Historia de la Microbiología y su Impacto en la Salud Pública
Microorganismos
Son organismos microscópicos unicelulares o multicelulares como bacterias, virus, hongos, protozoos y algas. A pesar de su tamaño, tienen funciones vitales en la naturaleza, la salud y la industria.
Microbiología
Es la rama de la biología que estudia los microorganismos y su relación con el ser humano, los animales y el ambiente. Incluye también a los virus, aunque no son seres celulares.
Vacunas Destacadas en la Historia
- Viruela (Jenner, 1796)
- Rabia (Pasteur, 1885)
- Poliomielitis (Salk, 1955)
- DTaP y MMR (siglo XX)
- Vacunas ARNm (Weissman y Karikó, 2005) – base de la vacuna COVID-19.
Impacto en la Salud Pública
La microbiología permitió controlar epidemias, crear vacunas, antibióticos y mejorar la higiene y prevención. Gracias a ella se redujeron enfermedades como la viruela, la polio y la tuberculosis.
Clasificación de Microorganismos
Incluye bacterias, arqueas, protozoos, hongos, algas, helmintos, artrópodos y virus. Cada grupo tiene estructuras y funciones diferentes, pero todos pueden afectar al ser humano directa o indirectamente.
Relación con la Inmunología
El sistema inmune se desarrolló para defendernos de los microorganismos. La microbiología y la inmunología están conectadas porque ambas estudian cómo el cuerpo reacciona ante las infecciones.
Prevención y Control
Se basa en la vacunación, la higiene, el uso de EPP (guantes, mascarillas), evitar el contacto con enfermos y seguir las normas sanitarias de la OMS, CDC o MINSA.
Diversidad Microbiana: Clasificación y Relevancia Clínica
La diversidad microbiana comprende todos los microorganismos presentes en la Tierra, los cuales varían en estructura, metabolismo y función. Estos organismos pueden ser beneficiosos o patógenos, y cumplen roles vitales en la naturaleza, la industria y la salud.
Clasificación General
- Procariotas: sin núcleo definido. Incluyen bacterias y arqueas.
- Eucariotas: con núcleo y organelos. Incluyen protozoos, hongos, algas y helmintos.
- Virus: no son células; poseen ADN o ARN y necesitan un huésped para reproducirse.
Grupos Principales y su Importancia
- Bacterias: como E. coli o Streptococcus pneumoniae; causan infecciones, pero también participan en fermentación, descomposición y fijación de nitrógeno.
- Arqueas: extremófilas como Methanobrevibacter smithii; útiles en biotecnología.
- Protozoos: como Plasmodium o Giardia; algunos provocan enfermedades parasitarias.
- Hongos: como Candida o Aspergillus; pueden causar micosis o producir antibióticos.
- Algas: fotosintéticas; generan oxígeno y se aplican en alimentos y biocombustibles.
- Helmintos y Artrópodos: parásitos multicelulares que producen enfermedades intestinales o dérmicas.
- Virus: como Influenza o SARS-CoV-2; causan infecciones virales y evolucionan mediante mutaciones.
Principios de la Infección Microbiana y Postulados de Koch
La infección microbiana ocurre cuando microorganismos (virus, bacterias, hongos o parásitos) entran al cuerpo, se multiplican y provocan una respuesta del huésped. Puede ser:
- Inaparente: sin síntomas visibles, pero con respuesta inmunológica.
- Enfermedad infecciosa: hay síntomas, signos clínicos y alteraciones fisiológicas.
Postulados de Koch
Estos principios fueron la base para descubrir patógenos como los de la tuberculosis, ántrax y cólera.
- El microorganismo debe estar presente solo en enfermos.
- Puede aislarse y cultivarse en laboratorio.
- Causa la misma enfermedad al inocularlo en un organismo sano.
- Se puede volver a aislar del nuevo huésped.
Patogénesis y Virulencia
La patogénesis bacteriana es el proceso por el cual las bacterias causan daño al organismo.
La virulencia es la capacidad del patógeno para producir enfermedad; incluye adherencia, invasión y producción de toxinas.
Tipos de Patógenos
- Primarios: causan enfermedad incluso en personas sanas (ej. Mycobacterium tuberculosis).
- Oportunistas: solo causan daño cuando el sistema inmune está debilitado (ej. Candida albicans).
Microbiota Humana: Funciones y Efectos en la Salud
La microbiota humana es el conjunto de microorganismos (bacterias, hongos, virus y arqueas) que viven en distintas partes del cuerpo como la piel, boca, intestinos y tracto respiratorio.
El microbioma se refiere al total de genes de esos microorganismos.
Funciones Principales de la Microbiota
- Digestión: ayudan a descomponer carbohidratos, proteínas y grasas, produciendo gases y vitaminas esenciales (como K y B12).
- Inmunidad: fortalecen las defensas naturales y evitan que crezcan bacterias patógenas.
- Salud Mental: influyen en el comportamiento, el estrés y el estado de ánimo a través del eje intestino-cerebro.
