Centre de Recursos Docents de la Facultat de Medicina UAB

LAS BACTERIAS
1. Estructura de la célula bacteriana
2. Antígenos bacterianos
3. Formas de resistencia: esporas
4. Morfología y visualización de las bacterias
5. Metabolismo bacteriano
6. División bacteriana
7. Medios de cultivo
8. Taxonomía bacteriana
9. Identificación de bacterias
10. Bacterias de interés en medicina
1. Estructura de la célula bacteriana
Las bacterias son células procariotas, de un tamaño entre 0’2 y 5 µm, envueltas por
una membrana citoplasmática y una pared externa de estructura característica;
poseen el citoplasma repleto de ribosomas y el material genético está libre sin
membrana nuclear. Algunas son móviles por poseer flagelos (Figura 1).
Citoplasma. El citoplasma de las células procariotas, a diferencia del de las
eucariotas, carece de orgánulos membranosos internos (mitocondrias, retículo
endoplasmático, aparato de Golgi) y de los microtúbulos que forman el citoesqueleto
de las células eucariotas. Está constituido por una masa densa, amorfa, con aspecto
granular por estar repleto de abundantes ribosomas.
Los ribosomas de las células procariotas son más pequeños que los de las
eucariotas, aunque de estructura semejante a los de éstas, en ellos tiene lugar la
síntesis proteica.
Genoma bacteriano. El genoma bacteriano está formado por una sola molécula de
DNA bicaternario de forma circular, cerrada, y gran tamaño (“cromosoma”). En
Escherichia coli mide 1-2 mm lo que supone unas mil veces la longitud de la
bacteria. Este gran tamaño y la ausencia de histonas1 hace que el DNA se encuentre
aparentemente apelotonado formando un ovillo en el interior del citoplasma.
Esta molécula de DNA no se encuentra separada del citoplasma por una membrana
nuclear sino que está directamente inmersa en el mismo, por lo que no se puede
hablar con propiedad de núcleo bacteriano, refiriéndose a este acumulo de material
genético como nucleoide. La ausencia de membrana nuclear permite una
trascripción muy rápida de la información genética.
Las bacterias pueden albergar material genético adicional al cromosoma en forma
de pequeñas moléculas circulares de DNA bicaternario libre en el citoplasma,
denominadas plásmidos, que constituyen material genético extracromosómico
autónomo. Los plásmidos, como los fagos lisogénicos2 pueden codificar diversos
1
Aunque existen otras proteínas asociadas al DNA bacteriano con función de soporte
2
Ver lección de virus. Los bacteriófagos, aunque constituyen un fragmento de material genético
exógeno, en estado lisogénico tienden a integrarse en el cromosoma bacteriano. También los
plásmidos pueden circunstancialmente integrarse en el cromosoma bacteriano
1
productos de interés, como enzimas inactivantes de antibióticos, bacteriocinas3,
exotoxinas, adhesinas y otros factores de patogenicidad, así como enzimas con
actividades metabólicas.
Los plásmidos se replican de forma sincrónica con el cromosoma celular y como él
se transmiten de forma estable a las células hijas (transmisión vertical); este tipo de
transmisión también se da en otros episomas como los fagos lisogénicos.
Algunos plásmidos, conocidos como plásmidos transferibles, pueden transmitirse a
otras células bacterianas carentes de ellos mediante un mecanismo de transferencia
horizontal denominado conjugación, que comporta su replicación previa, y el paso de
una copia a través de una fimbria a otra bacteria, por lo que ambas células,
donadora y receptora, poseen una copia del mismo.
Membrana celular. Posee las características generales de las membranas
biológicas. Está formada por una doble capa de fosfolípidos en la que se encuentran
incluidas proteínas de gran importancia funcional relacionadas con la permeabilidad
y el metabolismo (Figuras 2 y 3).
La membrana celular aísla al citoplasma del medio externo, en ella se localizan
secuencialmente diversos enzimas implicados en el metabolismo energético y
biosintético. También participa en el anclaje y segregación del “cromosoma”
bacteriano durante la división celular mediante invaginaciones (mesosomas).
Constituye el soporte para los flagelos y también aporta la energía necesaria para su
movimiento.
Pared bacteriana. La pared bacteriana es una estructura rígida, que se encuentra
situada por fuera de la membrana citoplasmática constituyendo un exoesqueleto,
cuya composición química fundamental es una molécula, conocida como
peptidoglicano, que sólo se encuentra en el mundo bacteriano.
El peptidoglicano es un largo polímero, filamentoso, constituido por dos
aminoazúcares (N-acetil-glucosamina y N-acetil-murámico) alternados. Estos
filamentos poliméricos se enlazan entre sí por pequeños péptidos. En efecto, del Nacetil-murámico se originan unos tetrapéptidos los cuales se unen entre sí por otros
puentes peptídicos.
3
Las bacteriocinas son proteínas con actividad antibacteriana para otras bacterias diferentes a las
que las producen, que les permite competir en territorios donde existe una flora mixta
2
Podría imaginarse la membrana celular como el frágil vidrio de una garrafa protegido
por su envoltura de mimbre, que equivaldría a la pared. Los largos “mimbres”
formados por los polímeros de los azúcares estarían unidos entre sí por pequeños
péptidos para no desarmarse.
Según las características generales de la pared, las bacterias pueden dividirse en
dos grandes grupos, que se diferencian fácilmente entre sí al observarlas al
microscopio óptico después de haber sido teñidas por el método de Gram. En la
tinción de Gram se utiliza como colorante el violeta de genciana que tiñe las células
bacterianas de color violeta oscuro. Después de esta primera tinción, se decolora la
preparación con alcohol y acetona. Unas bacterias, las grampositivas, resisten la
decoloración y persisten teñidas de violeta intenso, mientras que otras bacterias, las
gramnegativas, se decoloran. Para poder observar estas bacterias decoloradas, se
utiliza un colorante como la safranina que las tiñe de color rosa pálido, contrastando
claramente con el violeta. Este comportamiento distinto depende de diferencias en la
estructura de la pared (Figura 4).
Pared de las bacterias grampositivas. En este grupo de bacterias el
peptidoglicano es muy grueso, constituyendo una ancha malla tridimensional a
través de la cual emergen radialmente al exterior estructuras fibrilares polisacáridas,
entre otras los ácidos teicoicos. También existen proteínas fibrilares que emergen
desde el peptidoglicano a la superficie4. Algunas de estas estructuras constituyen los
antígenos de superficie de las bacterias grampositivas (Figuras 5 y 6).
Pared de las bacterias gramnegativas. El peptidoglicano forma una malla fina,
existiendo por fuera del mismo y unida a él por lipoproteínas, una membrana
externa, que no se encuentra en las bacterias grampositivas. Entre la membrana
externa y la membrana citoplasmática se delimita un espacio virtual, denominado
periplásmico (Figuras 5 y 7). La membrana externa tiene estructura clásica en doble
capa fosfolipídica y contiene en gran abundancia proteínas algunas de las cuales
regulan la permeabilidad (porinas) y lipopolisacáridos (LPS).
El lipopolisacárido es una molécula alargada que posee dos fragmentos, uno interno
de naturaleza lipídica, anclado en la membrana, que se conoce como lípido A y otro
que sobresale al exterior, formado a su vez por dos partes: una medial denominada
4
En algunos grupos bacterianos emergen lípidos
3
“core” y otra distal o externa formada por una secuencia de 2 a 3 azúcares que se
repiten y constituyen el antígeno de superficie más importante de las bacterias
gramnegativas denominado antígeno O (Figura 8).
Algunas bacterias, poseen una pared rica en ácidos grasos de cadena larga (ácidos
micólicos y ceras) junto a proteínas y polisacáridos. Estos ácidos grasos les
confieren propiedades particulares; entre ellas una mayor resistencia a agentes
químicos, como los ácidos y álcalis5. Se tiñen mal por el método de Gram y lenta
pero intensamente con colorantes como la fucsina (rojo), pero una vez teñidas por
este colorante a diferencia del resto de las bacterias, resisten la decoloración por
ácidos y alcoholes denominándose bacterias alcohol-ácido resistentes. Esta
característica tintorial se evidencia mediante la tinción de Ziehl-Neelsen en las que
las bacterias alcohol-ácido resistentes se tiñen de rojo y las que pierden la
coloración al ser tratadas por alcohol y ácido se tiñen con azul de metileno para
contrastarlas con las anteriores.
Sólo las micobacterias, nocardias y rodococos entre las bacterias de interés en
medicina, y las esporas bacterianas, son alcohol-ácido resistentes, aunque existen
otros grupos como las corinebacterias que no son alcohol-ácido resistentes, pero
también poseen una pared rica en ácidos grasos.
Ciertas bacterias con estructura de gramnegativas como las espiroquetas, poseen
una pared caracterizada por presentar flagelos en el espacio periplásmico que les
confiere una morfología espirilar característica y colaboran a su movilidad.
Por último, las arqueobacterias y los micoplasmas carecen de pared bacteriana.
Estas bacterias sin pared son de forma variable.
El peptidoglicano constituye un exoesqueleto rígido. Su función principal es evitar la
ruptura osmótica de la membrana ya que en condiciones normales la presión
intracelular en las células procariotas es más elevada que la extracelular.
Secundariamente esta pared rígida confiere la forma característica de cada bacteria.
Según la morfología pueden distinguirse cuatro tipos de bacterias: cocos, de forma
esférica; bacilos, de forma alargada; espiroquetas, de forma espiral y bacterias sin
pared de forma irregular.
5
Aspecto muy importante, en relación a su capacidad de persistencia en el medio ambiente y a las
técnicas para su cultivo (véase más adelante)
4
La inoculación a animales de experimentación de lipopolisacárido da lugar a una
compleja y grave reacción tóxica que puede abocar al shock6, por lo que se le ha
denominado endotoxina. Esta toxicidad, a la que también es susceptible el hombre,
depende probablemente del lípido A. La cadena distal polisacárida del antígeno O
protege a la bacteria frente a diversos sistemas bactericidas existentes en los
tejidos, en particular el complemento. Se halla especialmente desarrollada en las
bacterias gramnegativas que carecen de cápsula.
La membrana externa constituye una barrera que condiciona el transporte de la
mayoría de las sustancias químicas. La permeabilidad en las bacterias
gramnegativas se efectúa a este nivel mediante porinas y proteínas de transporte
específico. Este fenómeno de permeabilidad tiene importancia en microbiología
clínica ya que es responsable de importantes diferencias en la sensibilidad a los
antibióticos. Así, las bacterias gramnegativas, son resistentes a una serie de
antibióticos hidrofílicos, a los que son sensibles las bacterias grampositivas, ya que
no pueden atravesar sus membranas externas en función de su tamaño,
configuración espacial de la molécula o carga neta. Por otra parte, en el espacio
periplásmico se hallan libres diversas enzimas que aún siendo externas al
protoplasma celular no difunden libremente al medio por lo que su eficacia resulta
incrementada por concentración en este espacio. Las betalactamasas, enzimas que
inactivan los antibióticos betalactámicos (penicilina y otros), se localizan a este nivel.
Exopolímeros bacterianos: Cápsula y glicocalix. Son estructuras fibrilares
poliméricas localizadas externamente a la pared, generalmente de naturaleza
polisacárida que pueden ser productos de síntesis celular exportados (cápsula) o
productos sintetizados extracelularmente por exoenzimas bacterianas a partir de
sustratos extracelulares (glicocalix).
La cápsula posee una notable capacidad antigénica y su actividad antifagocitaria la
convierte en un importante factor de virulencia para las bacterias que la poseen
(Figura 9).
El glicocalix envuelve a las células bacterianas y facilita su adhesividad a diversas
estructuras, como en Streptococcus mutans –agente causal de la caries dental– al
6
Hipotensión por vasodilatación, seguida de mala perfusión tisular y fallo multiorgánico
5
esmalte de los dientes. Retiene humedad y nutrientes y puede dificultar el acceso de
los antibióticos y los anticuerpos a los antígenos de superficie.
