Microbiología 2014

Dr. Alejandro Dinamarca T.

Anatomía

Fisiología

Psicología

Sociología

Filosofía

1 eucariota

9 procariotas

50s 60s 70s 80s 90s 2000s

Primer genoma secuenciado

Primera proteína terapeutica producida por

ingeniería genética

El codigo genéticoEs controlado.

Era de la genómica funcionalChips de DNADiagnóstico molecularFarmacología molecularBiomedicina

Clonación del primeranimal

Inicio de la ingeniería genética

Sintesis enzimática del ADN por PCR

Taq

Creación de bases de datos

de ADN y péptidos

Producción deSOMATOSTATINA

en bacterias

FILOGENIA MOLECULAR

Amplificación de rRNA 16S Análisis de restricción de rRNA 16S

ARCHAEA

BACTERIA

EUCARIA

MICROBIOLOGÍAMICROBIOLOGÍADefiniciónDefinición

• Estudio de organismos, normalmente, no observables a ojo desnudo, que emplea métodos y técnicas que permiten observar, aislar, cultivar, propagar y manipular estos microorganismos.

Objeto de estudioObjeto de estudio• Organismos inferiores a 1 milímetro de diámetro.

Microalgas

Protozoos

Bacterias

Hongos

Métodos Métodos y y técnicastécnicas

Esterilidad

Medios de cultivoAislamientoPropagación y cultivo

Microscopía

Vibrios en cultivo de agar TCBS

AGRICULTURA ALIMENTOS

ENFERMEDADES

AMBIENTE/ENERGÍA BIOTECNOLOGÍA

DiagnósticoTratamiento y curaPrevenciónDetección de nuevas enfermedades

Fijación de nitrógenoCiclo de nutrientes

PreservaciónFermentaciónAditivosCalidad

Bio combustibles Metano EtanolBioremediaciónBiominería, lixiviación de metales.

Nuevos farmacéuticosTerapia génicaMos modificados genéticamente

Importancia de la Importancia de la Microbiología en la sociedad Microbiología en la sociedad

humanahumana• Elaboración de alimentos (pan, queso, cerveza)• Salud humana (vitaminas, vacunas,

antibióticos, enzimas)• Enfermedades (tuberculosis, cólera, tétanos,

paludismo, ETS)• Relación con acontecimientos históricos.i) Caída del Imperio Romano.ii) Conquista del Nuevo Mundoiii) Regulación de la población. Peste negra.

Importancia de la Importancia de la Microbiología en la naturaleza.Microbiología en la naturaleza.

• Funcionamiento de los ciclos Biogeoquímicos.i) Carbonoii) Nitrógenoiii) Azufreiv) Oxígeno

• Producción primaria. Esto es generación de biomasa a partir de fotosíntesis.

• Desarrollo de la microbiología ha permitido sentar las bases de la revolución de la biomedicina.

• También permitió el surgimiento de la Biotecnología Moderna. Aplicando el conocimiento en áreas como la Biotecnología Ambiental, Biotecnología de los Alimentos y farmacéutica.

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDescubrimiento de los microorganismos •Lucrecio (98-55 a C) y Fracastoro (1478-1553) propusieron que las enfermedades eran producidas por “Criaturas Invisibles” .

•Antony van Leeuwenhoek (1632-1723), Observa y describe organismos microscópicos utilizando microscopios construidos por él mismo.

Anton van Leeuwenhoek

• Comerciante Holandés, 1632-1724.• Desarrollo del primer microscopio.• Primer hombre en observar MO.• Principales observaciones:

– Bacterias– Protozoos– Capilares sanguíneos– Espermatozoides

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDescubrimiento de los microorganismos•Leeuwenhoek publicó sus decubrimientos a través de cartas dirigidas a la Royal Society de Londres. Lo detallado de sus descubrimientos,permiten establecer que Leeuwenhoek,observó bacterias y protozoos.

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaLa generación espontáneaLa generación espontánea

•Francisco Redi (1626-1697), a través de experimentos con carne putrefacta postula lo incorrecto de esta teoría.

•Tras el decubrimiento del mundo microscópico realizado por Leeuwenhoek, algunos pensadores reanudan la controversia acerca de la generación espontánea. Se plantéa que los microorganismos se desarrollan por generación espontánea.

•En 1749 Lazzaro Spallanzani, postula que la vida es transportada por el aire.

TIEMPO

Agua con semillas Agua con semillas

Louis Pasteur

• Químico Francés, 1822-1895.• Enantiómeros del ácido

tartárico.• Relación Industria- Ciencia.• Algunos descubrimientos:

– MO eran capaces de llevar a cabo fermentación láctica.

Líquido no estéril Se tuerce el cuello del

Frasco.

Esterilizar ellíquido por calor

Aire

Historia de la Historia de la microbiologíamicrobiología

Pasteur 1861Pasteur 1861

Medio de cultivo esenfriado.

Medio de cultivo seMantiene estéril sin crecimiento.

