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Celula bacteriana

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El conocimiento de las celulas bacterianas nos ayudan a tener un mejor estilo de vida y amantener un estado normal o eficaz de salud

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Celula bacteriana

  1. 1. LA CELULA BACTERIANA
  2. 2. ESTRUCTURA CELULAR            CELULAS EUCARIÓTICAS Núcleo Citoplasma Pared celular ( celulosa o quitina) Retículo endoplásmico ( liso y rugoso ) Aparato reticular de Golgi Mitocondrias Cilios Flagelos. CELULAS PROCARIÓTICAS Son más simples que la eucariótica con una excepción : la pared celular que puede ser más compleja.
  3. 3. ESTRUCTURA BACTERIANA  ENVOLTURA Y APENDICES  Las bacterias tienen un interior muy simple y un exterior complejo, incluso recargado. Esto se puede entender con facilidad al apreciar que la envoltura no solo protege a la célula contra las amenazas químicas y biológicas de su ambiente, sino que también es responsable de muchos procesos metabólicos que son característicos de los organelos internos de las células eucariotas.
  4. 4. ENVOLTURA Y APENDICES  Cápsula.-Polímero (polisacárido) extracelular sintetizado por la bacteria en su ambiente natural, formando un condensado una capa bien definida que rodea estrechamente a la bacteria.  Glicocalix.- Maraña de fibras con polisacáridos, proteínas o mezclas de ambos compuestos (Klebsiela pneumoniae, Streptococus mutans ) .  Flagelos .- Apéndices filiformes compuestos por proteínas ( 12 – 30nm diámetro ) flagelina .  Motilidad .- Semirrígidos , helicoidales, retornos ( giro) .
  5. 5. ENVOLTURA Y APENDICES NÚCLEO BACTERIANO Cuenta con dos regiones claramente visibles, una granular (el citosol) y otra fibrosa (el nucleoide). Además, muchas bacterias poseen plásmidos que en general son corpúsculos circulares de DNA de doble cadena en el citosol que están separados del nucleoide mas grande, son muy pequeños.  CITOSOL Esta rodeado por la membrana celular. Tiene un aspecto granuloso debido a que esta repleto de ribosomas, que son mucho mas abundantes que en el citoplasma de las células eucariotas. Cada ribosoma es una partícula de ribonucleoproteína que consiste en tres especies de rRNA (5 S, 16 S y 23 S) y mas de 50 proteínas. La estructura general de las subunidades (una partícula 50 S mas una partícula 30 S) del ribosoma bacteriano 70 S se asemeja a la de los ribosomas eucariotas, pero es mas pequeño y difiere lo suficiente en función de que un número muy grande de antimicrobianos tienen como blanco al ribosoma procariota.  NUCLEOIDE El genoma bacteriano reside en un solo cromosoma (existen raras excepciones) y consiste típicamente en cerca de 4 000 genes codificados en una molécula circular grande de DNA de doble cadena, que contiene cerca de 5 millones de pares de bases de nucleótidos. Se adhiere a la membrana celular y a estructuras centrales.
  6. 6.  Pilis (fimbrias) Subunidades de proteínas (pilina) , conjugación bacteriana ( Escherichia coli enteropatógena). Las pilosidades comunes cubren la superficie de la célula. En muchos casos son adhesinas,que son responsables de la capacidad de las bacterias para colonizar superficies y células La pilosidad sexual participa en el intercambio de material genético entre algunas bacterias gramnegativas. Solo existe una por célula.  Pared Celular protege a la célula de las alteraciones mecánicas y evita que estalle a causa de la presión de turgencia producida por la hipertonicidad del interior de la célula con relación al ambiente. También proporciona una barrera contra ciertos agentes químicos y biológicos tóxicos; su forma es responsable de la apariencia de la célula.  La membrana de la célula bacteriana es excepcionalmente rica en proteínas y no contiene esteroles (excepto micoplasmas). El cromosoma bacteriano esta adherido a la membrana celular, la cual representa una función en la segregación de los cromosomas hijos en la división celular, análoga a la función del aparato mitótico de las eucariotas. La membrana es el lugar de síntesis del DNA, de los polímeros de la pared celular y de los lípidos de membrana. Contiene todo el sistema de transporte de electrones de la célula (en consecuencia, es funcionalmente análoga a la mitocondria de las eucariotas). MICROBIOLOGIA MEDICA ; Ryan Kenneth y cols; Edit. Mac Graw Hill, 5ta Edición, Cap. 21 MICROBIOLOGIA MEDICA; JAWETZ Ernest, Capítulo 2
  7. 7. ENVOLURA Y APENDICES
  8. 8. PARED CELULAR  La evolución de las bacterias ha conducido a dos soluciones importantes para la estructura de la pared celular.  La tinción de Gram distingue dos estructuras principales de la envoltura se clasifican en Gram positivas y Gram negativas
  9. 9. PARED CELULAR Pared celular grampositiva  La pared celular grampositiva tiene dos componentes principales, peptidoglucano y ácidos teicoicos, además de carbohidratos y proteínas adicionales, dependiendo de la especie.  El peptidoglucano consiste en una cadena lineal de glucano con dos azucares alternadas, Nacetilglucosamina (NAG) y ácido Nacetilmurámico (NAM).  El ácido teicoico constituído por polímeros ya sea de fosfato de glicerol o fosfato de ribitol, con diversos azúcares, aminoazúcares y aminoácidos como sustituyentes.
  10. 10. PARED CELULAR Pared celular gramnegativa En las células gramnegativas, la cantidad de peptidoglucano es muy reducida y parte de ella forma una vaina de una sola capa alrededor de la célula, mientras que el resto forma el gel periplásmico, con pocos enlaces cruzados. Fuera de este periplasma se encuentra una elaborada membrana externa.