Muchas bacterias no poseen estos exopolímeros que son estructuras facultativas y
por tanto no son imprescindibles para la vida bacteriana.
Flagelos. Son estructuras fibrilares de naturaleza proteica que constituyen los
órganos de locomoción de las bacterias.
Están formados por la agregación de múltiples subunidades de una proteína globular
denominada flagelina. La agregación de estas subunidades da lugar a un largo
cilindro hueco (Figuras 10 y 11). Su naturaleza proteica confiere al flagelo un
carácter muy inmunogénico (antígenos H).
Pili y Fimbrias. Son estructuras externas filamentosas, tubulares, huecas formadas
de modo semejante a los flagelos por agregación de múltiples subunidades
proteicas. Poseen capacidad antigénica.
Algunas fimbrias juegan un papel importante en la patogénia de las infecciones
bacterianas ya que permiten a las bacterias que las poseen adherirse a las
superficies mucosas, otras poseen funciones semejantes a la cápsula y otras
participan en los procesos de transferencia de plásmidos por conjugación entre las
células (pili sexuales).
2. Antígenos bacterianos
Las estructuras con capacidad antigénica en las bacterias son muy numerosas. Sin
embargo las que posen mayor interés en medicina, por las razones que se
señalarán más adelante, son de localización periférica como la cápsula (K), el
lipopolisacárido (O) y las proteínas de la membrana externa en las bacterias
gramnegativas, y los ácidos teicoicos y otros exopolímeros de la pared en las
grampositivas. Los flagelos (H), las fimbrias y las proteínas de la membrana
citoplasmática también poseen carácter antigénico.
Los anticuerpos protectores van dirigidos generalmente a los antígenos capsulares.
Existe evidencia de este hecho ya que se han utilizado purificados como vacunas
eficaces en el caso de neumococo, hemófilos y del agente causal de la fiebre
tifoidea (antígeno capsular Vi de Salmonella typhi).
6
Se conoce menos la importancia protectora de los anticuerpos dirigidos frente a los
antígenos O, H y proteínas de membrana externa y el papel que juegan estas
estructuras en la patogenicidad de algunas bacterias.
Todos estos antígenos se han utilizado, dependiendo de los microorganismos, para
la subdivisión de las especies bacterianas en serogrupos o serotipos. Así el antígeno
capsular permite subdividir al neumococo, al meningococo y a los hemófilos en
diversos tipos. Los antígenos O y H permiten subdividir las especies de
enterobacterias en serotipos y los antígenos de membrana externa permiten
subdividir los grupos de meningococo en diversos subtipos.
3. Formas de resistencia: Esporas
Algunas bacterias grampositivas , en situaciones ambientales adversas, son
capaces de generar formas de resistencia, denominadas esporas7 mediante un
proceso complejo de esporulación. Las esporas constituyen una de las escasas
formas de diferenciación celular aparecidas en el mundo bacteriano8. Una espora
bacteriana posee una forma esférica u oval y contiene una copia completa del
material genético de la bacteria, estructuras para la síntesis proteica, parte de los
sistemas enzimáticos para la obtención de energía y sustancias de reserva
energética, rodeados por varias envolturas concéntricas, de diferente composición
química, algunas de las cuales son muy resistentes a los agentes físicos y químicos.
Al encontrar condiciones favorables las esporas revierten al estado morfológico y
metabólico normal –vegetativo– a través de un proceso de germinación.
Las esporas, que pueden ser circulares u ovales, según su localización en la
bacteria antes de liberarse pueden clasificarse en centrales, subterminales y
terminales. Estos datos poseen valor para la identificación de las bacterias
esporuladas.
Las esporas únicamente se producen en algunas bacterias grampositivas y entre
ellas tan sólo existen dos géneros, Bacillus y Clostridium, de interés en medicina.
7
Para destruir las esporas se requiere calor húmedo a 121°C durante 20 minutos, calor seco a 180°C
durante 2 horas o antisépticos enérgicos
8
Otras son las variaciones morfológicas que se producen en el ciclo vital de las clamidias, coxiela y
las estructuras formadas por las mixobacterias
7
4. Morfología y visualización de las bacterias
La mayoría de las bacterias poseen un tamaño variable entre 0.2 y 5 µm pudiéndose
observar al microscopio óptico en fresco o teñidas mediante la tinción de Gram u
otras como la de Ziehl-Neelsen.
Aunque presentan escasa variabilidad morfológica, pueden adscribirse a varios
grupos según su forma. Las redondeadas se denominan cocos y las alargadas
bacilos. Los bacilos con forma de coma, se denominan vibriones. Algunos bacilos
poseen forma espirilar denominándose espirilos, que no hay que confundir con las
espiroquetas que presentan una morfología aparentemente semejante, pero poseen
flagelos en el espacio periplásmico. Las bacterias sin pared, como los micoplasmas,
poseen forma irregular.
Cada bacteria perteneciente a uno de estos tipos morfológicos (cocos y bacilos)
puede subdividirse según la tinción de Gram en grampositivas o gramnegativas y
según la de Ziehl en alcohol-ácido resistentes o no.
La morfología, la coloración por la tinción de Gram y la de Ziehl-Neelsen, así como la
presencia o ausencia de esporas, que pueden visualizarse como una estructura
morfológicamente definida, constituyen los caracteres más elementales para la
clasificación de las bacterias.
El examen microscópico es muy utilizado para detectar e identificar presuntivamente
las bacterias en las diversas muestras clínicas que se remiten al laboratorio para
estudio. Sin embargo, algunas bacterias como los micoplasmas, las espiroquetas,
clamidias y rickettsias, no se visualizan mediante las técnicas microscópicas
convencionales, por requerir tinciones especiales o por su pequeño tamaño.
5. Metabolismo bacteriano
El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas catabólicas que producen
energía para el movimiento, el transporte de sustancias en la célula y para la síntesis
de los compuestos celulares estructurales a través de las reacciones anabólicas.
Aunque las bacterias poseen todas las potencialidades metabólicas, autótrofas y
heterótrofas conocidas, sólo poseen interés en medicina las quimiorgano-
8
heterótrofas, que utilizan compuestos orgánicos para la obtención de energía, como
las existentes en los tejidos y secreciones del cuerpo humano.
Las bacterias quimiorganotrofas obtienen energía de los hidratos de carbono y otros
sustratos orgánicos que se incorporan a las rutas metabólicas fermentativas.
La energía se acumula en forma de ATP, que se produce a partir del ADP
(ADP+P=ATP), por dos mecanismos, el de fosfosilización a nivel de sustrato o la
fuerza motriz de protones (por gradiente electroquímico membrana). El primero tiene
lugar en las fermentaciones y el segundo en la cadena respiratoria.
La fermentación es un proceso anaerobio en el que, a través de diversas vías
metabólicas –siendo la de Embden-Meyerhof una de las más universales– se
produce ácido pirúvico a partir de la glucosa y se obtiene una ganancia neta de 2
ATP y 2 NADPH, fuentes de energía y de poder reductor, respectivamente (Figura
12).
El ácido pirúvico (piruvato) puede ser posteriormente degradado, por fermentación, a
varios catabolitos como ácido láctico, etanol, butilenglicol, ácido butírico, ácido
propiónico y otros (Figura 13).
Del ácido pirúvico, formado por fermentación puede aún extraerse gran cantidad de
energía mediante un proceso de respiración aerobia. A partir del pirúvico se forma
acetil coenzima A que se incorpora al ciclo de Krebs. A él están acopladas las
cadenas respiratorias que permiten la síntesis de ATP. En las cadenas respiratorias
el aceptor final de electrones es el oxígeno (Figura 14).
Muchas bacterias heterótrofas pueden obtener energía tanto por vía fermentativa
(anaerobia) como por la respiración (aerobia) por lo que pueden cultivarse y crecer
tanto en ausencia como en presencia de oxígeno, denominándose aerobias y
anaerobias facultativas. Algunas, denominadas aerobias estrictas, sólo pueden
crecer en presencia de oxígeno porqué las vías fermentativas no producen suficiente
energía. Otras sólo pueden obtener energía por vía fermentativa anaerobia y
además la presencia de oxígeno es letal para ellas. Estas bacterias denominadas
anaerobias estrictas deben cultivarse en una atmósfera carente de oxígeno. Por
último, algunas bacterias denominadas microaerófilas activan su metabolismo a
9
concentraciones bajas de oxígeno, pero no crecen a la concentración atmosférica y
lo hacen muy lentamente en anaerobiosis estricta.
Las subunidades moleculares necesarias para la biosíntesis de macromoléculas,
como los aminoácidos, azúcares, lípidos, bases púricas, pirimidínicas, así como
ciertas vitaminas y otros factores esenciales, pueden ser tomadas del medio y
utilizadas como tales para la síntesis. Sin embargo, la mayoría de estas subunidades
pueden ser sintetizadas a partir de catabolitos intermediarios formados en los
procesos catabólicos de moléculas sencillas y universales como los glúcidos y otras.
La glucosa 6-fosfato, el fosfoenol piruvato, el oxalacetato, y el α-cetoglutarato,
constituyen “metabolitos focales” a partir de los cuales, formando diversos
intermediarios, pueden dar lugar a la mayoría de las moléculas estructurales o
funcionales complejas de las células bacterianas, de modo que la combustión de los
azúcares además de aportar energía va formando catabolitos químicos que son
precursores de subunidades básicas estructurales. Ello muestra como existe una
profunda interdependencia entre los procesos catabólicos bioenergéticos y los
biosintéticos.
Aspectos aplicados del estudio de metabolismo bacteriano. Aunque el estudio
del metabolismo bacteriano posee gran interés desde numerosos puntos de vista
(teórico9, farmacológico, industrial) desde el punto de vista de la microbiología
médica aplicada posee valor taxonómico ya que las bacterias, tras su clasificación
inicial según la morfología, Gram, Ziehl, movilidad y esporulación, se diferencian en
grupos según el tipo respiratorio: aerobias, anaerobias, facultativas o microaerófilas
y posteriormente pueden clasificarse a nivel de familia, género o especie según
posean o no diversas capacidades metabólicas.
El conocimiento del metabolismo bacteriano permite además comprender el
fundamento de los métodos de cultivo, el modo de acción de algunos antibióticos
que actúan interfiriendo rutas metabólicas específicas y otros aspectos de la biología
relacionados con la enfermedad humana, como la localización intracelular obligada
de algunas bacterias (clamidias y rickettsias) por insuficiencia de sus vías
metabólicas para permitirles la vida libre.
9
El metabolismo de las bacterias heterótrofas no es esencialmente diferente del de las células de
otros organismos como hongos, protozoos y animales
10
6. División bacteriana
La división bacteriana se hace por un proceso relativamente sencillo en relación a
las células eucariotas que se denomina fisión binaria. La duplicación del cromosoma
bacteriano constituye el paso previo a la división celular. La molécula de DNA se
abre y cada una de las hebras se fija a la membrana, probablemente en un
mesosoma, replicándose. Los dos cromosomas resultantes se separan por
crecimiento de la membrana de la zona intermedia entre los mesosomas que hacen
las funciones de un aparato mitótico primitivo. Posteriormente se sintetiza un septo
bacteriano de doble pared que dividirá a las dos células hijas.
Ver vídeo:
http://www.youtube.com/watch?v=DY9DNWcqxI4&feature=player_detailpage
Nutrición bacteriana. En condiciones naturales las bacterias crecen en lugares en
los que encuentran los elementos necesarios para su multiplicación, que en las
bacterias quimiorganoheterótrofas, como las patógenas para el hombre, son
substratos orgánicos así como agua e iones minerales.