El polvo y Mos quedan atrapados en la pared

TIEMPO

Extremo abierto

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaPasteur 1861Pasteur 1861

El cultivo aún estérilse pone en contacto con la

pared del frasco.

El cultivo pierde su esterilidad

y se pone turbio

TIEMPO

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaPasteur 1861Pasteur 1861

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiología•John Tyndall (1877), demuestra que la causa de la contaminación de cultivos estériles se debe a la presencia de partículas transportadas por el aire. Desarrolla el método conocido actualmente como Tindalización.

•Tyndall fue el descubridor de microorganismos resistentes a altas temperaturas.

•Ferdinand Cohn descubrió la existencia de endosporas bacterianas resistentes al calor.

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDescubrimiento del papel de los microorganismos como agentes Descubrimiento del papel de los microorganismos como agentes causales de enfermedades.causales de enfermedades. Galeno (129-199), y hasta mediados del

XIX se pensaba que la causa de las enfermedades se debía a “Miasmas” o al desequilibrio en lo cuatro humores:Sangre, Flema, Bilis amarillo, Bilis negra.

Agostino Bassi (1835). Observa que un microorganismo puede ser el agente causal de una enfermedad, al demostrar su relación entre la enfermedad del gusano de seda y una afección micótica

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDescubrimiento del papel de los microorganismos como agentes Descubrimiento del papel de los microorganismos como agentes causales de enfermedades.causales de enfermedades.

Irlanda, 1845, M. J. Berckeley

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDescubrimiento del papel de los microorganismos como agentes Descubrimiento del papel de los microorganismos como agentes causales de enfermedades.causales de enfermedades.

Joseph Lister (1827-1912). De manera indirecta, demuestra que son los microorganismos los agentes causantes de las infecciones que aquejaban a los enfermos luego de sus operaciones.

Desarrolló un método de cirugía en condiciones asépticas usando fenol como agente de desinfección.

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDescubrimiento del papel de los microorganismos como agentes Descubrimiento del papel de los microorganismos como agentes causales de enfermedades.causales de enfermedades.

•Robert Koch (1876), demostró de manera directa la relación entre microorganismos patógenos y cierto tipo de enfermedades.

•Koch, desarrolló una metodología especial para determinar esta relación, la que actualmente es conocida como “Postulados de Koch”.

Bacillus antrhacis como agente causal del carbunco.

Robert Koch

• Médico alemán, 1843-1910.

• Algunos descubrimientos:– MO causantes del carbunco.– Contagio de MO.– Esporas: Estucturas de resistencia.– MO crecen en colonias definidas y

específicas.– BACILO DE LA TUBERCULOSIS

“BACILO DE KOCH”– Bacilo que provoca el cólera

Bacteria patógena

Glóbulorojo

Postulado 1El microorganismo patógeno sospechoso debe estar presente en todos los casos de los individuos enfermos y ausente en los sanos

Glóbulorojo

Animal enfermo Animal sano

Postulados de Koch.

Postulados de Koch.

Postulado 2El microorganismo patógeno sospechoso debe ser aislado y crecido en cultivo puro

ColoniasPuras Inocular animales

sanos con el microorganismo

aislado

Postulado 3Las células de un cultivo puro del MO patógeno sospechoso debe causar la enfermedad en animales sanos.

Infestar animales sanos con las células del patógeno sospechosos

Extraer muestras de sangre o de tejidos y observar.

Animal enfermo

Postulados de Koch.

Postulado 4El microorganismo debe ser re aislado y debe ser el mismo que el original del primer animal.

Postulados de Koch.

Extraer muestras de sangre o de tejidos y observar.

Cultivar en laboratorio

Cultivo puro

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDescubrimiento de los virusDescubrimiento de los virus

Charles Chamberland, colaborador de Pasteur, desarrolló un método para filtrar partículas más pequeñas que las bacterias usando un filtro de porcelana.De esta forma se descubrió que la enfermedad del mosaico del tabaco era causada por un virus.

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaDesarrollo de las vacunas y de la inmunología.Desarrollo de las vacunas y de la inmunología.

•Se estudia la resistencia de los animales a determinadas enfermedades.•Se desarrollan técnicas para proteger a los humanos de agentes patógenos bacterianos y virales.•Roux, un colaborador de Pasteur estudiando “el cólera de los pollos” observó que el cultivo por largos períodos de tiempo del agente causal de la enfermedad, producía una variedad de bacteria que perdía su capacidad de generar enfermedad, “capacidad infectiva”. A estos cultivos les llamó Atenuados.•A su vez observó que al inyectar estos cultivos atenuados en las aves, éstas desarrollaban la enfermedad pero eran capaces de resistirla., permaneciendo sanas. •Pasteur, denominó a estos cultivos atenuados, vacunas en honor a Edward Jenner, quien fue el que utilizó estos cultivos para proteger a las ordeñadoras de la viruela.•En base a estos avances, Pasteur y Chamberland, desarrollaron una vacuna atenuada contra el carbunco, y posteriormente, Pasteur haría lo propio para la rabia.