  11. 11. PARED CELULAR  Las proteínas en solución en el periplasma consisten en enzimas con funciones hidrolíticas; a veces son enzimas que inactivan los antibióticos, y diversas proteínas de unión que tienen funciones dentro de la quimiotaxis y transporte activo de solutos dentro de la célula. Dentro del periplasma, los oligosacáridos que se secretan en respuesta a las condiciones externas sirven para crear amortiguación contra la presión osmótica.  La membrana externa, tiene una estructura general parecida a la mayoría de las membranas biológicas con dos hojuelas opuestas de fosfolípido y proteína.  Su hojuela interna consiste en fosfolípidos comunes, pero estos se reemplazan en la hojuela externa con una molécula especial llamada lipopolisacárido (LPS) que es en extremo toxica para los humanos y otros animales y que se denomina endotoxina.
  12. 12. PARED CELULAR
  13. 13. ENDOSPORAS  Las endosporas son formas pequeñas, deshidratadas y metabólicamente inactivas que producen algunas bacterias en respuesta a la limitación de nutrientes o a una señal relacionada de dificultades futuras.  Algunas bacterias formadoras de esporas tienen gran importancia en la medicina, causando enfermedades tales como el carbunco, gangrena gaseosa, tétano y botulismo.  Todas las bacterias formadoras de esporas son bacilos grampositivos. La endospora bacteriana no es una estructura reproductiva.  Una célula forma una espora en condiciones adversas (proceso que se denomina esporulación). La espora puede persistir durante largo tiempo (siglos) y entonces, al momento de ocurrir la estimulación apropiada, dan lugar a una sola célula bacteriana (germinación). Bacilo subtilis
  14. 14. CRECIMIENTO Y METABOLISMO BACTERIANO  El crecimiento de las bacterias ocurre mediante un progreso ordenado de procesos metabólicos seguidos de división celular por fisión binaria.  Esto requiere del metabolismo, que produce el material celular a partir de sustancias nutritivas en el ambiente; regulación, que coordina de manera ordenada el avance de cientos de procesos bioquímicos independientes; y, por último, división celular, que produce dos unidades vivas independientes a partir de una.
  15. 15. METABOLISMO (Escherichia coli)     Las amplias diferencias entre las bacterias y las células eucariotas humanas pueden resumirse de la siguiente manera: Velocidad. Las bacterias metabolizan a una tasa de 10 a 100 veces mayor. Versatilidad. Las bacterias utilizan compuestos mas diversos como fuente de energía y son mucho mas variadas en sus requerimientos nutricionales. Sencillez. La organización de la célula procariota posibilita que las bacterias sinteticen macromoléculas eficientemente. Naturaleza única. Algunos procesos de biosíntesis, como los que producen peptidoglucano, liposacáridos y toxinas, son específicos de las bacterias. El metabolismo bacteriano es sumamente complejo. La célula bacteriana se sintetiza a si misma y genera energía por medio de hasta 2.000 reacciones químicas clasificadas según su función en los procesos metabólicos de producción de energía, biosíntesis, polimerización y ensamblaje.
  16. 16. METABOLISMO
  17. 17. METABOLISMO( Reacciones energéticas)  Las reacciones energéticas proporcionan energía a la célula y 12 metabolitos precursores utilizados en las reacciones de biosíntesis (figura 21-12). El primer paso es la captura de nutrientes del ambiente. Aparte del agua, oxígeno y bióxido de carbono, casi ningún nutriente importante ingresa a la célula por difusión simple, debido a que la membrana celular es una barrera muy eficiente. Parte del transporte ocurre por medio de difusión facilitada, en la que una proteína portadora en la membrana celular, específica de un determinado compuesto, participa en el traslado de las moléculas de esa sustancia de un lado a otro de la membrana (figura 21-13 Ay B). Debido a que no participa ningún tipo de energía, este proceso solo puede funcionar a la par, y nunca en contra, del gradiente de concentración de un soluto determinado.
  18. 18. METABOLISMO  Los mecanismos de transporte activo implican moléculas especificas de proteína como portadoras de solutos particulares, pero el proceso esta asociado con energía y, por ende, puede establecer un gradiente de concentración. Esto es, el transporte activo puede bombear “a contracorriente”. Las bacterias tienen múltiples sistemas de transporte activo, algunos de las cuales implican proteínas de enlace dependientes de ATP (figura 21-14) y otros que demandan bombas de protones impulsadas por transporte de electrones dentro de la membrana celular energizada.  Otro mecanismo denominado translocación de grupo, implica la conversión química del soluto en otra molécula al momento de transportarla
  19. 19. METABOLISMO  Una vez dentro de la célula, las moléculas de azúcar u otras fuentes de carbono y energía se metabolizan a través de la vía glagolítica Embden-Meyerhof, la vía de pentosa fosfato y el ciclo de Krebs para producir los compuestos de carbono necesarios para la biosíntesis. Algunas bacterias tienen vías energéticas centrales (p. ej., vía de Entner-Doudoroff consultar ) aparte de aquellas conocidas en el metabolismo mamífero.  En conjunto, las vías energéticas centrales producen los 12 metabolitos precursores. Las conexiones con las vías de fermentación y respiración permiten la reoxidación de la coenzima reducida dinucleótido de nicotamida y adenina (NADH) para convertirse en NAD+ y la generación de ATP. La bacteria fabrica ATP mediante Fosforilación en la fermentación o por una combinación de Fosforilación del sustrato y Fosforilación oxidativa en la respiración. (Las bacterias fotosintéticas no son importantes para la medicina.)
  20. 20. METABOLISMO  La fermentación es la transferencia de electrones y protones por medio de NAD+ directamente a un aceptor orgánico. El piruvato ocupa un papel central en la fermentación. En la fermentación se producen grandes cantidades de ácidos orgánicos y alcoholes  VIA ANAEROBIA
  21. 21. METABOLISMO  La respiración implica vías energéticas en las que la oxidación del sustrato se conjunta con el transporte de electrones a través de una cadena de portadores hasta algún aceptor final, que con frecuencia, aunque no siempre, es el oxigeno molecular.  La respiración es un generador eficiente de ATP. La respiración en procariotas, al igual que en las células eucariotas, ocurre por medio de enzimas asociadas con la membrana, pero en las procariotas, la membrana celular en lugar de las membranas mitocondriales es la que proporciona el sitio físico.  VIA AEROBIA
  22. 22. METABOLISMO  Las bacterias exhiben diferentes respuestas características ante el oxigeno. Una manera conveniente de clasificar a las bacterias es de acuerdo con sus actividades de fermentación y respiración, pero también en forma mas general según su respuesta común ante la presencia de oxigeno. La respuesta depende de su capacidad genética para fermentar y respirar, pero también de su capacidad para protegerse de los efectos dañinos del oxígeno. Dos son las sustancias tóxicas del O2: el peróxido de hidrógeno (H2O2) ( O2 aceptor final de e – y p+) y al anión superóxido (O2–) ( intermediario Rx).