Si bien numerosas bacterias de vida libre son capaces de crecer con substratos
simples como única fuente de carbono y energía, muchas de las bacterias
adaptadas a la vida parasitaria precisan de la presencia de diversas moléculas
orgánicas que no son capaces de sintetizar, por carecer de los sistemas enzimáticos
necesarios. A estas moléculas se las denomina factores de crecimiento y esas
bacterias se denominan auxótrofas para esta determinada sustancia.
Si se incluyen en un tubo de ensayo todos los elementos necesarios para la
multiplicación in vitro de una bacteria, como el agua, sales minerales, azúcares,
proteínas y factores de crecimiento, si son necesarios, se obtiene un medio de
cultivo (Figura 15).
7. Medios de cultivo
Los medios de cultivo, al permitir la multiplicación bacteriana in vitro facilitan el
aislamiento de las bacterias a partir de sus hábitats naturales y permiten su
propagación en el laboratorio.
11
Los medios de cultivo pueden ser líquidos, cuando los componentes nutritivos se
hallan disueltos en solución acuosa, o sólidos, cuando esta solución de nutrientes
se gelifica al añadirle un polisacárido gelificante no degradable por la actividad
metabólica de las bacterias como el agar-agar. El agar-agar se disuelve en el medio
de cultivo líquido por ebullición y al enfriarse por debajo de los 45ºC solidifica como
una gelatina endurecida dando al medio la consistencia de la carne de membrillo.
Los medios líquidos se dispensan en matraces o tubos de ensayo y los sólidos se
reparten en placas circulares provistas de tapa, denominadas placas de Petri, o en
tubos de ensayo.
La ventaja de los medios sólidos dispuestos en placas de Petri consiste en que en
ellos pueden aislarse de modo individualizado las distintas bacterias de una mezcla
contenidas en un material clínico (orinas, pus, etc.).
En efecto, si se inocula (siembra) un medio líquido con una mezcla de bacterias (o
una muestra clínica que contenga diversos tipos de bacterias) éstas se multiplican
en el medio líquido entremezclado, en suspensión. Si por el contrario mediante un
asa10 se disemina por la superficie de un medio sólido el material que contiene las
bacterias (siembra por agotamiento), cada célula bacteriana se multiplica en el lugar
donde ha quedado depositada, dando lugar, al cabo de unas horas o días, a
millones
de
células
que
forman
un
conglomerado
celular,
visible
macroscópicamente, denominado colonia bacteriana (Figura 15).
Ver vídeo:
http://www.youtube.com/watch?v=_1KP9zOtjXk&feature=player_detailpage
Como algunas células bacterianas han quedado depositadas en la superficie del
medio aisladas de las demás, a partir de ellas se forman colonias aisladas
constituidas por un solo tipo de bacteria. Las bacterias de estas colonias pueden
transferirse, mediante el asa a otros medios de cultivo, líquidos o sólidos, en los que
crecen en cultivo puro. A partir de los cultivos puros se efectúa la identificación, se
evalúa la sensibilidad a los antibióticos o pude realizarse cualquier otro estudio
biológico.
10
El asa está formada por un mango semejante a un lápiz con un filamento recto y fina de metal que
acaba en un bucle que permite tocar y sembrar el material biológico
12
Condiciones fisicoquímicas de los cultivos bacterianos. Para que se produzca la
multiplicación, las bacterias deben sembrarse en medios que posean además de los
nutrientes necesarios, el pH y la osmolaridad adecuados. Estos medios de cultivo
deben incubarse en estufas a la temperatura óptima de crecimiento que, para la
mayoría de las bacterias de interés médico, se sitúa entre 35º y 37ºC (bacterias
mesófilas)11.
Asimismo la atmósfera necesaria durante la incubación depende del tipo respiratorio
de las bacterias, que como se ha señalado pueden ser aerobias, anaerobias,
facultativas o microaerófilas.
Dinámica del crecimiento bacteriano. Cuando se siembra una bacteria en un
medio líquido originalmente transparente, después de unas horas de incubación éste
se enturbia como consecuencia del crecimiento bacteriano. En la superficie de los
medios sólidos, se desarrollan colonias como ya se ha indicado.
La cinética de la multiplicación bacteriana se establece experimentalmente midiendo
variaciones de la masa bacteriana en función del tiempo. Éste cálculo conduce a la
obtención de una curva de crecimiento (Figura 16).
El tiempo de generación es el tiempo necesario para que tenga lugar una división
bacteriana, doblándose por tanto la masa bacteriana existente: De él depende el
mayor o menor tiempo necesario para que se visualice una colonia sobre el medio
sólido o se observe el enturbiamiento de un medio líquido. El tiempo de generación
depende de la presencia de substratos
energéticos, de la temperatura de
incubación y otros factores externos, pero es fundamentalmente una característica
propia de cada especie bacteriana, variando de una a otra.
La mayoría de las bacterias de interés médico tiene un tiempo de generación de
alrededor de 20 minutos detectándose macroscópicamente el crecimiento en los
medios de cultivo (turbidez o colonias) tras 18 o 24 horas de incubación. Algunas
bacterias poseen tiempos de generación más prolongados como Mycobacterium
tuberculosis, causante de la tuberculosis, que posee un tiempo de generación
superior a 24 horas, requiriendo semanas para formar colonias visibles
macroscópicamente en los medios sólidos.
11
Bacterias psicrófilas: crecen entre 4-20°C; bacter ias mesófilas: crecen entre 25-35°C y bacterias
termófilas: crecen entre 40-45°C
13
Utilización de los medios de cultivo. Según su función los medios de cultivo
pueden dividirse en medios de aislamiento, medios de propagación y medios de
identificación.
Los medios de aislamiento se utilizan para aislar las bacterias a partir de los
materiales o productos donde naturalmente se hallan (tierra, aguas, superficies
cutaneomucosas y tejidos u órganos infectados).
Los medios de aislamiento pueden clasificarse 1) usuales, 2) enriquecidos, 3)
selectivos, 4) diferenciales y 5) de enriquecimiento.
Para su descripción es preciso comprender el concepto de medio usual al que se ha
hecho referencia anteriormente.
Los medios usuales son medios de formulación sencilla que incluyen agua,
proteínas obtenidas de un extracto o infusión de carne, glucosa y sales minerales,
particularmente cloruro sódico y oligoelementos. Las bacterias que crecen en él son
las que no poseen requerimientos de factores esenciales y se denominan no
exigentes.
Las bacterias exigentes son las que requieren diversos factores esenciales para su
crecimiento y se cultivan en medios enriquecidos que aportan estos factores. Los
medios enriquecidos se preparan añadiendo a un medio usual sangre, suero,
extractos de levadura, que aportan esos factores o incorporándolos purificados,
como el factor V (nicotin-adenin-dincleótido, NAD), el factor X (hemina), la cisteina u
otros. Los medios enriquecidos más utilizados en bacteriología son el agar usual con
sangre (agar sangre) y el agar-chocolate (agar usual enriquecido con los factores X
y V).
Cuando se pretende aislar todas las bacterias de un producto se siembra por
agotamiento un medio sólido usual o preferentemente enriquecido. Sin embargo, es
habitual que de un producto que contenga una mezcla de diversas especies
bacterianas se desee aislar tan solo una especie en particular, que está en
cantidades muy escasas con relación al resto de bacterias acompañantes, como una
14
salmonela de las heces o una legionela del esputo12. Para conseguir este objetivo
pueden utilizarse medios selectivos o de enriquecimiento.
Los medios selectivos son medios sólidos, usuales o enriquecidos, a los que se ha
añadido alguna sustancia que inhibe el crecimiento de las bacterias, excepto las de
la especie que se desea aislar. Diversos productos consiguen este efecto, siendo los
más utilizados algunos colorantes con actividad antibacteriana selectiva, las sales
biliares y los antibióticos entre otros.
Los medios de enriquecimiento son medios líquidos que se utilizan para incrementar
la cantidad de células bacterianas de una especie existente en una mezcla. Su
actividad depende, como en los selectivos, de la incorporación de sustancias con
actividad inhibitoria para determinadas bacterias. Durante la incubación se produce
la multiplicación en el medio líquido de las bacterias que se desean aislar y se inhibe
la de las demás bacterias. Tras la incubación, cuando la especie buscada ya está en
una proporción muy superior a la de las bacterias que le acompañaban inicialmente
en la muestra clínica, se efectúa una resiembra en un medio selectivo sólido.
Los medios diferenciales son medios sólidos que incorporan a su formulación un
substrato cuya utilización o no por las diferentes especies bacterianas da lugar a
colonias de aspecto diferente; especies cuyas colonias en medios usuales
aparecerían como idénticos. Los substratos más utilizados son azúcares (lactosa,
sacarosa, etc.) que se añaden al medio junto a un colorante que es indicador de pH
(rojo de fenol, azul de bromotimol, etc.). Las bacterias que no utilizan el substrato
dan lugar a colonias con el color original del medio al no modificar el pH. Las que lo
utilizan acidifican el medio con sus catabolitos y dan lugar a colonias de otro color al
virar el indicador de pH.
Los medios cromogénicos son medios diferenciales que incorporan substratos
químicos sintéticos, que unidos a sustancias naturales son incoloros. Algunas
bacterias, mediante enzimas específicas pueden hidrolizar estos enlaces y liberar
compuestos de color intenso (Figura 17).
La mayoría de medios selectivos se formulan a la vez como diferenciales, funcionan
por tanto como medios selectivos-diferenciales.
12
Las heces y el esputo contienen decenas o centenas de diferentes especies bacterianas
15
8. Taxonomía bacteriana
Las bacterias se clasifican en grupos taxonómicos, siendo la familia, el género y la
especie los más operativos desde el punto de vista de la microbiología médica.
La unidad taxonómica básica es la especie bacteriana. En la actualidad el criterio
utilizado para establecer que dos bacterias pertenecen a una misma especie es el
de la homología genética que existe entre ellas (taxonomía genética). Si se supone
que la secuencia de bases del DNA de una bacteria es AGTCCGCTAT, se
considerará con una homología del 100% las que poseen la misma secuencia
AGTCCGCTAT.
Si
se
supone
que
otra
bacteria
posee
una
secuencia
ATTCCTAGTT, en la que sólo coinciden con la primera la mitad de las bases su
homología con ella es del 50%. Se consideran como pertenecientes a la misma
especia aquellas bacterias que poseen una homología genética superior al 80%. La
técnica que permite determinar la homología genética entre dos bacterias es la de
hibridación.
Si se estudian los caracteres metabólicos de las bacterias, en la mayoría de los
casos puede efectuarse una correlación entre éstos y el grupo taxonómico definido
por hibridación. Las especies semejantes entre sí se agrupan en géneros y estos en
familias.
La familia y el género se denominan mediante un nombre científico latino (vg: familia
Pseudomonadacae, género Pseudomonas). La especie se denomina mediante dos
nombres latinos, el primero de los cuales es el del género y el segundo el propio de
la especie (vg: Pseudomonas aeruginosa). A veces se utilizan como sinónimos
nombres coloquiales vernáculos (vg: Pseudomonas aeruginosa, sinónimo bacilo
piociánico).
9. Identificación de las bacterias
La identificación de una bacteria como perteneciente a una determinada especie se
establece en la práctica basándose en caracteres estructurales, metabólicos y
antigénicos (fenotípicos). Ello es posible, a pesar de que los grupos taxonómicos se
establecen por criterios genéticos, porque cada grupo definido por técnicas
genéticas presenta caracteres fenotípicos y propios del grupo.
16
Los caracteres más universalmente estudiados son la morfología, la reacción al
Gram y al Ziehl, la presencia de esporas y flagelos (movilidad), el tipo respiratorio, su
exigencia en factores esenciales de crecimiento y la presencia de catalasa y
citocromooxidasa que permiten diferenciar las bacterias en grandes grupos.
