Microbiología Esencial: Patógenos, Virulencia y Aplicaciones Biotecnológicas

Flora Microbiana Normal y Patógenos

La flora microbiana normal o biota es el conjunto de microorganismos que conviven con el hospedador sin causarle daño. Estos microorganismos protegen al hospedador del asentamiento de organismos patógenos, previniendo enfermedades infecciosas.

Los microorganismos oportunistas son aquellos que, siendo normalmente inocuos, pueden convertirse en patógenos cuando se produce algún cambio en el hospedador (como una inmunosupresión o una alteración de la biota normal).

Toxinas Microbianas: Exotoxinas vs. Endotoxinas

Las toxinas son sustancias producidas por microorganismos que dañan y desorganizan los tejidos del hospedador. Ejemplos incluyen enzimas como proteasas, nucleasas y lipasas.

Comparativa de Toxinas

Exotoxinas

Son proteínas solubles liberadas al medio, principalmente por bacterias Gram positivas (Gram +).
Son sensibles al calor.
Poseen una toxicidad muy alta.
No suelen producir fiebre.
Tienen efectos específicos sobre tejidos e inducen la formación de anticuerpos (son inmunogénicas).

Endotoxinas

Son lípidos (LPS) que forman parte de la membrana externa (MB externa) de bacterias Gram negativas (Gram -).
Producen fiebre y tienen efectos generales en el organismo.
No son destruidas por el calor.
No inducen la formación de anticuerpos de manera efectiva.
Su toxicidad es baja en comparación con las exotoxinas.

Mecanismos de Infección y Virulencia

Desarrollo de Enfermedades Infecciosas

Una enfermedad infecciosa ocurre cuando un patógeno perjudica al hospedador, lo cual requiere que acceda a los tejidos y prolifere. El primer paso es superar las barreras físicas (piel o mucosas).

Fases de la Infección

Adherencia a las mucosas: El patógeno se fija a las mucosas (respiratorias, digestivas o genitourinarias).
Penetración y Diseminación: Tras la adherencia, el patógeno puede iniciar el daño liberando toxinas. Normalmente, penetra el tejido y se disemina, proliferando y compitiendo con la biota normal.
Crecimiento: La enfermedad infecciosa se manifiesta si hay un crecimiento significativo del patógeno en los tejidos del hospedador, lo cual requiere nutrientes y un ambiente adecuado.

Factores de Virulencia

La virulencia (capacidad de un patógeno para causar daño) depende de dos factores principales para el desarrollo de la enfermedad:

Patogenicidad del parásito: Capacidad intrínseca del microorganismo para producir cambios perjudiciales en el hospedador.
Resistencia/Susceptibilidad del hospedador: Depende de las defensas del hospedador y su estado nutricional.

Agentes Patógenos y Vías de Transmisión

Los agentes patógenos incluyen bacterias, hongos, protozoos, virus, viroides y priones.

Las vías de transmisión comunes son: contacto directo, aire, vía sexual, agua y alimentos.

Conceptos Clave de Epidemiología

Epidemia: Ocurre cuando el número de casos de una enfermedad excede al previsto en un período de tiempo determinado en una región específica.
Pandemia: Es una epidemia que afecta a una gran extensión geográfica o que se extiende a varios continentes.
Prevalencia: Número de personas enfermas de una población en un período determinado, dividido entre el número total de personas de dicha población.
Incidencia: Número de casos nuevos de una enfermedad en una población durante un período de tiempo específico.
Zoonosis: Enfermedad que, habitualmente, se produce en animales, pero que, en ocasiones, se puede transmitir al ser humano.

Clasificación de Enfermedades Infecciosas (EE)

EE Bacterianas

Vía respiratoria (por el aire): Difteria (Gram +); Meningitis (Gram -).
Vía oral-fecal (gastrointestinal): Salmonelosis (Gram -); Botulismo (Gram +).
Vía parenteral o por la piel: Peste; Lepra (Gram +).
Vía gastrointestinal o respiratoria: Carbunco o ántrax (Gram +).

EE Fúngicas (Micosis)

Las micosis son infecciones superficiales producidas por hongos. Su tratamiento se realiza con antimicóticos.

Candidiasis: Causada por la levadura Candida albicans, que afecta mucosas genitales y digestivas, provocando picor. Es objeto de contagio por vía sexual.
Tiña: Produce manchas y lesiones en la piel (ejemplo: “pie de atleta”). Causada por géneros como Microsporum, Trichophyton y Epidermophyton.

EE por Protozoos

Malaria: Causada por Plasmodium. Se transmite por la picadura del mosquito Anopheles. Afecta al hígado y a los glóbulos rojos, causando fiebres, escalofríos, dolores de cabeza, musculares y anemia.
Toxoplasmosis: Causada por Toxoplasma. Se adquiere por aguas contaminadas o carne poco cocida. Es grave en mujeres embarazadas.
Enfermedad del sueño: Causada por Tripanosoma. Transmitida por la mosca tsé-tsé en África. Afecta a los vasos sanguíneos y al Sistema Nervioso Central (SNC).

EE Víricas

Las enfermedades víricas presentan una alta tasa de mutación. Se tratan con antivirales, vacunas o interferón (los antibióticos no son efectivos).

Gripe: Transmisión aérea. Síntomas: fiebre, dolores de garganta, musculares y articulares.
Poliomielitis: Vía oral-fecal. Afecta al intestino y al sistema nervioso. Puede producir parálisis o muerte.
Sarampión: Vías respiratorias. Síntomas: fiebre y manchas rojizas.
Hepatitis (A, B, C, D y E): Las más graves son la B y la C, que se contagian por vía sexual, sanguínea o de madre a feto. El resto se contagian por vía oral. Dañan el hígado.
Rabia: Transmitida por la mordedura de mamíferos. Síntomas: dolor, espasmos, hipersensibilidad a la luz y al ruido.
Varicela: Produce manchas rojas que se convierten en vesículas y costras, con picor. El virus puede permanecer latente (Herpes).
Viruela: Erradicada en 1977. Caracterizada por erupciones cutáneas.

Utilidad de los Microorganismos en la Biotecnología

Aplicaciones en la Alimentación

Los microorganismos se utilizan en procesos de fermentación (anaeróbicas) u oxidaciones incompletas, como la fermentación alcohólica o la láctica, para producir alimentos.

Aplicaciones Industriales y Farmacéuticas

Fabricación de antibióticos: Producidos por hongos y bacterias (ejemplos: Penicilina, estreptomicina, tetraciclinas).
Fabricación de enzimas: Utilizadas como catalizadores en diversos procesos.
Ingeniería Genética: Se emplean microorganismos para obtener fármacos, vacunas, hormonas, etc.
Plaguicidas: Uso de toxinas como la de Bacillus thuringensis, que afecta a larvas de insectos.

Medio Ambiente y Sostenibilidad

Biorremediación: Proceso de eliminación de contaminantes mediante el uso de microorganismos.
Biodegradación: Transformación de contaminantes (como el petróleo) en sustancias menos nocivas.
Tratamiento de aguas residuales.

Minería y Energía

Minería: El género Thiobacillus se emplea para solubilizar metales (cobre, hierro).
Biocarburantes: Se obtienen tras la degradación de materia orgánica. Al quemarse, producen la misma cantidad de CO₂ que absorbió la planta al crecer (ejemplos: Biodiésel o bioetanol).