  23. 23. METABOLISMO CLASIFICACION DE LAS BACTERIAS
  24. 24. METABOLISMO ( Respiración )  Aerobios tienen la enzima dismutasa superóxido  Anaerobios carecen de las enzimas dismutasa y catalasa, teniendo que usar la fermentación.  Las bacterias facultativas (la mayoría de los patógenos) crecen bien en condiciones aerobias o anaerobias. Si existe oxigeno disponible, respiran; en caso contrario, emplean la fermentación. Algunas bacterias facultativas fermentan incluso cuando existe oxigeno.  Las bacterias microaerófilos las se encuentran en un sitio intermedio, al requerir de 5 a 10% de oxígeno para un óptimo crecimiento. Dentro de cada clase existen patógenos importantes.
  25. 25. METABOLISMO Reacciones de Biosíntesis  Las reacciones de biosíntesis forman una red de vías que conducen de los metabolitos precursores (obtenidos por medio de las reacciones energéticas) a los muchos aminoácidos, nucleótidos, azúcares, aminoazúcares, ácidos grasos y otros componentes básicos que se necesitan para las macromoléculas. Además de los precursores del carbono, se necesitan grandes cantidades del dinucleótido fosfato de nicotinamida y adenina, ATP, amino nitrógeno y alguna fuente de azufre para la biosíntesis de estos elementos iniciales.  Existen relativamente pocas vías de biosíntesis que sean únicas de las bacterias, pero algunas forman una base para la vulnerabilidad bacteriana o para su patogenicidad. La inhibición de esas vías es la base para la acción antibacteriana de las sulfonamidas y trimetoprim ( síntesis del ácido fólico)
  26. 26. METABOLISMO ( Biosíntesis )
  27. 27. METABOLISMO Reacciones de Polimerización  La polimerización del DNA se denomina replicación. La replicación siempre inicia en sitios especiales del cromosoma y después procede en forma bidireccional alrededor del cromosoma circular.  La síntesis de DNA en cada horquilla de replicación se llama semi-conservadora porque cada una de las cadenas de DNA sirve como plantilla para la síntesis de su complemento y, en consecuencia, una de las dos cadenas de la nueva molécula de doble cadena se conserva a partir del cromosoma original. Algunos de los agentes quimio-terapéuticos derivan su toxicidad selectiva para las bacterias de las características únicas de la replicación del ADN procariota.  Los compuestos sintéticos de quinolona inhiben la ácido desoxirribonucleico girasa, una de las muchas enzimas que participan en la replicación del acido desoxirribonucleico.
  28. 28. METABOLISMO Reacciones de Polimerización
  29. 29. METABOLISMO Reacciones de Polimerización  Transcripción es la síntesis de RNA.  La transcripción en las bacterias difiere de diversos modos con respecto a la que ocurre en las células eucariotas. Una diferencia es que todas las formas del RNA bacteriano (mRNA, tRNA y rRNA) se sintetizan por medio de la misma enzima, RNA polimerasa. Esta enzima es una molécula grande y compleja con una subunidad (subunidad δ) que localiza secuencias específicas de DNA, llamadas promotores, que anteceden a todas las unidades transcripcionales. Es notable que el ácido ribonucleico mensajero bacteriano se sintetiza, utiliza y degrada en unos cuantos minutos. La RNA polimerasa de las bacterias es el blanco del antimicrobiano rifampicina, que bloquea el inicio de la transcripción. Una sola RNA polimerasa compone todas las formas del RNA bacteriano.
  30. 30. METABOLISMO Reacciones de Polimerización Traducción es el nombre que se da a la síntesis de proteínas.  Las bacterias activan los 20 componentes básicos de proteína durante su unión con moléculas específicas de RNA de transferencia. Factores proteínicos solubles llevan los aminoacil-tRNA a los ribosomas y allí los aminoácidos se polimerizan en cadenas de polipéptidos siguiendo la secuencia de codones en el mRNA que se esta traduciendo.  Al haber donado sus aminoácidos, el tRNA se libera del ribosoma para regresar a otro ciclo de amino-acilación. Muchos agentes antimicrobianos derivan su toxicidad selectiva para las bacterias de las características y proteínas únicas del aparato de traducción procariota. De hecho, la síntesis de proteínas es el blanco de una mayor variedad de antimicrobianos que cualquier otro proceso metabólico. Los residuos de aminoácidos se polimerizan a partir de tRNA específicos, según la instrucción dada por el mRNA. Muchos antimicrobianos actúan sobre la maquinaria de traducción de las bacterias. La traducción del mRNA ocurre en forma simultánea con la transcripción
  31. 31. METABOLISMO Reacciones de Polimerización ( Transcripción Traducción )
  32. 32. METABOLISMO Reacciones de Polimerización Síntesis de peptidoglucano  Otras reacciones de polimerización ( ausente en cels eucariotas) implican síntesis de peptidoglucano, fosfolípidos, LPS y polisacárido capsular. La síntesis del peptidoglucano ocurre en tres compartimentos de la célula. A continuación se resumen los pasos implicados, junto con los puntos de ataque de algunos antimicrobianos que bloquean pasos del proceso:  1. En el citosol, una serie de reacciones conducen a la síntesis, sobre un portador nucleótido (UDP), de un residuo de acido N-acetilmuramico (NAM) que lleva un pentapeptido. El NAM y el peptido unido a este se sintetizan en el citosol  2. Después, este precursor se adhiere, con la liberación de UMP, a un portador especial parecido a un lípido en la membrana celular denominado bactoprenol. Dentro de la membrana celular, la N-acetilglucosamina (NAG) se anade al precursor, junto con cualesquiera aminoacidos que en esta especie particular formaran el puente entre tetrapeptidos adyacentes.