Otros caracteres estudiados son su actividad metabólica sobre diversos substratos
como azúcares, aminoácidos, lípidos, etc.
Para estudiar estas propiedades metabólicas se utilizan medios de identificación que
incorporan los substratos a estudiar. La metabolización de los substratos por la
bacteria se detecta mediante indicadores de pH cuando comporta un cambio
importante del pH del medio o mediante la detección de un catabolito específico
producido en el proceso metabólico, mediante reactivos que sufren variaciones de
color (como por ejemplo la detección del indol, producido por metabolización del
triptófano, mediante el reactivo de Kovacs de color amarillo que vira a rojo).
En la actualidad existen en el mercado sistemas de identificación que incorporan los
diversos medios de identificación a micropocillos dispuestos en soportes de plástico.
Estos sistemas han facilitado, mediante la realización sencilla de numerosas
pruebas metabólicas, la identificación de las bacterias.
Los antígenos que poseen valor en la clasificación bacteriana infraespécifica pueden
detectarse, la mayoría de las ocasiones, por pruebas sencillas de aglutinación en
porta mediante antisueros específicos.
Aparte del serotipado existen otros métodos para la detección de grupos bacterianos
diferentes dentro de una misma especie (clasificación infraespecífica), como son el
fagotipado (lisotipado), el antibiotipado y otros basados en técnicas de biología
molecular13.
10.
Bacterias de interés en medicina
Las bacterias de interés en medicina pueden clasificarse, según un criterio
patogénico, en dos grupos: las que forman parte de la flora normal del hombre en la
piel y las mucosas digestiva, respiratoria y urogenital, como simbiontes inocuos y las
patógenas que poseen capacidad para producir enfermedad. Esta diferencia
13
Polimorfismo de fragmentos de restricción del ADN, ribotipado, diferencias en isoenzimas, y otros
(ver más adelante)
17
práctica, en realidad no es tajante ni absoluta, ya que la capacidad patógena de un
microorganismo depende tanto de él como de la capacidad de defensa del
hospedador, lo que se refleja en dos hechos: 1) la existencia de portadores sanos de
bacterias patógenas y 2) que bacterias de la flora normal pueden causar en
determinadas circunstancias infecciones oportunistas graves. Las infecciones
bacterianas se caracterizan por ser de curso agudo, con fiebre, leucocitosis, signos
biológicos de reacción de fase aguda (VSG, proteína C reactiva y fibrinógeno
elevados), y dar signos focales dependientes de los órganos afectados por la
infección.
Algunas bacterias como las brucelas (fiebre de Malta) o el bacilo de Koch
(tuberculosis), después de la primoinfección, tienen capacidad para persistir en los
macrófagos durante años en estado latente, pudiendo dar lugar a reactivaciones. Se
dispone de numerosos medicamentos antibacterianos útiles, aunque su uso, en
ocasiones indiscrimado, ha favorecido la selección de cepas resistentes. Sólo
existen vacunas eficaces frente a algunas bacterias capsuladas y toxigénicas.
A continuación se presentan sucintamente algunas bacterias de interés médico. La
mayoría de estas bacterias se visualizan fácilmente al microscopio óptico y crecen
bien en diversos medios de cultivo a temperatura óptima de 35 a 37ºC, en caso
contrario se señala en el texto.
Cocos grampositivos
Los cocos grampositivos incluyen tres géneros de gran interés, Staphylococcus,
Streptococcus y Enterococcus.
Género Staphylococcus. Los estafilococos son cocos grampositivos que se
agrupan en racimos. La especie Staphylococcus aureus [Sin: estafilococo dorado] es
la que posee mayor capacidad patógena por producir numerosas enzimas
exocelulares involucradas en la patogenicidad. Una de ellas, la coagulasa, permite
diferenciar esta especie del resto de especies de estafilococos de interés en
medicina, como S. epidermidis y otros, denominados colectivamente “estafilococos
coagulasa negativa”.
Los estafilococos se hallan fundamentalmente en la piel y mucosa nasal. S. aureus
causa por mecanismo invasor, penetrando a las glándulas sebáceas y folículos
18
pilosos o a través de heridas, infecciones cutáneas, desde las que puede difundir por
vía hemática, ocasionando infecciones generalizadas. Algunas cepas de S. aureus
producen distintas exotoxinas que dan lugar a enteritis y otros procesos
patológicos14.
Los estafilococos coagulasa negativa son los agentes causales más frecuentes de
infecciones
oportunistas
asociadas
a
cuerpos
extraños
como
catéteres
endovasculares, prótesis valvulares cardíacas y prótesis articulares, entre otras.
Género Streptococcus. Los estreptococos son cocos grampositivos que se
disponen en cadenas o parejas. Al cultivarlos en agar-sangre pueden dar lugar a
diversos tipos de hemolisis de la sangre alrededor de las colonias por liberación de
hemolisinas, lo que permite diferenciar 1) los estreptococos que poducen hemolisis
total de la sangre y que se denominan β-hemolíticos, 2) los que producen hemolisis
parcial, denominados α-hemolíticos o “viridans” y 3) los no hemolíticos.
Entre los β-hemolíticos, que se diferencian en serogrupos15 por la estructura
antigénica del carbohidrato C de su pared, se incluye Streptococcus pyogenes
(Grupo A), que se halla en la faringe. Puede producir infecciones graves en la propia
faringe y en la piel. Algunas cepas lisogénicas producen una exotoxina eritrogénica,
que hace que la infección local invasora –faringitis o piodermitis– se acompañe de
un exantema cutáneo característico causado por la exotoxina dando lugar a un
cuadro clínico denominado escarlatina.
Por otra parte en algunas personas, después de la infección invasora, pueden
aparecer lesiones a distancia como consecuencia del desencadenamiento de una
reacción inmunopatológia que da lugar a un cuadro clínico sistemático, la fiebre
reumática, que se acompaña de inflamación aséptica local en las articulaciones
(artritis) y en el endocardio (endocarditis). También se puede producir lesión en los
glomérulos renales por mecanismo inmunopatológico (glomorulonefritis). Obsérvese
pues, que esta especie es capaz de producir infección por los tres mecanismos
patogénicos conocidos: invasor, toxigénico e inmune.
14
El shock tóxico y el síndrome de la piel escaldada
15
Grupos A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N y O de Lancefield. Se señalan en cursiva las que pueden
encontrarse en el hombre
19
S. agalactiae es otro estreptococo beta-hemolítico (Grupo B) que se halla en el tubo
digestivo y vagina pudiendo causar, además de infecciones urinarias, infecciones
sistémicas perinatales (sepsis y meningitis) cuando el recién nacido se contamina a
su paso por la vagina. No se conoce con precisión la vía de penetración de este
microorganismo a los órganos profundos del recién nacido desde la colonización
cutánea e intestinal (deglución) del que tiene lugar a su paso por la vagina.
Los estreptococos del grupo viridans, que comprende varias especies de taxonomía
mal definida, forman parte de la flora normal de la orofaringe. Streptococcus mutans,
se considera directamente involucrado como agente causal de la caries dental, y el
resto de especies, excepcionalmente pueden causar infecciones oportunistas (Tabla
1).
Una especie particular de estreptococo α-hemolítico, el neumococo (Streptococcus
pneumoniae), se halla en la faringe y posee gran capacidad para producir infección
pulmonar severa –neumonía– seguida con frecuencia de bacteriemia que puede dar
lugar a meningitis de pronóstico muy grave.
Posee una cápsula polisacárida antigénica que ha permitido dividir la especie en
más de 80 serotipos y que está involucrada en la patogenicidad por ser un factor de
resistencia a la fagocitosis. Se ha preparado una vacuna polivalente con los
antígenos capsulares de los 23 serotipos más frecuentes y otra conjugada
heptavalente16.
La conjuntiva y las mucosas de los senos paranasales y del oído medio están en
comunicación con la faringe a través de sus conductos naturales y las infecciones
bacterianas en esas localizaciones (conjuntivitis, sinusitis y otitis) están causadas
por patógenos que residen en la rino y orofaringe: Streptococcus pneumoniae,
Haemophilus influenzae, Streptococcus pyogenes y Staphylococcus aureus.
16
La vacuna 23-valente incluye los siguientes serotipos (nomenclatura danesa): 1, 2, 3, 4, 5, 6B, 7F,
8, 9N, 9V, 10A, 11A, 12F, 14, 15B, 17F, 18C, 19F, 19A, 20, 22F, 23F, 33F. Aunque la prevalencia de
los serotipos patógenos varía según el país, se han señalado en cursiva los serotipos más
prevalentes en nuestro medio. También son frecuentes los serotipos 6A, 7A y 15F, no incluidos en la
vacuna. Recomendada en niños de más de dos años y adultos. La nueva vacuna conjugada de
polisacáridos y proteínas heptavalente es eficaz en niños de corta edad.
20
El género Enterococcus, engloba un conjunto de especies (E. faecalis y otras17),
semejantes a estreptococos, de hábitat intestinal. Los enterococos poseen creciente
interés en el campo de la infección oportunista; ya que por su elevada resistencia a
los antimicrobianos son seleccionados fácilmente por los antibióticos de amplio
espectro.
Cocos gramnegativos
Género Neisseria. Los cocos gramnegativos de mayor interés en medicina
pertenecen al género Neisseria. Morfológicamente se presentan formando parejas
con aspecto de granos de café enfrentados por su cara plana. Son aerobios
estrictos.
El género posee varias especies comensales ubicadas en la orofaringe y dos
especies patógenas N. meningitidis (meningococo), y N. gonorrhoeae (gonococo)
cuyo único hábitat natural es el hombre.
El meningococo se halla en la faringe, se transmite por vía aérea, y bajo
determinadas circunstancias mal parecidas, puede producir bacteriemia para
localizarse en las meninges causando se asocia a shock séptico. La meningitis
meningococica es más frecuente en la infancia y suele presentarse en brotes
epidémicos.
Basándose en la estructura antigénica de los polisacáridos de la cápsula se han
diferenciado 13 serogrupos, los más frecuentes de los cuales son el A, B, C, W-135
y el Y.
Se han ensayado vacunas que han resultado eficaces frente a los serogrupos A y C
pero el hombre responde mal a la inoculación del antígeno del grupo B que es el
más frecuente en nuestro medio18.
El gonococo causa infecciones genitales: de la uretra (uretritis), del cervix uterino
(cervicitis) y del recto (proctitis) de transmisión sexual19. Tras la infección clínica
17
Las especies más frecuentes aisladas en clínica son: E. faecalis (80-90%), E. faecium (5-10%), E.
avium, E. raffinosus y E. gallinarum, que se aíslan raramente. El aislamiento de otras especies es
excepcional. Estos microorganismos causan infecciones urinarias, colecistitis, infecciones
intraabdominales y pélvicas, sepsis y con menor frecuencia endocarditis bacteriana, así como
infecciones en otras localizaciones
18
Ello ha conducido a ensayar vacunas utilizando como antígenos no el polisacárido, sino las
proteínas de membrana externa
21
algunas
personas
pueden
persistir
como
portadores
asintomáticos
del
microorganismo en la uretra, vagina y recto y transmitir la enfermedad.
En el género Neisseria existe un gran número de especies que son simbiontes
inocuos en la orofaringe, entre las que cabe destacar N. catarrhalis por su potencial
patógeno recientemente descubierto (infecciones respiratorias). Este microorganismo ha sido transferido a otro género bajo la denominación de Moraxella
catarrhalis.
Bacilos grampositivos
Entre los bacilos grampositivos aerobios estrictos o facultativos, los géneros de
mayor interés en medicina son Corynebacterium, Listeria, Bacillus y Lactobacillus20.