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaToxinas y antitoxinas.Toxinas y antitoxinas.

•La producción de toxinas es un mecanismo de patogenicidad desarrollado por los microorganismos par invadir al hospedario.•Entre las enfermedades causadas por toxinas bacterianas están: la difteria, el botulismo.•Emil von Behring y Kitazato, usando una metodología de filtrado de bacterias y usando el sobrenadante, lograron aislar la tóxina que causa la difteria.

•Posteriormente, la inactivaron mediante calor (por cambio leve en su estructura molecular) y luego la inyectaron en conejos. De esta manera se produjeron los primeros anticuerpos.

•Usando esta metodología, se desarrolló una antitoxina contra el tétanos.

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiologíaToxinas y antitoxinas.Toxinas y antitoxinas.

DIVERSIDAD MICROBIANA

BACTERIAS Y ARCHAEAS

+ -CONTINUIDAD EXTINCIÓN

A B

Presión de selección

Diversidad: ADN Mutaciones + Flujo genético Horizontal

FILOGENIA MOLECULAR

Amplificación de rRNA 16S Análisis de restricción de rRNA 16S

ARCHAEA

BACTERIA

EUCARIA

•Philum antiguo.

•Encontramos organismos quimiolitótrofos oxidadores de hierro e hipertermófilos.

•Aquifex es considerado como el miembro de Bacteria más hipertermófilo, capaz de crecer a una temperatura óptima de 85 º C.

•Puede tolerar pequeñas cantidades de oxígeno y utilizarle como aceptor final de electrones, a diferencia de los hipertermófilos de Archaea.

•Aquifex no utiliza materia orgánica como fuente de energía, ya que la obtiene a través de la oxidación del H2 o del Sº

Philums Thermodesulfobacterium y Thermotoga

•Presentan a géneros de bacterias del tipo hipertermófilo anaerobio estricto con un metabolismo fermentativo.

•El género Thermotoga, se caracteriza por tener una cubierta llamada toga, que le caracteriza morfológicamente.

•Thermodesulfobacterium, presenta una temperatura óptima de crecimiento de 70 º C y es la bacteria que puede reducir sulfato más termófila.

Chloroflexus

•Se propone como la forma fotosintética más primitiva.

•Procariota filamentoso que forma matas espesas en manantiales termales neutros.

•Puede tener un metabolismo fotótrofo organótrofo (fotoheterótrofo) o quimiótrofo (fotoautótrofo).

DeinococcosThermus

Deinococcus

Philum Espiroquetas

•Las espiroquetas son bacterias gram negativas y mótiles con morfología de resorte y flexible.

•La morfología de estos procariotas les hace únicos.

•Las espiroquetas se clasifican en 8 generos primarios basados en su hábitat, patogenicidad, RNA ribosomal y características morfólógicas.

•Los genros de espiroquetas patógenas para el hombre, son:

Treponema pallidum

Borrelia

Leptospira

•Las enfermedades causadas por mimbros de est género son:

Sífilis

Fiebre

Leptospirósis

Proteobacterias

PHYLUM PROTEOBACTERIAS

PHYLUM PROTEOBACTERIAS

•Es el grupo más amplio y diverso fisiológicamente

•Existen cinco grupos: , , , y .

•Pueden ser:FotótrofosQuimiolitótrofosQuimiorganótrofos

•Morfológicamente diverso

•Gram negativosProteobacterias

Proteobacterias

PHYLUM PROTEOBACTERIAS

Grupos de Proteobacterias

Subdivisión

Géneros

Alfa Agrobacterium

Rickettsia

Nitrobacter

Beta Neiseria

Ralstonia

Burkholderia

Gamma Escherichia

Legionella

Erwinia

Vibrio

Salmonella

Pseudomonas

Delta Aeromonas

Acinetobacter

Épsilon Campylobacter

Helicobacter

Proteobacterias

PHYLUM PROTEOBACTERIAS

Bacterias Entéricas (enterobacterias)

Géneros

Escherichia

Salmonella

Proteus

Enterobacter

Cepas Enteropatogénicas

Cepas Enfermedad

Escherichia coli O157:H7 (enterohemorrágicas)

Intoxicaciones

Salmonella typhi Fiebres tifoideas y gastroenteritis

Shigella dysenteriae Intoxicaciones, Disentería Bacilar

Principales estructuras de la célula procariota

• Membrana plasmática• Pared celular• Membrana externa Lipopolisacárido (LPS).• Porinas• Flajelo• Estructuras de superficie e Inclusiones de reserva:

Fimbrias, pelos, capa cristalina (S), glicocalix, Polímeros de reserva.

conceptosconceptos

• Tamaño y eficiencia• Peptidoglicano• Periplasma• Lipopolisacárido (LPS)• Poli beta hidroxibutirato• Translocación de grupo• Transportador ABC (ATP-binding-casette)• Sistema de secreción