  33. 33. METABOLISMO Reacciones de Polimerización (Síntesis de peptidoglucano ) 3. Fuera de la membrana celular, esta subunidad de disacáridos se une al extremo de la cadena de glucano en desarrollo y después se forman por medio de transpeptidasas los enlaces cruzados entre cadenas que dan su fortaleza a la macromolécula (fi gura 21-20). Estas enzimas también se denominan proteínas de unión a la penicilina (PBP) por su propiedad de enlazar este antibiótico. Estas transpeptidasas participan en la formación, desintegración y reformación de los enlaces de péptidos entre las cadenas de glucano que son necesarias para permitir la expansión del saco de peptidoglucano durante el desarrollo celular. Los detalles del proceso de formación de enlaces cruzados varían entre especies de bacterias.
  34. 34. METABOLISMO Reacciones de Polimerización (Síntesis de peptidoglucano )
  35. 35. METABOLISMO Reacciones de Polimerización SECRESION DE PROTEINAS  Sacar las macromoléculas del interior de la célula hacia su lugar preciso en la pared, membrana externa y cápsula es un proceso complejo. Lo que es mas, muchas proteínas se translocan a través de todas las capas de la envoltura celular hacia el ambiente exterior. Este último caso es de particular interés para la medicina cuando la proteína es una exotoxina u otra proteína implicada en la virulencia.  Secreción de proteínas se ha vuelto el término general para indicar todos los casos de translocación de proteínas fuera del citosol (es decir, ya sea que la proteína deje la célula o que se vuelva parte de la envoltura). El proceso es bastante sencillo en las bacterias grampositivas, en las que las proteínas, después de exportarse a través de la membrana citoplasmática, solo tienen que moverse a través de la capa relativamente porosa de peptidoglucano. En las bacterias gram negativas, el periplasma y la membrana externa constituyen barreras adicionales.
  36. 36. Clasificación de las bacterias  Por la forma  Por la ubicación de los flagelos  Por la tinción: Gram , Alcohol ácido resistente, endosporas  Por el uso del oxígeno  MICROBIOLOGIA MEDICA ; Ryan Kenneth y cols; Editorial Mac Graw Hill, 5ta Edición
  37. 37. Por la forma
  38. 38. Por la disposición de los flagelos.  Los flagelos son estructuras proteínicas helicoidales que giran y que son responsables de la locomoción bacteriana. La flagelina es la proteína y hace que los flagelos sean antígenos superficiales útiles para la diferenciación de las cepas, en particular entre las enterobacterias.  Monótrico: Vibrio metchnicovi.  Anfítrica: Pseudomona aeruginosa.  Lofótricas: Spirilum serpens.  Perítrica: Escherichia coli.
  39. 39. TINCIONES BACTERIANAS
  40. 40. MICROBIOLOGIA MEDICA; JAWETZ Ernest, Capítulo 2 MICROBIOLOGIA MEDICA ; Ryan Kenneth y cols; Edit. Mac Graw Hill, 5ta Edición, Cap. 21 BIOLOGIA, CURTIS Helena : Capítulo 4
  41. 41. TINCION ACIDO RESISTENTE La ácidorresistencia es una de las propiedades de ciertas bacterias son resistentes a la decoloración por medio de las concentraciones de ácidos minerales y de etanol que eliminan esos mismos pigmentos de otras bacterias. Esta combinación de tinción débil inicial y de fuerte retención una vez tenidas, se relaciona con el alto contenido de lípidos de la pared celular micobacteriana.  Retienen la carbolfuscina ( fuscina básica disuelta en alcohol, fenol y agua ) aun cuando se intente decolorarlas con una mezcla de alcohol ácido clorhídrico .  Frotis en portaobjetos, cubrir con carbolfucsina se calienta en un baño de vapor y se decolora con alcohol ácido y se coloca colorante de contraste que es el azul de metileno .  Micobacteriun tuberculosis , Micobacterium leprae y actinomicetos.
  42. 42. Endosporas  Bacillus ( aerobios estrictos)  Clostridium ( anaerobios estrictos )  Sporosarcina y rickettsias (coxiella burneii)
  43. 43. Tinción de esporas  Se les observa como cuerpos refringentes intracelulares en suspensiones bacterianas sin teñir o como zonas incoloras de las células bacterianas teñidas con colorantes habituales.  Los colorantes ingresan a la espora cuando se las calienta . Siendo la misma impermeabilidad un factor para evitar que se decoloren cuando se les trata con alcohol , se las contrasta.  Se tiñen fácilmente con verde de malaquita y carbolfucsina.
  44. 44. DIAGNOSTICO MICROBIOLÓGICO ; Koneman Elmer, Editorial Panamericana , Capítulo 1. MICROBIOLOGIA MEDICA; JAWETZ Ernest, Capítulo 2
  45. 45. POR LA CAPTACION DEL OXIGENO MICROBIOLOGIA MEDICA ; Ryan Kenneth y cols; Editorial Mac Graw Hill, 5ta Edición DIAGNOSTICO MICROBIOLÓGICO ; Koneman Elmer, Editorial Panamericana , Capítulo 1. MICROBIOLOGIA MEDICA; JAWETZ Ernest, Capítulo 2
  46. 46. DIVISION Y DESARROLLO CELULAR  Las bacterias se multiplican por medio de fisión binaria. En un medio rico en nutrientes a 37 °C, el proceso completo se termina en 20 minutos en el caso de E. coli y muchas otras especies patógenas.  La tasa de crecimiento de un cultivo bacteriano depende de tres factores: la especie de bacteria, la composición química del medio y la temperatura. El tiempo necesario para que un cultivo duplique su masa o el numero de células esta en el rango de 30 a 60 minutos para la mayoría de las bacterias en un medio enriquecido. Algunas especies pueden duplicar su numero en 20 minutos (E. coli y organismos relacionados) y algunas (p. ej., algunas Micobacterias) requieren casi tanto como las células mamíferas: 20 horas.  El crecimiento en un cultivo liquido puede vigilarse por medio de conteo de colonias o por turbidimetría.