Corynebacterium diphtheriae causa la difteria que se caracteriza por una faringitis
muy exudativa que puede llegar a obstruir la vía respiratoria, con grave
sintomatología general por producción de una potente exotoxina que al ser
absorbida afecta al miocardio y nervios periféricos. Existen portadores sanos del
microorganismo, que se transmite por vía aérea. La toxina está codificada por un
bacteriófago lisogénico (fago β).
El asilamiento de C. diphtheriae de la faringe no es fácil, requiere medios especiales
y un cierto nivel de experiencia. Aunque la disposición de una vacuna antidiftéria
eficaz ha erradicado en nuestro medio la enfermedad y disminuido el número de
portadores, la vacunación inadecuada de la población podría hacerla reaparecer.
Otras especies de este género, denominadas colectivamente “difteroides” o
“difteromorfos21”, forman parte de la flora normal de la piel y mucosas y pueden
causar, como oportunistas, infecciones sobre catéteres, sondas , prótesis y otros
cuerpos extraños, una patología semejante a la de los estafilococos coagulasanegativa.
19
Las enfermedades cuya transmisión específica es por contacto sexual también se denominan
venéreas
20
Excepcionalmente Erysipelothrix rhusiopathiae, bacilo grampositivo no esporulado que se
encuentra en los peces puede infectar la piel humana a través de microheridas causando el
erisipelatoide, infección cutánea eritematoviolácea que constituye una zoonosis profesional
(pescateros, cocineros, etc.)
21
Corynebacterium jeikeium, C. urealyticum, C. pseudodiphthericum, C. pseudotuberculosis, C.
xeroris, C. striatum, y el grupo no nominado G-2. C. minutissimum, causa una infección cutánea
característica: la eritrasma
22
El género Listeria posee una especie, Listeria monocytogenes, psicrófila (crece a
4ºC), que se halla ampliamente distribuida en la naturaleza en particular en el tubo
digestivo de numerosos animales. Puede contaminar al hombre de modo directo o a
través de los alimentos. Una vez que ha colonizado el tubo digestivo humano puede
persistir asintomáticamente o producir una patología en todo semejante a la del
estreptococo ß hemolítico del grupo B (contaminación del neonato, sepsis con
meningitis y meningitis primaria en el inmunodeprimido).
El género Bacillus se distingue por su morfología característica, producir esporas y
crecer en aerobiosis22. Dos especies poseen potencial patógeno para el hombre.
Bacillus anthracis causa el carbunco en los animales y el hombre. La puerta de
entrada de la infección es cutánea, dando lugar a una lesión local característica –la
pústula maligna– desde donde puede producir sepsis. La inhalación de esporas
causa una neumonía grave. El carbunco es una enfermedad zoonótica y profesional
(pastores, matarifes, curtidores, etc).
Bacillus cereus contamina con sus esporas, abundantes en el suelo, los alimentos y
al germinar y multiplicarse en ellos libera toxinas que al ser ingeridas causan
gastroenteritis. Lactobacillus es un género algunas de cuyas especies constituyen
parte de la flora normal de la vagina.
Bacilos gramnegativos
Familia Enterobacteriaceae. Incluye más de 20 géneros y 100 especies de bacilos
gramnegativos, aerobios y anaerobios facultativos que crecen bien en medios
usuales. La mayoría tiene su hábitat natural en el medio ambiente (agua, tierra).
Algunas especies se han adaptado al tubo digestivo de numerosos animales
incluyendo el hombre, como Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae o Proteus
mirabilis, constituyendo parte de la flora normal. Estas bacterias, con E. coli a la
cabeza, pueden causar infección oportunista grave (urinaria, abdominal, respiratoria
y sepsis) y son junto a algunas bacterias anaerobias que desde su mismo hábitat
producen infecciones semejantes, a Staphylococcus epidermidis, que causa
infecciones asociadas a cuerpos extraños, los agentes causales más frecuentes de
infección oportunista.
22
Carácter diferencial con el otro género esporulado de interés en patología humana (Clostridium),
que es anaerobio estricto y con el que morfológicamente es indistinguible
23
Esta familia, incluye, además varios géneros patógenos para el hombre como
Shigella, Salmonella, Yersinia y algunas cepas de la especie Escherichia coli que
poseen factores de enteropatogenicidad comportándose como patógenos primarios
(Tabla 2).
Esta familia de microorganismos es una de las más estudiadas en bacteriología, en
particular E. coli, que es la bacteria aerobia y anaerobia facultativa más abundante
en el tubo digestivo del hombre, y que por su facilidad de cultivo a sido tomada como
modelo de estudio de las células procariotas, siendo probablemente el ser vivo mejor
conocido desde el punto de vista biológico (estructura , fisiología y genética).
Una característica de interés de algunos miembros de esta familia es que distintos
grupos dentro de una misma especie poseen potencialidades patogénicas muy
diversas y ello no sólo en E. coli sino también en Salmonella y Yersinia, como se ha
descrito en la Tabla 2.
En otra familia de bacilos gramnegativos, Pseudomonadaceae, el género
Pseudomonas y en particular P. aeruginosa posee características microbiológicas y
de hábitat muy semejantes a las enterobacterias telúricas. Ocasionalmente pueden
colonizar el tubo digestivo, la orofaringe o la piel del hombre, y causar infecciones
oportunistas semejantes a las causadas por enterobacterias comensales23.
Las pseudomonas forman parte de un amplio grupo de bacilos gramnegativos
aerobios que se hallan en abundancia en las plantas y el medio ambiente
denominados colectivamente bacilos gramnegativos no fermentadores24. Aparte de
P. aeruginosa se encuentran en este grupo los géneros Burkholderia (B. cepacia, B.
pseudomallei), Stenotrophomonas (S. maltofhilia).
Bacterias de morfología espirilar. El género Vibrio está formado por bacilos
gramnegativos con morfología curvada y su hábitat natural lo constituyen los
ecosistemas acuáticos (marinos y de agua dulce). La especie Vibrio cholerae se
23
Aparte de P. aeruginosa existen otras especies del género Pseudomonas que también causan
infecciones oportunistas aunque con menor frecuencia, como P. fluorescens y P. putida, P. stutzeri,
etc. Existen dos especies, B. mallei y B. pseudomallei patógenas primarias para los animales y
ocasionalmente el hombre, causantes del muermo y la meliodosis respectivamente; estas especies
patógenas no se hallan en nuestro país (S. E. asiático, O. Medio, África, Australia).
24
Entre estos géneros de bacilos gramnegativos no fermentadores telúricos, que pueden causar
infecciones oportunistas se hallan Acinetobacter, (A. baumanii), Alcaligenes y Flavobacterium, entre
otros.
24
divide por su antígeno 0 (somático) en más de 80 serogrupos, pero sólo las cepas
del serogrupo 1 (01) producen el cólera mediante liberación de una potente
exotoxina tras colonizar la mucosa del intestino25. El cólera, que posee un gran
potencial epidémico (pandemias), es una gastroenteritis toxigénica muy grave por la
intensa deshidratación que causa, y en ausencia de tratamiento presenta una
elevada tasa de mortalidad. Otros vibriones pueden también producir patología al
hombre26.
Género Campylobacter. Campylobacter jejuni, posee una morfología espirilar muy
característica, es microaerófilo, se halla en el tubo digestivo de diversos animales,
en particular a aves y causa enteritis al hombre27.
Es de destacar que C. jejuni y las salmonelas gastroenteríticas son con mucho las
bacterias más frecuentemente causantes de enteritis en nuestro medio.
Helicobacter pylori, con características morfológicas y de cultivo semejantes a las
campilobacterias tiene como hábitat natural la mucosa gástrica del hombre y se ha
relacionado con las gastritis crónica, la úlcera duodenal y el cáncer de estómago y
otros procesos patológicos.
Bacterias
hemófilas.
Los
hemófilos
(género
Haemophilus)
son
bacilos
gramnegativos pleomórficos, que requieren para su crecimiento los factores X y V
que se hallan en la sangre –de ahí su nombre– por lo que se cultivan en agar
chocolate.
La especie que causa infección con mayor frecuencia es H . influenzae. En términos
nemotécnicos puede decirse que su hábitat natural, (orofaringe), y su capacidad
patógena (neumonía, sepsis, meningitis, así como otitis, conjuntivitis y sinusitis) es
semejante a la del neumococo. Además ambas bacterias poseen cápsulas como
25
Recientemente se han descrito cepas de otro serogrupo aparte el 01 (0139) productoras de toxina
colérica
26
Los otros serotipos de V. cholerae y V. parahaemolyticus, pueden infectar al hombre por consumo
de marisco, causando gastroenteritis. Las especies V. vulnificus, V. alginolyticus y otros pueden
causar infecciones de heridas y otitis en bañistas
27
Otras especies de Campylobacter que causan enteritis al hombre con menor frecuencia son C. coli
y C. lari. C. fetus puede colonizar el tubo digestivo y causar sepsis primaria oportunista; pero no
causa gastroenteritis
25
factor de virulencia ya que les permite eludir la fagocitosis28. Existe una vacuna
preparada con el antígeno capsular del serotipo b, que es el más prevalente en las
infecciones humanas.
Entre las demás especies del género (tabla 3) destaca H. ducreyi que produce el
chancroide (úlcera genital con adenomegalia satélite) enfermedad de transmisión
sexual, poco frecuente en nuestro medio.
Bordetella pertussis es un cocobacilo gramnegativo aerobio estricto de morfología
semejante a Haemophilus. Cuando infecta el árbol traqueobronquial causa una
enfermedad respiratoria local acompañada de síntomas generales severos
(tosferina). La patogenia de la enfermedad es compleja. La disposición de una
vacuna eficaz, ha hecho que esta enfermedad sea poco frecuente en nuestro medio.
Gardnerella vaginalis, morfologicamente semejante a los hemofilos, se asocia a una
patología vaginal muy frecuente denominada vaginosis; que se caracteriza por: 1)
desaparición de la flora normal de lactobacilos de la vagina, con aparición de
Gardnerella y anaerobios 2) flujo moderado o abundante con olor fétido
característico y 3) molestias vaginales imprecisas. A pesar de la presencia regular
de este microorganismo en la vagina de las pacientes con este cuadro clínico no se
conoce con precisión su papel patógeno en el proceso.
Brucelas. El género Brucella está formado por bacilos gramnegativos pequeños,
aerobios estrictos, que crecen bien en medios usuales, pero lo hacen lentamente.
El género incluye varias especies siendo B. melitensis la más frecuente en nuestro
medio. Esta especie infecta a los animales, en particular el ganado caprino y ovino
produciéndoles diversos procesos patológicos (aborto epidémico).
Pueden alcanzar al hombre en general a través de productos lácteos, como la leche
y el queso, causando una grave enfermedad generalizada acompañada de
septicemia persistente conocida como “fiebre de Malta29”.
28
En H. influenzae se han descrito diferentes inmunotipos de cápsula (a, b, c…), siendo el b el que
produce con mayor frecuencia infecciones sistémicas en el hombre. Bajo determinadas
circunstancias, cepas no capsuladas pueden también producir infecciones invasivas
29
Otras especies que producen al hombre un cuadro clínico semejante son B. abortus (ganado
bovino) B. suis (ganado porcino) y más raramente B. canis (perros)
26
Las brucelas poseen interés conceptual por varias razones; en primer lugar por
constituir un ejemplo claro de zoonosis (enfermedades de los animales trasmisibles
al hombre) y en segundo lugar porque su capacidad biológica para persistir en los
macrófagos
tras
ser
fagocitadas
–característica
que
comparten
con
las
micobacterias– las faculta para producir infecciones recidivantes, a diferencia de las
bacterias estudiadas hasta ahora cuyas infecciones poseen un carácter agudo.
Legionela. El género Legionella está formado por bacilos o cocobacilos con
estructura de bacterias gramnegativas. Se tiñen mal por el método de Gram. Son
aerobios estrictos y requieren para su cultivo medios específicos en los que crecen
lentamente (↑ 3 días) .