Composición
En el intestino predominan los Firmicutes (Lactobacillus, Streptococcus) y los Bacteroidetes; también hay E. coli y Bifidobacterias. Cada persona tiene un microbioma único influido por su alimentación, edad y estilo de vida.
Factores que Alteran la Microbiota (Disbiosis)
- Dietas altas en grasas y proteínas animales o bajas en fibra.
- Uso excesivo de antibióticos.
- Estrés, falta de sueño y sedentarismo.
Consecuencias de la Disbiosis
- Enfermedades autoinmunes e inflamatorias (artritis reumatoide, colitis).
- Cáncer colorrectal por alteración del metabolismo bacteriano.
- Enfermedades metabólicas como obesidad y diabetes tipo 2.
Estructura Celular Bacteriana
Las bacterias tienen estructuras esenciales que aseguran su forma, crecimiento y supervivencia:
- Pared celular: da rigidez y forma, compuesta de peptidoglicano.
- Membrana plasmática: regula el paso de sustancias, hecha de lípidos, proteínas y carbohidratos.
- Citoplasma: medio donde ocurren las reacciones metabólicas; no tiene mitocondrias.
- Cromosoma bacteriano: ADN libre sin núcleo definido.
Estructuras No Esenciales (Accesorias)
Son importantes para la patogenicidad y adaptación:
- Flagelos: dan movilidad.
- Pili y fimbrias: permiten adhesión y transferencia genética.
- Cápsula: protege contra la desecación y la fagocitosis.
- Endosporas: resisten calor, desinfectantes y condiciones extremas.
Clasificación por Tinción de Gram
Las bacterias se clasifican según su tinción de Gram:
- Gram Positivas (+): pared gruesa de peptidoglicano, se tiñen violetas. Ej: Staphylococcus aureus.
- Gram Negativas (-): pared delgada y membrana externa con lipopolisacáridos (LPS), se tiñen rosadas. Ej: E. coli.
- Atípicas: sin pared celular, como Mycoplasma pneumoniae.
Relevancia Clínica de la Tinción de Gram
Esta diferencia es clave en medicina:
- Gram + → sensibles a penicilina y vancomicina (actúan en la pared).
- Gram – → sensibles a cefalosporinas y fluoroquinolonas (actúan en la membrana).
En salud, la membrana bacteriana influye en la patogenicidad, ya que permite adhesión, producción de toxinas y resistencia a antibióticos. Por eso es un blanco terapéutico para nuevos fármacos y vacunas.
Fundamentos del Metabolismo Bacteriano
El metabolismo bacteriano es el conjunto de reacciones químicas que permiten a las bacterias obtener energía y adaptarse a distintos ambientes.
Tipos de Sustratos Utilizados
- Orgánicos: azúcares, lípidos, aminoácidos; se degradan para producir energía y formar componentes celulares.
- Inorgánicos: amoníaco, sulfuros o nitratos; usados por bacterias quimiosintéticas cuando no hay carbono orgánico.
- Luz Solar: bacterias fotosintéticas capturan energía solar para fabricar compuestos orgánicos (fotosíntesis).
Principales Rutas Metabólicas
- Glucólisis: descompone glucosa → piruvato + ATP + NADH.
- Respiración Aeróbica: usa oxígeno, genera mucho ATP (cadena de transporte de electrones).
- Fermentación: sin oxígeno, produce menos energía (ácido láctico, alcohol, etc.).
- Ciclo de Krebs: oxida completamente el piruvato y genera electrones y ATP.
- Fotosíntesis: convierte energía solar en energía química (ATP y carbohidratos).
Importancia Clínica e Industrial
- En salud: permite entender cómo las bacterias sobreviven, se vuelven patógenas y cómo atacarlas con antibióticos dirigidos a sus vías metabólicas.
- En industria: base de procesos como fermentación (yogur, cerveza, queso) y biotecnología (producción de insulina, biocombustibles).
Genética Bacteriana: Transferencia Genética
La genética bacteriana estudia cómo las bacterias heredan y modifican su material genético. Su genoma suele estar en una molécula circular de ADN, aunque también poseen plásmidos, que son fragmentos de ADN extracromosómico que aportan genes de resistencia o virulencia.
Mecanismos de Transferencia Genética
Las bacterias no solo transmiten genes a su descendencia (transferencia vertical), sino también a otras bacterias (transferencia horizontal), lo que acelera su evolución. Esta puede darse por tres mecanismos principales:
- Transformación: una bacteria incorpora fragmentos de ADN libres del ambiente, integrándolos en su genoma.
- Transducción: un fago (virus bacteriano) transfiere ADN de una bacteria a otra durante una infección.
- Conjugación: dos bacterias se conectan mediante un pili sexual y transfieren material genético directamente, usualmente a través de plásmidos.
Resistencia a Antibióticos
Estos procesos permiten adquirir genes que confieren resistencia a antibióticos, nuevas capacidades metabólicas o mayor virulencia, influyendo en su adaptación y patogenicidad.
La resistencia antibiótica surge por mutaciones o transferencia de genes que producen enzimas inactivadoras, alteran blancos terapéuticos o bombean los antibióticos fuera de la célula. Esto representa una amenaza global para la salud pública.