  47. 47. La medida de la masa de los constituyentes de la célula bacteriana es utilizada frecuentemente como base para la medida de una actividad metabólica, o de un constituyente metabólico o químico UFC es el número mínimo de células separables sobre la superficie, o dentro, de un medio de agar semi-sólido que da lugar al desarrollo de una colonia visible del orden de decenas de millones de células descendientes.
  48. 48.  DIVISION Y DESARROLLO CELULAR Ciclo de crecimiento  Un cultivo bacteriano simple y homogéneo tiene un ciclo de crecimiento como el que se representa a continuación. Este ciclo tiene una morfología y una división de células asincrónica. Se divide en cuatro fases: ♦ Fase de Latencia o de Regazo : Es la fase de adaptación al medio, existe aumento de la masa celular pero no hay aumento en el número de células. ♦ Fase de Crecimiento Exponencial: Es la fase donde se produce un incremento exponencial del número de microorganismos. ♦ Fase Estacionaria: Es la fase a la que se llega cuando se ha agotado la fuente de energía. ♦ Fase de Muerte o declinación : Es la fase que se caracteriza por una disminución exponencial del número de microorganismos.   MICROBIOLOGIA MEDICA ; Ryan Kenneth y cols; Editorial Mac Graw Hill, 5ta Edición MICROBIOLOGIA MEDICA; JAWETZ Ernest, Capítulo 4
  49. 49. FUENTE DE ENERGIA METABOLICA  FERMENTACION Fosforilación de sustrato( glucosa, lactosa, arginina) donación de enlaces pirofosfato al ADP. C6H12O6 -----> 2C3H6O3 + 2 pirofosfatos en trifosfato de adenosina  RESPIRACION Análogo al acoplamiento del proceso dependiente de energía; reducción química (aceptor)de un oxidante ( O2, CO2, SO4=, NO3-)provoca la fuerza motriz protónica por la membrana; el agente reductor (donador) org o inorg( ac láctico, H+)  FOTOSINTESIS Similar a la respiración reducción de un oxidante por medio de iones determina la fuerza motriz protónica. Aquí se crea de forma fotoquímica ( luz solar)      RESUMEN 1. Fuentes de energía 1.1 Orgánicas: carbohidratos, proteínas, polisacáridos, grasas, ácidos orgánicos, etc. 1.2 Inorgánicas: Ej. amonio, nitritos, azufre, etc. 1.3 Luz.
  50. 50. NUTRICION             FUENTES DE CARBONO: Autótrofos Heterótrofos ( CO2) Glucosa fermentación FUENTES DE NITROGENO ( proteínas y ácidos nucléicos ) NH4+ vía glutamato y glutamina. FUENTES DE AZUFRE coenzimas, cisteinilo, metioinilo de las proteínas, reducción de SO4= 2. Componentes estructurales celulares 2.1 Componentes principales: Carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, magnesio, calcio, hierro y sodio. 2.2 Elementos trazas: Cobalto, zinc, molibdeno, cobre y manganeso.
  51. 51. CONSTITUYENTES BÁSICOS DE LOS MEDIOS DE CULTIVO  2.3 Factores de crecimiento:  Se llama así a cualquier compuesto orgánico que un microorganismo requiere como precursor o constituyente de su material orgánico celular, pero que no puede sintetizarlo a partir de sus fuentes de carbono más simples, por lo que se le debe proporcionar como nutriente. Ej. aminoácidos, purinas, pirimidinas y vitaminas.  Ciertas bacterias patógenas requieren sangre o heme. Ej. Género Haemophilus.  3. Agua
  52. 52. CONDICIONES AMBIENTALES QUE AFECVTAN EL CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS  1. Temperatura  Cada microorganismo tiene una temperatura óptima en la cual su crecimiento es más rápido; una temperatura mínima por debajo de la cual no crece y una temperatura máxima por encima de la cual el crecimiento no es posible, estas tres temperaturas se denominan temperaturas cardinales y son características de cada microorganismo.  El rango de temperaturas entre las que un microorganismo puede crecer es variable, hay microorganismos con un rango estrecho llamados ESTENOTERMALES y se encuentran en hábitat de temperatura relativamente constante. Los microorganismos de rangos más amplios se encuentran en medios ambientales donde la temperatura varía considerablemente y éstos son llamados EURITERMALES.
  53. 53. Temperatura  De acuerdo con el rango de temperatura a la que crecen, los microorganismos se dividen en:  1.1 Psicrófilos: Microorganismos capaces de crecer a bajas temperaturas. Existen varias definiciones de psicrófilos, en un inicio se definía como Psicrófilo a cualquier microorganismo que podía crecer a 0 ºC. Sin embargo, parecen haber dos grupos diferentes que pueden crecer a esa temperatura.  El primer grupo está constituido por los psicrófilos estrictos o aquellos microorganismos que pueden crecer a 0 ºC pero cuya temperatura óptima es de 15 ºC. El otro grupo los constituyen aquellos microorganismos que pueden proliferar a 0 ºC pero que tienen temperaturas óptimas más elevadas 20 - 30 ºC llamados psicrófilos facultativos. Ej. Pseudomonas.
  54. 54. Temperatura  1.2 Mesófilos: Microorganismos cuya temperatura óptima de crecimiento se encuentra  dentro de un rango de 25 – 40 º C. Dentro de este grupo se encuentran la mayoría de los microorganismos contaminantes de los productos farmacéuticos, alimentos y cosméticos y los microorganismos patógenos para el hombre. Ej. Neisseria gonorrhoeae.  1.3 Termófilos: Microorganismos cuya temperaturas óptima es de 50 - 60 ºC, Hay algunos con temperaturas óptimas aún más altas 80 121 ºC, a estos se les denomina hipertermófilos o termófilos extremos. Ej. Thermus aquaticus  (temperatura óptima 72 ºC; crece entre 50 - 80 ºC)
  55. 55. Actividad del agua ( aw)  Como los microorganismos dependen del agua para la síntesis de sus componentes celulares, es necesario que ésta se encuentre disponible en el medio de cultivo para que los microorganismos la puedan utilizar para su crecimiento.  La cantidad disponible de agua para los microorganismos en un medio de cultivo, no depende sólo de la cantidad que se ha añadido, ya que en estos medios se pueden encontrar sustancias sólidas disueltas que disminuyen su disponibilidad.  La actividad del agua (aw) es una expresión para la cantidad de agua disponible en un sustrato dado y se define como “la centésima parte de la humedad relativa del aire que está en equilibrio con ese sustrato”. Este valor nos indica la cantidad de agua disponible para ser utilizada por los microorganismos.  El aw mínimo en que las bacterias crecen varía ampliamente pero los valores óptimos para la mayoría de las especies son mayores de 0,99.