Su hábitat natural lo constituyen los ambientes acuáticos.
Algunas especies de entre las más de 22 existentes causan infección humana, la
más frecuente es L. pneumophila30 (14 serogrupos) que al alcanzar al hombre por
inhalación de vapor de agua contaminada produce una neumonía grave, o un
síndrome febril más benigno, denominado fiebre de Pontiac, en particular en
personas ancianas o con un déficit en las defensas antiinfecciosas. Se han descrito
epidemias en instituciones causadas por el vapor de agua (aerosoles) de las duchas
o calefacción, y en barrios de ciudades por vapor de agua contaminado eliminado a
partir de industrias.
Bacterias alcohol ácido-resistentes
Un conjunto de bacterias cuya pared presenta la estructura básica de las bacterias
grampositivas, poseen en ésta gran cantidad de ácidos grasos, entre ellos ácidos
micólicos, que les confieren el carácter de la alcohol-ácido resistencia, lo que puede
constatarse mediante la tinción de Ziehl-Neelsen. El género Mycobacterium es el
más importante de este grupo31.
Género Mycobacterium. Las micobacterias son bacilos que se tiñen difícilmente
mediante la tinción de Gram, pero se observan como alcohol-ácido resistentes
mediante la tinción de Ziehl.
30
Seguida por L. micdadei, L.bozemanii, L. dumoffii, L. longbeachae y otras
Los géneros Nocardia y Rhodococcus también están constituidos por bacterias débilmente alcoholácido resistentes. Sus especies y en particular N. asteroides y R. equi pueden causar infecciones
oportunistas pulmonares
31
27
Se hallan ampliamente distribuidas por la naturaleza constituyendo, como sucede en
otras familias bacterianas, un espectro que va desde especies saprófitas telúricas no
patógenas, hasta especies estrictamente adaptadas al hombre con gran capacidad
patógena.
Son aerobias estrictas y crecen en medios orgánicos complejos con yema de huevo
y glicerol, siendo sus exigencias nutritivas variables y el tiempo de generación
también variable, diferenciándose a este respecto en dos grupos, crecedoras lentas
y crecedoras rápidas (> o < 5 días).
Algunas
especies
producen
regularmente
pigmentos
carotenoides
(escotocromógenas), otras los producen tras inducción por la luz (fotocromógenas) y
otras no los producen (no cromógenas).
Estos caracteres –tiempo de crecimiento y pigmentación– se han utilizado para la
clasificación inicial de las numerosas especies definidas en la actualidad (Tabla 4).
M. tuberculosis (bacilo de Koch) es la especie más importante por su capacidad
patógena causando la tuberculosis humana.
Se caracteriza por su crecimiento lento y no producir pigmento. Su huésped natural
es el hombre. Se transmite por vía aérea y produce principalmente infección
pulmonar desde donde puede difundir a otros órganos por vía hematógena32 .
Otras especies afines a M. tuberculosis, son M. africanum y M. bovis; esta última
produce enfermedades en los bóvidos y puede transmitirse al hombre, y una
micobacteria (M. bovis), modificada en el laboratorio por cultivos repetidos en
medios glicerinados con lo que se consiguió la atenuación de su capacidad
patógena, se denomina Bacilo de Calmette y Guerin (BCG) y es utilizada como
vacuna.
Otras especies de interés en patología son M. kansasii, M. scrofulaceum, M. avium –
M. intracellulare y M. xenopi, entre los crecedores lentos y M. fortuitum y M.
chelonae entre los rápidos.
Mycobacterium leprae, causa la lepra. No ha podido ser cultivada en medios
artificiales, pero sí propagada por inoculación en el cojinete plantar al armadillo. Su
32
Riñón, genitales, meninges
28
huésped natural es el hombre, aunque también se han documentado infecciones
naturales en los armadillos.
Bacterias anaerobias
Las bacterias anaerobias incluyen un amplio conjunto de géneros y especies (cocos
y bacilos grampositivos y gramnegativos) que crecen únicamente en ausencia de
oxígeno (anaerobiosis) y requieren para su cultivo medios enriquecidos con sangre.
Poseen una morfología relativamente característica, por lo que un observador
experimentado puede sospechar su presencia al observarlas por el método de
Gram.
Se hallan formando parte de la flora autóctona de la orofaringe (surcos
gingivodentales y criptas amigdalares) y del tubo digestivo, particularmente en el
colon, constituyendo el grupo más abundante de la flora normal del intestino.
Las bacterias anaerobias de mayor interés en medicina son las pertenecientes a los
géneros Peptostreptococcus, que son cocos grampositivos, Bacteriodes, Prevotella,
Porphyromonas y Fusobacterium, que son bacilos gramnegativos, y Eubacterium,
Bifidobacterium, Propionibacterium33 y Actinomyces que son bacilos grampositivos
no espurulados y Clostridium que es un género de bacilos grampositivos
esporulados.
Los géneros señalados, excepto Clostridium y Actinomyces que incluyen especies
patógenas primarias, causan infecciones oportunistas.
El género Clostridium está formado por bacilos grampositivos esporulados34 En él
junto a especies comensales, existen otras de elevado poder patógeno por
producción de exotoxinas como C. difficile que causa enteritis, C. perfringens y otras
que causan gangrena gaseosa, C. tetani que causa el tétanos y C. botulinum que
produce el botulismo (Tabla 5).
33
En el lenguaje coloquial suele referirse colecticamente como “bacteriodes” a los géneros
Bacteriodes, Prevotella, Porphyromonas y Fusobacterium y como “corinebacterias anaerobias” a
Eubacterium, Bifidobacterium y Propionibacterium
34
Recuérdese que Bacillus (aerobio) y Clostridium (anaerobio), son los únicos géneros bacterianos
de interés médico que forman esporas
29
La vacuna antitetánica, elaborada con toxina tetánica inactiva (toxoide), es de
extraordinaria eficacia.
Las bacterias anaerobias no sólo requieren la anaerobiosis para su multiplicación,
sino que el oxigeno es letal para ellas, por lo tanto las muestras clínicas en las que
se sospecha su presencia (exudado, pus, esfacelos, etc) deben tomarse y
trasladarse al laboratorio mediante técnicas adecuadas para evitar su contacto con
el oxígeno atmosférico.
Por descontado que la incubación de los medios de cultivo en que se siembran debe
hacerse en anaerobiosis.
Bacterias sin pared
Género Mycoplasma. Los micoplasmas constituyen un grupo de bacterias carentes
de pared, por lo que son pleomórficos, flexibles, frágiles y susceptibles a la lisis
osmótica. Su tamaño es de 0.2 – 0.3 µm. por lo que algunas células son
submicroscópicas. Poseen un genoma relativamente pequeño.
En la naturaleza se hallan fundamentalmente asociados a las mucosas de los
animales y a las plantas y pueden causar diversas enfermedades.
La especie de mayor interés en medicina en M. pneumoniae que causa infección
pulmonar (neumonía “atípica”)35.
Los micoplasmas pueden manipularse y estudiarse por técnicas bacteriológicas
convencionales, pero debido a que se tiñen mal con la tinción de Gram, requieren
medios de cultivo complejos y crecen muy lentamente; para su detección en
microbiología clínica se han adoptado técnicas alternativas al examen directo y el
cultivo fundamentalmente pruebas serológicas y genéticas.
Espiroquetas
Las espiroquetas constituyen un grupo heterogéneo de bacterias definidas por su
morfología espiral, presencia de fibras con estructura flagelar en el espacio
periplásmico y movilidad característica.
35
El concepto de neumonía atípica se aplica a las neumonías que presentan una clínica diferente de
la neumonía neumocócica, considerada como “típica”. Están causadas Mycoplasma, Chlamidia,
Chlamidophila, Coxiella y virus respiratorios. Las legionelas, presentan un cuadro clínico más
diferenciado y grave
30
La familia Spirochetaceae incluye tres géneros de interés en patología humana,
Treponema, Borrelia y Leptospira.
La mayoría de las espiroquetosis evolucionan por estadios con manifestaciones
clínicas, separados por períodos de latencia asintomáticos de duración variable. Es
difícil definir la importancia relativa del mecanismo invasor y el inmune en la
patogenia de los estadios clínicamente expresivos.
El género Treponema incluye especies patógenas para el hombre como T. pallidum
causante de una enfermedad venérea, la sífilis, otras causantes de enfermedades
no venéreas y varias especies no patógenas para el hombre (Tabla 6).
Treponema pallidum, causante de la sífilis, es el patógeno humano más importante
de este género. Tiene al hombre como único huésped natural. No se visualiza por el
Gram, debido a su pequeño diámetro (0,15 x 10 µm) pero puede visualizarse por
microscopia de campo oscuro y mediante tinciones argénticas. No crece en medios
artificiales y para su propagación debe inocularse a animales de experimentación
(testículo de conejo).
La sífilis es una enfermedad de transmisión sexual, caracterizada porque la lesión
inicial primaria en el lugar de inoculación, generalmente las mucosas genitales, es
una úlcera indolora que cura espontáneamente. La enfermedad evoluciona,
progresiva y asintomáticamente al estadio secundario y posteriormente con lentitud
al terciario, afectando a numerosos órganos, como la piel, el hígado, el endocardio y
el SNC y pudiendo transmitirse al feto por vía placentaria (sífilis congénita). El
diagnóstico de la sífilis es fundamentalmente serológico.
En el género Borrelia, B. recurrentis, causa la fiebre recurrente36, transmitida por
piojos su reservorio es el hombre. Tras el período de inoculación (7 días) se produce
una espiroquetemia con afectación del estado general, que suele curar después de
una semana para reaparecer 2 a 4 días después. La enfermedad es endémica en
algunas áreas, como África (Etiopia y Sudán), Asia y América del Sur. Otras
especies como B. duttonii y B. hispanica que causan un cuadro clínico semejante,
36
El carácter recurrente de la enfermedad se debe a que cuando la respuesta inmune ha controlado
la infección emergen en bacterias con variantes antigénicas que reactivan el proceso infeccioso al
evadir la respuesta inmune inicial
31
tienen su reservorio natural en diversos roedores y alcanzan al hombre vehiculados
por garrapatas del género Ornithodorus (Tabla 8).
Las borrelias poseen un tamaño de 2-4 x 10-30 µm y pueden visualizarse en
extensiones de sangre teñidas por el método de Giemsa.
B. burgdorferi transmitida por garrapatas desde su reservorio animal (roedores) al
hombre, causa la enfermedad de Lyme. Esta se caracteriza en una fase precoz por
una lesión cutánea, el eritema crónico migrante cerca del lugar de inoculación por la
garrapata y sintomatología “gripal”.
Las manifestaciones tardías, que aparecen semanas o meses más tarde, son
recurrentes y se caracterizan por producir artralgias, artritis, meningitis y miocarditis
que pueden responder a un proceso preponderantemente inmunopatológico dada la
escasez de bacterias observadas en esas lesiones.
Aunque B. burgdorferi se tiñe por el método de Giemsa y puede crecer en medios
artificiales su diagnóstico se hace habitualmente por serología.
En el género Leptospira, L. interrogans no se observa por su finura con las tinciones
bacteriológicas habituales (0,15 x 5-15 µm) crece en aerobiosis en medios
enriquecidos. Causa diversas enfermedades en animales (ratas, perros, bóvidos)
que las eliminan al medio (charcas) con la orina donde sobrevive varios días.
Ocasionalmente se transmite al hombre desde el medio acuático a través de
lesiones cutáneas o por ingesta causando bacteriemia seguida, tras un breve
periodo asintomático, de afectación sistémica. La hepatitis, meningitis, afectación
renal y vasculitis son las manifestaciones clínicas prominentes.
