescindibles para la vida y la sociedad.

Ciclo del nitrógeno: Fijación del nitrógeno atmosférico, posibilitando la vida de los organismos vegetales.
Ciclo del carbono: Bacterias del ciclo del carbono, indispensables para reincorporar al suelo la materia orgánica.
Tubo digestivo: Microorganismos en nuestro tubo digestivo que facilitan la digestión.
Industria: Fermentaciones para la producción de bebidas alcohólicas y productos lácteos.
Farmacéutica y biotecnología: Producción de antibióticos, hormonas, enzimas, etc.
Investigación: Herramientas para la clonación de genes y la producción de proteínas.

Microorganismos y Enfermedades

Las enfermedades infecciosas son causas importantes de muerte, especialmente en niños y adultos jóvenes. Según la OMS, representan el 45% del total de muertes.

Principales enfermedades infecciosas:

Infecciones respiratorias agudas
SIDA
Enfermedades diarreicas agudas
Tuberculosis
Malaria
Sarampión

Los estados de salud y enfermedad dependen de:

Agente causal: Microorganismos, agentes físicos (calor, frío, electricidad), agentes químicos (tóxicos).
Huésped: Estado nutricional, defensa inmunológica, edad, sexo.
Ambiente: Temperatura, humedad, agua, alimentos, vectores, luz solar.

Relación con los Microorganismos

Existen millones de microorganismos que conviven con nosotros. Hay tres tipos de simbiosis:

Mutualismo: Ambos se benefician (ej., bacterias en el intestino).
Comensalismo: El huésped obtiene beneficios sin afectar al hospedador (ej., bacterias en la piel).
Parasitismo: El huésped se beneficia dañando al hospedador (ej., hongos en la piel).

Los microorganismos que causan enfermedad se denominan patógenos.

La microbiota normal o microflora normal son los microorganismos que habitan o colonizan alguna superficie del cuerpo sin causar enfermedad.

Infección

Es la penetración, multiplicación e invasión de un agente infeccioso en el cuerpo. La infección afecta significativamente el funcionamiento normal del cuerpo, causando lo que denominamos enfermedad infecciosa.

Puerta de entrada: Piel, mucosas, placenta, ruta parenteral.
Salida del microorganismo: Secreciones (cera del oído, lágrimas, secreciones nasales, saliva, esputos, gotitas respiratorias o de Flügge, secreciones vaginales, semen, leche materna y sangre) o excreciones (heces y orina).
Reservorio: Huésped, ambiente o fuente donde el microorganismo se mantiene y multiplica sin causar necesariamente enfermedad.
Huésped: Organismo que alberga al agente infeccioso.
Transmisión: Paso de un agente infeccioso de un reservorio a un nuevo huésped susceptible.
Contagio: Transmisión de una enfermedad infecciosa de una persona (o animal) enferma a una sana.

Formas de Transmisión

Transmisión por contacto:

Directo (tocar, besar, relaciones sexuales).
Indirecto (fómites: peines, juguetes, agujas).
Gotas (exhalar, toser, estornudar).

Transmisión mediante un vehículo:

Aire (aerosoles, polvo).
Agua (enfermedades gastrointestinales).
Comida.

Transmisión por un vector:

Mosquito, vinchuca.

Inmunidad

Es la capacidad de nuestro organismo de defendernos específicamente contra un patógeno.

Inmunidad activa adquirida artificialmente: Se induce administrando antígenos en forma de vacunas.
Antígeno: Sustancia que provoca una respuesta inmune.
Vacunas: Materiales procedentes de microorganismos, células u otras fuentes que inducen resistencia inmunológica.
Anticuerpos: Proteínas producidas por el sistema inmunitario que reconocen sustancias extrañas.

Desinfección, Esterilización y Profilaxis

Desinfección: Proceso para matar microorganismos que causan infecciones en superficies u objetos.
Esterilización: Destrucción completa de todas las formas de vida en un objeto o material.
Profilaxis: Medidas para prevenir la aparición de una enfermedad o infección.

Crecimiento, Supervivencia y Muerte de los Microorganismos

El crecimiento de los microorganismos depende de su reproducción, que puede ser sexual o asexual. Su supervivencia está ligada a su adaptación al ambiente. La muerte de los microorganismos depende de factores específicos y sigue fases definidas.

Estructura Celular

Células Eucariotas: Contienen núcleo, membrana celular, citoplasma y orgánulos.
Células Procariotas: No tienen núcleo verdadero (nucleoide), pero sí membrana celular y citoplasma.

Componentes Comunes:

Membrana celular
Citoplasma
Ribosomas

Métodos Ópticos para el Estudio de Microorganismos

Microscopio de luz:

El poder de resolución bajo condiciones ideales es de casi la mitad de la longitud de onda de luz utilizada.

Tipos de Microscopios de Luz:

Microscopio de campo brillante
Microscopio de contraste de fases
Microscopio de campo oscuro
Microscopio de fluorescencia
Microscopio diferencial de contraste de inferencia (DIC)

Microscopio electrónico:

Microscopio electrónico de transmisión (TEM)
Microscopio electrónico de barrido (SEM)

Microscopio de sondas de barrido:

Miden características de la superficie al desplazar una sonda sobre el objetivo.

Clasificación de las Bacterias

Según la forma:

Cocos: Esféricas (diplococos, estreptococos, tétradas, sarcina, estafilococos).
Bacilos: Alargadas (estreptobacilos, diplobacilos).
Cocobacilos: Intermedia entre cocos y bacilos.
Vibrios: Forma de bastón curvo o coma.
Espirilos: Helicoidales o de espiral.
Espiroquetas: Espiral o helicoidal.
Filamentosas: Alargadas que forman estructuras parecidas a hilos.

Según su pared celular (Tinción de Gram):

Gram-positivas: Pared celular gruesa de peptidoglicano (tiñen de púrpura).
Gram-negativas: Pared celular delgada y compleja con capa externa de lípidos (tiñen de rosada).

Según el metabolismo:

Autótrofas: Sintetizan su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas.

Fotoautótrofas: Usan la luz solar.
Quimioautótrofas: Usan reacciones químicas.

Heterótrofas Dependen de fuentes externas de carbono y energía.

Según la movilidad:

Móviles: Capacidad de desplazarse gracias a flagelos.
Inmóviles: No tienen capacidad de desplazarse.

Según el requerimiento de oxígeno:

Aerobias: Crecen y viven en presencia de oxígeno.

Aerobias Obligadas: Necesitan oxígeno para sobrevivir (ej., Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Lactobacillus, Nocardia).

Anaerobias Prosperan en ausencia de oxígeno.Facultativas Pueden desarrollarse en presencia o ausencia de oxígeno.