  56. 56. AGUA  Existen ciertos microorganismos que pueden crecer en medios con elevadas concentraciones de solutos y se conocen como osmotolerantes. Otros microorganismos necesitan para crecer elevadas concentraciones de solutos, a éstos se les denomina osmofílicos.  Hay otros microorganismos que se han llamado halofílicos o halófilos estrictos, éstos requieren iones Na+ para crecer y lo hacen óptimamente en medios a los que se les ha añadido NaCl para obtener valores de aw menores de 0,80 y los halófilos facultativos que crecen a concentraciones de sales capaces de inhibir a la mayoría de las bacterias.  En la siguiente tabla se presentan como ejemplo algunos microorganismos y el valor de aw en el que se produce su crecimiento.
  57. 57. pH La acidez o alcalinidad de un medio de cultivo se expresa por su pH. Para la mayoría de las bacterias el pH óptimo de crecimiento está entre 6,5 y 7,5 aun cuando algunas pocas especies pueden crecer en los extremos del rango de pH. Las levaduras y los Mohos pueden crecer a valores de pH más bajos. Cuando se cultivan los microorganismos en un medio de cultivo originalmente ajustado a un pH dado, 7 por ejemplo, es probable que este pH cambie como resultado del metabolismo de esos microorganismos, el cambio de pH puede ser tan grande que eventualmente podría inhibir el crecimiento de esos microorganismos. .
  58. 58. pH Para mantener un pH relativamente constante durante el crecimiento microbiano, se le añaden sustancias buffer a muchos medios de cultivo. Aunque los microorganismos se encuentran en hábitats con amplios rangos de pH, el pH dentro de sus células es probablemente cercano a la neutralidad. En un medio ácido, el microorganismo puede mantener un pH cercano a la neutralidad de dos maneras diferentes, ya sea impidiendo la entrada de los iones H+, o expeliéndolos activamente tan rápidamente como entran. La neutralidad es necesaria porque existen en las células muchos componentes sensibles a ácidos y a álcalis, por ejemplo el ADN y el ATP son destruidos a pH ácido y el ARN y los fosfolípidos son sensibles a pH alcalino. El pH óptimo de las enzimas intracelulares es usualmente cercano a la neutralidad
  59. 59. Oxígeno  Según sus requerimientos de oxígeno los microorganismos pueden ser:  4.1 Aerobios estrictos: requieren oxígeno para crecer. Ej. Mycobacterium tuberculosis.  4.2 Anaerobios facultativos: pueden crecer en presencia o en ausencia de oxígeno. Ej. Levaduras, enterobacterias.  4.3 Anaerobios estrictos: crecen en ausencia de oxígeno. En presencia de oxígeno su crecimiento cesa, algunos mueren rápidamente. Ej. Especies del género Clostridium.  4.4 Anaerobios aerotolerantes: crecen en ausencia de oxígeno, pero la presencia de oxígeno no perjudica su crecimiento. Ej.: Especies del género Lactobacillus.  4.5 Microaerofílicos: requieren pequeñas concentraciones de oxígeno para crecer. Ej.: Especies del género Spirillum.  Para cultivar a las bacterias aeróbicas o a las anaerobias facultativas en tubos y fiolas pequeñas, se incuba el medio en condiciones atmosféricas normales. Cuando se requieren bacterias aerobias en grandes cantidades, es preferible aumentar la aireación del cultivo por agitación.
  60. 60. CULTIVO DE ANAEROBIOS JARRA DE VELA JARRA GASPACK  MICROBIOLOGIA MEDICA; JAWETZ Ernest, Capítulo 5
  61. 61. MEDIOS DE DIAGNOSTICO El diagnóstico de una infección microbiana empieza con una evaluación de las características clínicas y Epidemiológicas, lo que conduce a la formulación de una hipótesis diagnostica. Por lo general, se incluye la localización anatómica de la infección con la ayuda de los hallazgos físicos y radiológicos (p. ej., pulmonía del lóbulo inferior derecho, absceso sufrénico). Este diagnostico clínico sugiere cierto número de agentes etiológicos posibles con base en el conocimiento de los síndromes infecciosos y sus cursos. Entonces, se establece la causa específica mediante la aplicación de los métodos que vamos a describir . Se requiere de una combinación de arte y ciencia por parte tanto del clínico como del laboratorista: el clínico debe seleccionar los exámenes y especímenes adecuados a procesarse y, en caso apropiado, sugerir los agentes etiológicos sospechados al laboratorio. El laboratorista debe utilizar los métodos que demuestren los agentes probables y estar preparado para explorar las otras posibilidades que sugieran la situación clínica o los hallazgos de las pruebas de laboratorio. Los mejores resultados se obtienen cuando la comunicación entre el clínico y el laboratorista se encuentra maximizada.
  62. 62. MEDIOS DE DIAGNOSTICO Los enfoques generales del diagnóstico por laboratorio varían según los distintos microorganismos y enfermedades infecciosas. Sin embargo, los métodos normalmente son una combinación del examen microscópico directo, los cultivos, la detección de antígenos y la detección de anticuerpos (serología). En la actualidad son muchas las pruebas de amplificación de ácidos nucléicos que permiten la detección directa de los componentes genómicos de los patógenos, pero pocos resultan prácticos para un uso rutinario.
  63. 63. MEDIOS DE DIAGNOSTICO LA MUESTRA Si no se elige, recolecta, o ambos, de manera apropiada, no hay procedimiento de laboratorio que pueda rectificar el error. El fracaso al nivel de la toma de muestras es la razón mas común para no poder establecer un diagnóstico etiológico o, peor aun, para sugerir un diagnostico incorrecto. En el caso de las infecciones bacterianas, el problema principal se encuentra en distinguir entre los organismos de la flora normal residente o contaminante y aquellos que están ocasionando la infección.  “La calidad de la muestra es esencial”.