Clamidias (géneros Chlamydia y Chlamidophila)
Las clamidias son bacterias con estructura semejante a las gramnegativas. Efectúan
síntesis proteica y biosíntesis, ya que poseen vías anabólicas diversas semejantes a
otras bacterias heterótrofas, pero carecen de vías metabólicas para la obtención de
ATP y la reoxidación del NADH, por lo que dependen de las células eucariotas, para
obtener aporte energético, siendo por tanto parásitos intracelulares obligados.
Presentan dimorfismo entre su estadio de multiplicación intracelular y la forma libre,
lo que constituye uno de los escasos procesos de diferenciación celular del mundo
bacteriano.
32
La partícula extracelular infecciosa presenta una estructura celular denominada
cuerpo elemental de 0,3 µm, con un nucleoide denso. Es ingerida por la célula
susceptible por endocitosis, situándose en una vacuola endocitaria. Esta partícula
evolucionará a una estructura mayor, de 0,5 µm, denominada cuerpo reticulado que
se divide para dar lugar a cuerpos elementales que son liberados por lisis celular.
Se tiñen mal por el método de Gram, pero pueden colorearse por Giemsa u otras
tinciones, mediante las cuales, además, puede observarse en las células la
presencia de cuerpos de inclusión formados por el cuerpo reticulado. El examen
microscópico convencional no se utiliza rutinariamente para su detección en tejidos y
exudados.
Se multiplican en cultivos celulares por lo que se estudian por técnicas semejantes a
las empleadas en virología.
El género Chlamydophila incluye dos especies de interés: C. psittaci que tienen su
reservorio natural en diversas aves, C pneumoniae con reservorio humano,
causantes de infecciones pulmonares (neumonía atípica).
Chlamydia trachomatis, que produce diversos y heterogéneos procesos patológicos
como el tracoma (conjuntivitis crónica folicular maligna), el linfogranuloma venéreo,
uretritis, cervitis, conjuntivitis e infección pulmonar neonatal. Las clamidias poseen
un antígeno común de grupo y antígenos específicos de especie o serotipo37. En C.
trachomatis se han descrito 15 serotipos (A, B, Ba, C-K, L1-L3). Existe una relación
específica entre cada serotipo y los diversos procesos patológicos señalados (Tabla
7); aunque no se conoce la causa de este hecho ni el porqué de la limitada
distribución geográfica del tracoma y del linfogranuloma venéreo.
Rickettsias
Las rickettsias son bacilos gramnegativos aerobios, de pequeño tamaño, 0.3-2 µm,
que se tiñen mal por el Gram y son parásitos intracelulares obligados, aunque no se
conoce con exactitud las razones de esta dependencia; por todo ello fueron
inicialmente confundidas con virus.
37
El antígeno común reside en el lipopolisacárido y los específicos en proteínas de la membrana
externa
33
La familia Rickettsiaceae comprende cuatro géneros de interés en medicina:
Rickettsia, Coxiella, Rochalimea y Ehrlichia. (Tabla 9).
Todas las rickettsias presentan un reservorio natural animal y alcanzan
accidentalmente al hombre para producir enfermedad a través de artrópodos
vectores, excepto Coxiella burnetii que se transmite al hombre por inhalación o
ingesta. Presenta una distribución geográfica localizada, o universal según la
especie.
Las especies del género Rickettsia, tras ser inoculadas al hombre mediante la
picadura de un artrópodo producen una infección generalizada, afectando a
numerosos órganos, localizándose en las células endoteliales de los pequeños
vasos sanguíneos en los que se produce una vasculitis característica. Clínicamente
se expresan por fiebre, afectación del estado general y exantema.
R. prowazekii, cuyo reservorio natural es el hombre, es transmitida por piojos, causa
el tifus epidémico38 enfermedad inexistente en la actualidad en nuestro país (África,
Asia y Sudamérica).
En los países de la cuenca mediterránea, incluyendo el nuestro, existe una
ricketssiosis exantemática causada por R. conorii, transmitida por garrapatas,
denominada fiebre botonosa mediterránea.
Coxiella burnetii, de distribución universal, tiene como reservorio diferentes
animales, bóvidos, cabras y ovejas en las que causa diversas enfermedades, se
elimina con las excretas y la leche y puede, por inhalación o ingestión, causar
infección sistémica denominada “fiebre Q” que se manifiesta como un síndrome
febril sin focalidad. En otras ocasiones la infección causa neumonía atípica y menos
frecuentemente hepatitis.
En la práctica las rickettsias no se visualizan mediante técnicas de microscopía
convencional y se cultivan en líneas celulares como los virus. Por estas razones y
por su elevada contagiosidad en el laboratorio, su diagnóstico suele efectuarse por
métodos serológicos y otros.
38
La recurrencia del tifus epidémico que aparece años después de la infección se conoce como
enfermedad de Brill
34
Figura 1. Estructura de la célula bacteriana
35
Figura 2. Membrana citoplasmática
Está formada por una doble capa de fosfolípidos en la que se encuentran embebidas
proteínas que pueden desplazarse lateralmente.
36
Figura 3. Fosfoglicéridos
Están constituidos por una molécula de glicerol cuyos dos primeros hidroxilos se
encuentran esterificados por moléculas de ácidos grasos, mientras que el hidroxilo
del tercer átomo de carbono está esterificado por el ácido fosfórico el cual esterifica
a su vez a un alcohol o aminoácido.
37
Figura 4. Peptidoglicano
Es un polímero de dos aminoazúcares (N-acetil-glucosamina y N-acetil-murámico)
que se alternan. Estos polímeros se entrelazan dando lugar a una malla rígida: del
N-acetil-murámico se originan unos tetrapeptidos que se unen entre sí mediante
puentes peptídicos.
38
Figura 5. Diferencias en la pared entre las bacterias grampositivas y gramnegativas
En las bacterias grampositivas el peptidoglicano es muy grueso. En las bacterias
gramnegativas, el peptidoglicano es una malla fina, existiendo por fuera del mismo
una membrana externa que no se encuentra en las bacterias grampositivas.
39
Figura 6. Estructura de la pared celular de las bacterias grampositivas
LTA: Ácidos teicoicos; WTA: Proteínas fibrilares
40
Figura 7. Estructura de la pared celular de las bacterias gramnegativas
41
Figura 8. Liposacarido
Está constituido por el lípido A inmerso en la membrana externa y una cadena
polisacarida que sobresale hacia el exterior. El lípido A es un glicofosfolípido
formado por un disacárido de N-acetil-glucosamina unido a grupos fosfato y a varias
moléculas de ácidos grasos de cadena larga. En el polisacarido se distingue una
parte interna formada por 5 a 7 azúcares comunes a diversos grupos bacterianos y
una parte externa o cadena lateral formada por una secuencia de 2 a 3 azúcares
que se repiten n veces.
42
Figura 9. Cápsula
Estructura fibrilar polimérica, de naturaleza generalmente polisacárida que se
sintetiza en el interior de la célula y se exporta al exterior. Por su actividad
antifagocitaria constituye un importante factor de virulencia. Su visualización en el
laboratorio de microbiología suele hacerse por tinciones negativas.
43
Figura 10. Flagelos
Estructuras fibrilares de naturaleza proteica, formadas por la agregación de múltiples
subunidades de una proteína globular denominada flagelina. Constituyen el órgano
de locomoción de las bacterias.
44
Figura 11. Disposición de los flagelos en la superficie bacteriana
Según esta, las bacterias flageladas pueden subdividirse en: monotricas (un solo
flagelo), periticas (varios flagelos distribuidos por toda la superficie bacteriana) y
lofotricas (varios flagelos formando un penacho).
45
Figura 12. Esquema de la fermentación de glucosa según Embden-Meyerhof
Es la vía más universal. Lleva al ácido pirúvico que es el catabolito central de otras
vías fermentativas (metabolismo anaerobio) y de la vía aerobia representada por el
ciclo de Krebs.
46
Figura 13. Vías fermentativas del ácido pirúvico. Incluye, entre las más importantes:
láctica, alcohólica, ácida mixta, butilenglicolica, butírica, propionica.
En cualquiera de ellas, el aceptor de electrones liberados en los procesos oxidativos
de los sustratos metabólicos es un compuesto orgánico.
47
Figura 14. Ciclo de Krebs
Los microorganismos con metabolismo aerobio pueden llevar los catabolitos
producidos en las fermentaciones a niveles energéticos aun más bajos obteniendo
mayor energía. En este proceso, se produce una oxidación del sustrato con
transferencia de los electrones al oxígeno a través de la cadena respiratoria.
48
Figura 15. Colonia bacteriana
Cuando las bacterias contenidas en un inóculo se diseminan por la superficie del
agar, se dividen en el lugar donde han quedado depositadas dando lugar al cabo de
unas horas a una masa celular macroscópicamente visible denominada colonia
bacteriana.
49
Figura 16. Curva de crecimiento
La cinética del crecimiento bacteriano se establece experimentalmente midiendo las
variaciones de la masa bacteriana en función del tiempo. Se observan cuatro fases:
a) tiempo de latencia, b) crecimiento exponencial, c) estacionaria y d) muerte celular.
50
Figura 17. Medio cromogénico
Las colonias de las bacterias adoptan diferente color, en función del sustrato del
medio que pueden hidrolizar.
51
Tabla 1. Estreptococos viridans
Bajo el nombre de estreptococos viridans se incluye un conjunto de estreptococos
para los que no existe unanimidad en su clasificación, difíciles de identificar a nivel
de especie mediante caracteres metabólicos convencionales, que son generalmente
alfa-hemolíticos, sensibles a la vancomicina y productores de la enzima leucinaaminopeptidasa. Las distintas especies se han incluido en varios “grupos” en razón
de la semejanza de sus caracteres metabólicos. En la práctica, por las razones
señaladas, no se identifican a nivel de especie y se hace referencia a ellos como
estreptococos “viridans”.
Son comensales de la cavidad orofaríngea y algunos se encuentran en el tracto
respiratorio superior (“S. milleri”) y tracto intestinal (“S. bovis” y “S. milleri”).
Grupos
Especie
1
Patología específica
Grupo del S. mutans:
S. mutans
S. sobrinus
S. rattus
S. cricetus
Caries
Endocarditis
Grupo del S. salivarius:
S. salivarius
S. vestibularis
S. intestinalis
S. thermophilus
Bacteriemia en pacientes con cáncer
Endocarditis
Streptococcus bovis:
S. bovis I
S. bovis II
Bacteriemia en pacientes con cáncer
Endocarditis
Grupo “Streptococcus milleri”:
Endocarditis
Grupo del S. sanguis:
S. anginosus
S. constellatus
S. intermedius
S. sanguis
S. gordonii
S. parasanguis
S. crista
Endocarditis
Streptococcus mitis:
S. mitis
Endocarditis
Otros estreptococos viridans:
S. acidomininus
S. uberis
Endocarditis
S. defectivus
S. adjacens
Endocarditis
Estreptococos piridoxal dependientes
2
1
Los estreptococos viridans pueden causar caries dental, endocarditis bacteriana subaguda
(endocarditis lenta) y también pueden aislarse como contaminantes en hemocultivos y cultivos de
líquido cefalorraquídeo, aunque cada vez con más frecuencia causan infecciones en neonatos y
pacientes inmunodeprimidos
2
Constituye un grupo de estreptococos auxotróficos para el piridoxal, que sólo crecen en presencia
de esta sustancia o en anaerobiosis
52
Tabla 2. Especies patógenas de la familia Enterobacteriaceae
Géneros
patógenos
Especies
Patología
Observaciones
Escherichia
E. coli
Gastroenteritis
Sólo algunas cepas de esta especie son
enteropatógenas
Shigella
S. sonnei
S. flexneri
S. boydii
S. dysenteriae
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Causan una enteritis invasora (diarrea con
sangre: disenterica).
El único reservorio natural es el hombre.
S. dysenteriae no es autóctona
serotipo Typhi
serotipo Paratyphi A
serotipo Paratyphi B
serotipo Paratyphi C
Sepsis
Sepsis
Sepsis
Sepsis
El único reservorio conocido de estos
serotipos es el hombre.
El único serotipo septicemiante que se aísla
con frecuencia en nuestro país es Typhi
resto de serotipos:
Enteritidis
Typhimurium
Wirchow
etc. hasta 2000
Gastroenteritis
Estos serotipos se hallan ampliamente
distribuidos en el tubo digestivo de diversos
animales.
Y. pestis
Peste
Y. pseudotuberculosis
Adenitis
mesentérica
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Salmonella
Yersinia
Y. enterocolitica
El hombre al infectarse puede quedar como
portador asintomático y ser a su vez fuente de
infección
La peste es una enfermedad que afecta a los
ratones y puede alcanzar al hombre a través
de las pulgas.
Sólo algunos serotipos de esta especie son
patógenos para el hombre (O3; O5; O27; O8;
O9; entre los más frecuentes).
53
Tabla 3. Especies de Haemophilus aisladas en patología humana.
La especie que con más frecuencia causa infección en el hombre es H.
influenzae del serotipo b. Causa una patología semejante al neumococo
(infección respiratoria y de estructuras pararespiratorias), sepsis y meningitis.
Algunas cepas no capsuladas pueden ocasionar infección respiratoria y
colonización vaginal, contaminando al neonato a su paso por el canal del parto
y causando infección neonatal (sepsis con meningitis).
Algunas especies tras producir bacteriemia transitoria pueden causar
endocarditis en pacientes con alteraciones valvulares.
Especie
Frecuencia
Distribución
Patología
H. influenzae
frecuente
Universal
Infección respiratoria
Sepsis
Meningitis
Países cálidos
Conjuntivitis, fiebre purpúrica
de Brasil
Universal
Endocarditis
H. aegypticus
1
H. parainfluenzae
poco frecuente
H. aphrophilus
poco frecuente
Endocarditis
H. paraphrophilus
poco frecuente
Endocarditis
H. ducreyi
Asia y África
H. hemolyticus
raro
H. parahemolyticus
raro
Chancroide
1
H. aegypticus corresponde al biotipo III de H. influenzae y causa específicamente conjuntivitis
y la fiebre purpúrica de Brasil
54
Tabla 4. Principales especies de Mycobacterium
Solo M. tuberculosis tiene su reservorio animal en el hombre. El resto de
especies se hallan en los animales (M. bovis) o son de hábitat telúrico.
Los órganos lesionados que se señalan son los afectados con mayor
frecuencia en personas previamente sanas. Las micobacterias pueden alcanzar
otros órganos por vía hemática, particularmente en pacientes
inmunodeprimidos.
Especie
Patología prevalente
(localización)
Crecedores lentos (>5 días)
* No cromógenos
M. tuberculosis complex
(M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, BCG)
M. avium – M. intracellulare
M. ulcerans
M. malmoense
M. haemophilum
Pulmón
Pulmón
Piel
Pulmón
Piel
* Fotocromógenos
M. kansasii
M. marinum
M. simiae
Pulmón
Piel
Pulmón
* Escotocromógenos
M. scrofulaceum
M. szulgai
M. xenopi
Ganglios linfáticos
Pulmón
Pulmón
Crecedores rápidos (<5 días)
M. fortuitum-chelonae complex
Piel
Cuerpos extraños
Especies no cultivables
M. leprae
Piel, S.N.C.
(lepra)
55
Tabla 5. Principales bacterias anaerobias
Las bacterias anaerobias se encuentran como comensales en la piel, orofaringe,
tracto intestinal bajo, vagina y uretra terminal. Las infecciones causadas por
anaerobios suelen tener un origen endógeno y ser polimicrobianas. La identificación
de estos microorganismos a nivel de especie no suele ser útil a no ser que tengan
características particulares de patogenicidad o resistencia que les diferencien de las
de su género.
Especie
Cocos grampositivos
Gen. Peptostreptococcus
P. magnus
Consideraciones
Posible resistencia a la
clindamicina
Cocos gramnegativos
Gen. Veillonela
Bacilos gramnegativos
Gen. Bacteroides
B. fragilis
B. thetaiotaomicron,
B. distasonis,
B. ovatus,
B. uniformis
Gen. Porphyromonas
Gen. Prevotella
P. disiens
P. bivia
Gen. Fusobacterium
F. necrophorum
F. nucleatum
F. mortiferum
F. varium
Bacilos grampositivos no
esporulados
Gen. Eubacterium
Gen. Bifodobacterium
Gen. Propionebacterium
Gen. Actinomyces
Gen. Mobiluncus
Gen. Lactobacillus
Gen. Ramibacterium
Bacilos grampositivos
esporulados
Gen. Clostridium
C. tetani
C. botulinum
C. septicum
C. perfringens
C. difficile
C. ramosum
C. clostridioforme,
C. innocum
Distribución
Presentes en cavidad oral, tracto gastrointestinal y
genitourinario
Presente en cavidad oral
Uno de los aislados con mayor
frecuencia
Mayor resistencia a los
antibióticos que B. fragilis
Asociadas a infección del tracto
genital femenino
Gran virulencia
Es el género predominante en el tracto intestinal.
El complejo B. fragilis interviene con gran frecuencia en las
infecciones de la cavidad abdominal.
Los bacteroides pigmentados están presentes en la
cavidad oral y suelen asociarse a infecciones pulmonares
Similar a Bacteroides
Similar a Bacteroides
Presentes en vagina
De distribución similar a los Bacteroides, suelen aislarse
como causa de infección respiratoria
Resistencia a la penicilina y
clindamicina
Asociado a infección del tracto
genital femenino
Presentes en cavidad oral y en vagina
Presentes en cavidad oral
Posible poder patógeno en ciertas Presentes en los folículos y en las glándulas sebáceas de
circunstancias
la piel
Suele requerir de tratamientos
prolongados
Asociados a vaginosis
Presentes en vagina
Presentes en vagina
Causante del tétanos
Causante del botulismo
Se ha asociado con tumores
malignos gastrointestinales
Puede causar infecciones graves
Presentes en el tubo digestivo del hombre y la mayoría de
animales, sus esporas se encuentran en gran número en
el suelo
Causa de colitis
pseudomembranosa asociada a
terapéutica antibiótica
Posible resistencia a la penicilina,
clindamicina y cefalosporinas
56
Tabla 6. Treponematosis humanas
El pián, la pinta y el bejel son infecciones cutáneas que se transmiten por contacto
directo. El reservorio natural de sus agentes es el hombre.
Especie
Distribución
Patología
T. pallidum ss pallidum
Mundial
Sífilis
T. pertenue
Trópicos
(África, América, Asia)
Frambesia (Pián)
T. carateum
Trópicos (América)
T. pallidum ss endemicum
Distribución irregular en
zonas cálidas y pobres
África sahariana, Asia)
Pinta
Bejel
57
Tabla 7. Infecciones por Chlamydia y Chlamydophila
Especie
Chlamydophila psittaci
Muchos serotipos mal sistematizados
(Distribución universal)
Chlamydophila pneumoniae
Un serotipo
(Distribución universal)
Patología
Su principal reservorio lo constituyen las aves domésticas y
salvajes. La infección humana es una zoonosis contraída por
la inhalación de secreciones respiratorias o polvo de las
excretas de aves infectadas. El cuadro clínico es de
neumonía atípica.
Su reservorio es humano. Causa infección del tracto
respiratorio alto (faringitis, sinusitis) y bajo (bronquitis,
neumonía atípica). Su transmisión es aérea.
Chlamydia trachomatis
Serotipos A, B, Ba, C
(Prevalente en regiones desérticas o
semidesérticas de África, India,
Pakistán, Indonesia y Australia)
Causan el tracoma; grave conjuntivitis folicular crónica, que
constituye una de las causas más importantes de ceguera
evitable en las areas endémicas.
Serotipos D, E, F, G, H, I, J, K
(Distribución universal)
Uretritis y cervicitis de transmisión sexual que pueden
complicarse con epidedimitis en el varón, endometritis,
salpingitis y pelviperitonitis (enfermedad inflamatoria pélvica)
en la mujer, y proctitis en ambos sexos.
Conjuntivitis de inclusión en adultos. El neonato puede
contaminarse a su paso por el canal del parto. La mayoría
presenta conjuntivitis de inclusión. En el 5-10% puede
observarse una neumonía neonatal.
Serotipos L1, L2, L3
(Prevalentes en África y Sudamérica)
Dan lugar a linfogranuloma venéreo, de transmisión sexual.
Se caracteriza por una lesión inicial ulcerada en los
genitales, que se resuelve espontánea y rápidamente.
Posteriormente aparece linfoadenopatía regional fistulizada
que se sigue tardiamente de reacción fibrótica y alteración
del drenaje linfático.
58
Tabla 8. Especies de Borrelia causantes de fiebre recurrente
Las fiebres recurrentes están causadas por numerosas especies de Borrelia que
tienen como reservorio al hombre o diversos roedores y son transmitidas por piojos y
garrapatas. Su distribución geográfica es irregular.
Especie
Vector
Reservorio
Distribución
Patología
B. recurrentis
Pediculus humanus
humanus (piojo1)
Humano
Mundial
Fiebre
recurrente
epidémica
B. duttoni
Ornithodoros
moubata
Humano
África (C, E y S)
Fiebre
recurrente
endémica de EAfrica
B. hispanica
Ornithodoros
erraticus
Roedores
España, Portugal, Fiebre
Marruecos, Argelia recurrente
y Túnez
hispano-africana
B. burgdorferi
Garrapatas del
género Ixodes
Roedores
E-O Estados
Unidos, Europa,
Asia y Australia
África, Asia,
América y
caúcaso (según
hábitat del vector)
Otras bacterias: Ornithodoros spp
B. crocidurae,
Roedores y
otros
pequeños
mamíferos
Enfermedad de
Lyme
Fiebres
recurrente
B. merionesi, B. microti
B. dipodilli, B. persica,
B. caucasica, B. latyschewii,
B. hermsii, B. turicatae,
B. parkeri, B. mazzottii,
B. venezuelensis
1
El piojo se infecta al ingerir sangre de un enfermo, pero la infección no se transmite por vía
transovárica
59
Tabla 9. Rickettsias y rickettsiosis
R. sibirica (Asia Central) y R. australis (Australia) causan infecciones sistémicas con
exantema transmitidos por garrapatas. R. akari (V.S. Rusia) es transmitida por
ácaros.
Organismos
Vector
Reservorio
Distribución
Patología
R. prowazekii
Piojo humano
Humano
África, Asia,
S. América
Tifus exantemático
epidémico
R. typhi
Pulgas
Roedores
Mundial
Tifus marino
R. rickettsii
Garrapata
Roedores, perros
N. y S. América
Fiebre exantemática
de las Montañas
rocosas
R. conorii
Garrapata
Roedores
Cuenca
mediterránea
Fiebre botonosa
mediterránea
Rochalemaea
quintae
Piojo humano
Humano
Europa, Asia,
África
Fiebre de las
trincheras
Inoculación
Ganado
Mundial
Fiebre Q
2
Erlichia, Anaplasma
1
y Neorikettsia
Coxiella burnetii
2
1
Son un grupo de zoonosis transmitidas por garrapatas. Con excepción de N. sennetsu, especie
confinada al área de Malasia-Japón, que produce un cuadro similar a la mononucleosis infecciosa, y
de la que desconocemos su ciclo, las Erlichia spp y Anaplasma spp se mantienen en un ciclo
garrapata, rumiante, roedor.
Provocan un cuadro pseudogripal consistente en fiebre, malestar general, artromialgias y cefalea.
Algunos pacientes desarrollan neumonía atípica y en el caso de E. chaffeensis alteraciones del
S.N.C. (meningitis).
2
Microorganismos que causan enfermedad en nuestro medio
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