  64. 64. MEDIOS DE DIAGNOSTICO 1) Muestras directas de tejido o líquido Los especímenes directos se recolectan a partir de tejidos (pulmón, hígado) y líquidos corporales (liquido cefalorraquídeo, sangre) normalmente estériles. Los métodos varían desde la punción-aspiración con aguja de un absceso hasta la biopsia quirúrgica. En general, este tipo de toma de muestras requiere de la participación directa de un médico y puede conllevar ciertos riesgos para el paciente. Los resultados siempre serán de utilidad ya que los hallazgos positivos son diagnósticos y los hallazgos negativos pueden excluir la infección del sitio sospechado. 2) Muestras indirectas Las muestras indirectas son especímenes de exudados inflamatorios (esputo expectorado, orina por micción) que han pasado por sitios que se sabe están colonizados con flora normal. Por lo general, el sitio de origen es estéril en las personas saludables; sin embargo, es necesaria cierta evaluación de la probabilidad de contaminación con flora normal durante la recolección al momento de interpretar los resultados. Esta evaluación requiere de un conocimiento de la flora contaminante potencial así como de los probables patógenos a buscar. Mayor riesgo de mala interpretación. 3) Muestras de sitios con flora normal A menudo, el sitio principal de infección se encuentra en un área que se sabe se encuentra colonizada con una diversidad de organismos (faringe e intestino grueso). En tales instancias, se realizan análisis selectivos para detectar organismos
  65. 65. MEDIOS DE DIAGNOSTICO Recolección y transporte de las muestras El hisopo estéril es la herramienta mas conveniente y mas comunmente utilizada para la recolección de muestras; sin embargo, ofrece las condiciones menos adecuadas para la supervivencia y solo puede absorber un volumen pequeño de exudado inflamatorio. El peor espécimen posible es un hisopo reseco; el mejor es una recolección de 5 a 10 ml o mas del liquido o tejido infectado. El volumen es importante porque existe la posibilidad de que en una muestra pequeña no se detecten los organismos infectantes que estén presentes en números bajos. Los hisopos limitan el volumen y la supervivencia.
  66. 66. MEDIOS DE DIAGNOSTICO  Microscopia óptica  Las bacterias son visibles si se maximiza la óptica.  Tinciones: simples, diferenciales y especiales.  Microscopia de campo oscuro y de fluorescencia
  67. 67. MEDIOS DE DIAGNOSTICO Microscopía de campo oscuro y de fluorescencia Algunas bacterias, como Treponema pallidum, que causan la sífilis, son demasiado delgadas como para observarse por medio de la iluminación habitual de campo brillante. Es posible verlas por medio de la técnica de campo oscuro. Microscopía electrónica La microscopia electrónica muestra las estructuras mediante la transmisión de un haz de electrones y tiene entre 10 y 1 000 veces el poder de resolución de los métodos de microscopia óptica. Por razones practicas, su aplicación diagnostica se limita a la virología, donde, a causa de la resolución posible a aumentos elevados.
  68. 68. MEDIOS DE DIAGNOSTICO
  69. 69. MEDIOS DE DIAGNOSTICO SISTEMAS INMUNOLÓGICOS  La microbiología diagnostica hace mucho uso de la especificidad de los enlaces entre antígenos y anticuerpos. Se utilizan antisueros de especificidad conocida para detectar su antígeno homólogo en los cultivos o, de manera mas reciente, directamente en los líquidos corporales. Por otra parte, las preparaciones de antígenos conocidos se utilizan para detectar anticuerpos circulantes como evidencia de una infección actual o anterior con ese agente. Se utiliza una variedad de métodos para demostrar la unión antígenoanticuerpo.  La especificidad enormemente mejorada de los anticuerpos monoclonales ha tenido un gran impacto sobre la calidad de los métodos en los casos en que se han aplicado. Antes de discutir su aplicación diagnostica, se discuten los principios implicados en los métodos de mayor importancia.
  70. 70. MEDIOS DE DIAGNOSTICO Métodos para la detección de la reacción antígeno-anticuerpo Precipitación Cuando antígenos y anticuerpos se combinan en proporciones adecuadas, se forma un precipitado visible. Se pueden producir proporciones optimas antígeno-anticuerpo permitiendo que uno se difunda en el otro, principalmente a través de una matriz de agar (inmunodifusión). En el procedimiento de inmunodifusión, se cortan pozos en el agar y se llenan con antígenos y anticuerpos. Es posible que se formen una o mas líneas de precipitina entre los pozos de antígenos y anticuerpos, dependiendo del número de reacciones diferentes antígeno-anticuerpo que se presenten. La contrainmunoelectroforesis (CIE) es una técnica de inmunodifusión que se lleva a cabo en un campo electroforético. El efecto neto es que los antígenos y los anticuerpos se reúnen de manera rápida en el espacio entre los pozos para formar la línea de precipitina.
  71. 71. MEDIOS DE DIAGNOSTICO Neutralización La neutralización toma alguna función observable del agente, como el efecto citopático de los virus o la acción de una toxina bacteriana, y la neutraliza. Por lo general, esto se lleva a cabo haciendo que, en primera instancia, el agente reaccione con el anticuerpo y, después, colocando la mezcla antígeno-anticuerpo en el sistema de prueba. En el caso de la neutralización viral, una sola molécula de anticuerpo puede unirse a los componentes superficiales del virus extracelular e interferir con alguno de los eventos iniciales del ciclo de la multiplicación viral (adsorción, penetración o desnudamiento). Algunos agentes bacterianos y virales se enlazan directamente a los hematíes (hemaglutinación). La neutralización de esta reacción mediante el bloqueo del receptor por parte del anticuerpo se denomina inhibición de la hemaglutinación . La propiedad del antígeno se neutraliza con el anticuerpo
  72. 72. MEDIOS DE DIAGNOSTICO (Métodos de marcaje) Inmunofluorescencia. El método de marcaje mas común en la microbiología diagnóstica es la inmunofluorescencia, en la que el anticuerpo se marca con un tinte fluorescente, por lo general isotiocianato de fluoresceína (ITF); se aplica a un portaobjetos de material que puede contener el antígeno buscado. Mediante la microscopía de fluorescencia, el marcaje del anticuerpo etiquetado se puede detectar como un halo color verde brillante que rodea a la bacteria o, en el caso de virus, como un cúmulo fluorescente sobre o dentro de una célula infectada.  Este método se denomina “directo” si el ITF se conjuga directamente al anticuerpo con la especificidad deseada.  En el caso de la inmunofluorescencia “indirecta”, no se etiqueta el anticuerpo específico, sino que su unión con el antígeno se detecta en un paso adicional donde se utiliza un anticuerpo antiinmunoglobulina etiquetado con ITF que se une con el anticuerpo especifico. La elección entre ambas técnicas depende puramente de consideraciones técnicas.
  73. 73. MEDIOS DE DIAGNOSTICO (Métodos de marcaje) Radioinmunoensayo (RIE) e inmunoensayo enzimático (IEE). Las etiquetas que se utilizan en el RIE y el IEE son mas adecuadas para las pruebas de fase liquida y se utilizan principalmente en virología. También se utilizan en los métodos directos e indirectos y en muchas otras variaciones ingeniosas como los métodos de “sandwich”, así llamados porque el antígeno de interés queda “atrapado” entre dos anticuerpos. Estas técnicas en extremo sensibles se discuten con mayor detalle en cuanto a detección de anticuerpos. Los métodos de RIE y IEE de fase liquida tienen múltiples variantes Los métodos de prueba mas comunes en el caso de las bacterias son la aglutinación y la inmunofluorescencia; y, en el caso de los virus, la neutralización
  74. 74. MEDIOS DE DIAGNOSTICO ( Serología )
  75. 75. MEDIOS DE DIAGNOSTICO Amplificación de ácidos nucléicos Los métodos de amplificación de ácidos nucléicos (NAA), tales como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) permiten la detección y replicación selectiva de una porción especificada del genoma. La técnica básica de PCR utiliza oligonucleótidos sintéticos como cebadores y DNA polimerasas especiales en una forma que permite ciclos repetidos de síntesis de solo un segmento de la molécula blanco de DNA que puede ser hasta del tamaño de un genoma completo. MICROBIOLOGIA MEDICA ; Ryan Kenneth y cols; Editorial Mac Graw Hill, 5ta Edición
  76. 76. MEDIOS DE CULTIVO  De manera general se denomina “medio de cultivo” a cualquier material que presente una adecuada combinación de nutrientes para permitir el crecimiento o el incremento del número de células de una población microbiana
  77. 77. CULTIVO DE MICROORGANISMOS  Proceso de propagación de microorganismos brindándoles     las condiciones ambientales necesarias para su desarrollo . CHONPS, K, Na, Fe, Mg, Ca, Cl; ( gradientes membrana) macromoléculas unidas por enlaces anhídrido ----> ATP ( 2 fosfodiéster) Fuerza Motriz Protónica : Energía potencial que se puede derivar al pasar un protón a través de una membrana, diferencia de pH y diferencia de carga iónica. Eucariotas (mitocondrias), Procariotas (membrana citoplasmática celular ) Crecimiento : Materia orgánica, iones , fuente de energía que permita la síntesis metabólica .
  78. 78. MEDIOS DE DIAGNOSTICO
  79. 79. Tipos básicos de medios de cultivo Atendiendo a su estado físico:  Líquidos  Semisólidos  Sólidos
  80. 80.  MEDIOS LIQUIDOS Usualmente se denominan caldos ya que contienen los nutrientes disueltos en agua. Permiten obtener suspensiones con un elevado número de microorganismos. Ej. Caldo nutritivo  MEDIOS SOLIDOS Se pueden preparar a partir de medios líquidos a los cuales se les añaden agentes solidificantes como agar, gelatina o sílica gel. Se utilizan con frecuencia en el aislamiento y mantenimiento de los microorganismos en el laboratorio. Ej. Agar nutritivo
  81. 81. Atendiendo a su utilidad práctica: Medios para aislamientos primarios:  Para usos generales: no selectivos, para cultivo de una amplia variedad de organismos difíciles de hacer crecer. A menudo están enriquecidos con materiales como: sangre, suero, Hemoglobina, FX, FV, glutamina, u otros factores accesorios para el crecimiento de las bacterias (Agar Sangre, Schaeadler, etc)
  82. 82.  Selectivos: (pueden ser de moderada o de alta selectividad) se añaden sustancias que inhiban el crecimiento de ciertos grupos de bacterias, permitiendo a la vez el crecimiento de otras. Variando las sustancia añadidas, se varía el tipo y grado de selectividad (Mac Conkey, Kanamicina-Vancomicina)  Enriquecidos: Ralentizan/suprimen el crecimiento de la flora competitiva normal potenciando el cultivo y crecimiento deseado (Selenito, medio con Vitamina K).  Para aislamientos especializados: Formulaciones nutritivas especiales que satisfacen requerimientos de grupos específicos de bacterias, ayudando a su identificación (Lowenstein).
  83. 83. Medios para Identificación:  Diferenciales: Formulaciones especiales en las que se estudian las peculiaridades fisiológicas (nutrición y respiración sobre todo) específicas de las bacterias. Seleccionando los medios adecuados se puede llegar a la identificación de casi cualquier bacteria (OxidaciónFermentación) MICROBIOLOGIA MEDICA ; Ryan Kenneth y cols; Editorial Mac Graw Hill, 5ta Edición MICROBIOLOGIA MEDICA; JAWETZ Ernest, Capítulo 5
  84. 84. MUERTE BACTERIANA  Esterilización.- Proceso de destrucción de microorganismos de una preparación.  Efecto de la concentración del Medicamento:- La concentración del medicamento empleado se relaciona con el tiempo requerido para matar la fracción dada de la población .
  85. 85.  Bacteriostático( inhibición)  Bactericida ( muerte)  Estéril ( filtración)  Desinfectante  Séptico  Aséptico  MODOS DE ACCION  Daños al DNA  Desnaturalización de proteínas  Rotura de Membrana o Paredes celulares  Eliminación de grupos sulfhidrilos libres  Antagonismo químico

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