Microorganismos y técnicas para estudiarlos

Los microorganismos o microbios solo pueden observarse con microscopio. Para estudiarlos en laboratorio, necesitamos medios de cultivo adecuados que pueden ser ricos no selectivos (permiten crecer a varias especies) o selectivos (solo permiten crecer a especies específicas).

La manipulación de microorganismos ha permitido desarrollar microorganismos transgénicos, herramientas moleculares como plásmidos y vectores de clonación, e incluso modificaciones genéticas con aplicaciones médicas y biotecnológicas.

Los microorganismos procariotas forman el reino Monera. Se caracterizan por no tener núcleo definido (su ADN forma un nucleoide), carecer de orgánulos membranosos y pueden presentar apéndices como flagelos, fimbrias y pilis. Sus formas varían entre cocos, bacilos, vibrios y espirilos.

⚠️ ¡Toma nota! Para identificar microorganismos existen diversos métodos: microscópicos (observación directa), serológicos (como el ensayo ELISA y las tiras de flujo lateral que detectan componentes específicos) y genéticos (hibridación, PCR y secuenciación del material genético).

La identificación y caracterización de microorganismos es fundamental tanto en investigación básica como aplicada, permitiéndonos detectar patógenos y entender mejor su funcionamiento.

Tipos de microorganismos procariotas

Los procariotas se dividen en arqueobacterias y eubacterias. Un método clave para clasificarlas es la tinción de Gram, que diferencia bacterias según su pared celular: las Gram positivas retienen el colorante violeta de genciana y aparecen azul-violáceas, mientras las Gram negativas se decoloran y tras teñirse con fucsina o safranina aparecen rojas.

Las eubacterias Gram positivas tienen una pared gruesa de peptidoglicano (90% de su pared), con ácidos teicoicos y lipoteicoicos. Algunas especies como Bacillus y Clostridium pueden formar endosporas para resistir condiciones adversas durante largos periodos. Entre los géneros importantes están Staphylococcus, Streptococcus y Enterococcus.

Las eubacterias Gram negativas poseen una pared más compleja con una delgada capa de peptidoglicano cubierta por una membrana externa lipídica. Esta contiene porinas para el paso de sustancias y lipopolisacáridos que desencadenan respuestas inmunitarias. Destacan las cianobacterias, Escherichia coli y patógenos como Salmonella y Legionella.

💡 ¡Curiosidad! Las eubacterias sin pared celular, como los micoplasmas, son microorganismos muy pequeños $0,2-0,3 mm$ que, a pesar de carecer de pared, muestran tinción Gram negativa. Son parásitos intracelulares obligados de plantas y animales.

Arqueobacterias y reproducción bacteriana

Las arqueobacterias son únicas por contener éteres lipídicos que les otorgan resistencia extraordinaria a condiciones extremas. Sus paredes contienen glicoproteínas en lugar de peptidoglicano y presentan una nutrición muy versátil.

Los procariotas responden a estímulos mediante taxias o taxismos (positivas si van hacia el estímulo, negativas si se alejan): fototaxias (luz), quimiotaxias (sustancias), geotaxias (gravedad), termotaxias (temperatura), barotaxias (presión) e hidrotaxias (agua).

La reproducción bacteriana puede ser:

• Asexual: Mediante bipartición o fisión binaria. La bacteria duplica su ADN, genera nueva membrana y pared, y se divide en dos células hijas idénticas (clones).

• Parasexual: Permite intercambio genético mediante tres mecanismos principales:

  • Conjugación: Transferencia de plásmidos a través de pilis entre bacterias
  • Transducción: Virus bacteriófagos transfieren ADN entre bacterias
  • Transformación: Captación de ADN libre del medio e integración en su genoma

⚠️ ¡Importante! La reproducción parasexual genera gran variabilidad genética en bacterias, lo que explica su rápida adaptación a nuevos ambientes y su capacidad para desarrollar resistencia a antibióticos.

Microorganismos eucariotas

Los microorganismos eucariotas pertenecen principalmente a los reinos Protoctista y Fungi. A diferencia de los procariotas, poseen núcleo definido y orgánulos membranosos.

Las algas unicelulares son protoctistas autótrofos fotosintéticos con pigmentos como clorofila y carotenoides. Forman parte del fitoplancton, siendo los principales productores en ecosistemas acuáticos. Algunas tienen flagelos para desplazarse, mientras otras flotan pasivamente. Su reproducción puede ser asexual (fragmentación, esporulación o división binaria) o sexual mediante gametos. Entre los principales grupos destacan diatomeas, algas doradas, dinoflagelados, euglenofitas y gamófitas.

Los protozoos son protoctistas unicelulares heterótrofos sin pared celular. Obtienen nutrientes por fagocitosis o pinocitosis y se desplazan mediante cilios, flagelos o pseudópodos. Se reproducen tanto asexual como sexualmente. Los principales grupos son ciliados, flagelados, rizópodos (amebas) y esporozoos.

Entre los protoctistas con características fúngicas encontramos los mixomicetos (similares a amebas, forman plasmodios) y oomicetos (con estructuras filamentosas similares a micelios).

💡 ¡Fascinante! Los hongos son organismos con pared celular de quitina que forman micelios (conjunto de hifas). Pueden ser saprófitos, parásitos o simbiontes en micorrizas. Incluyen zigomicetos, glomeromicetos, ascomicetos (incluidas las levaduras), basidiomicetos y deuteromicetos.

Los virus y otras formas acelulares

Los virus son microorganismos acelulares compuestos por ADN o ARN encerrado en una cápside proteica, a veces rodeada por una envoltura lipoproteica. Son parásitos obligados de células. Cuando están en modo infeccioso se denominan virus, y cuando no, viriones.

La estructura de un virus incluye:

• Genoma viral: Ácido nucleico (ADN o ARN, de cadena simple o doble)
• Proteínas virales: Estructurales (forman la cápside) y no estructurales (factores de transcripción)
• Cápside: Protege el material genético y puede tener diferentes simetrías:
  • Helicoidales: El ácido nucleico se enrolla en hélice, como en el virus del mosaico del tabaco
  • Icosaédricas: Estructuras con 20 caras triangulares y 12 vértices
  • Complejas: Como los bacteriófagos, con cabeza icosaédrica y cola helicoidal

Muchos virus, como el VIH, poseen una envoltura lipoproteica similar a la membrana plasmática, con glucoproteínas fundamentales para adherirse a las células hospedadoras.

⚠️ ¡Recuerda! A diferencia de las bacterias, los virus no se consideran seres vivos ya que carecen de metabolismo propio y dependen completamente de las células que infectan para reproducirse.

El ciclo infeccioso de los virus

El objetivo de un virus es infectar células, replicarse y generar nuevas copias para extender la infección. Este proceso sigue varias fases:

1. Adhesión: El virión se une a receptores específicos de la célula hospedadora
2. Entrada: Puede ocurrir por endocitosis, fusión de membranas o inyección directa del material genético
3. Replicación y síntesis: Una vez dentro, puede seguir dos ciclos:

El ciclo lítico incluye:

• Transcripción de genes virales a ARNm
• Traducción a proteínas usando la maquinaria celular
• Replicación del genoma viral
• Ensamblado de nuevos viriones
• Salida por lisis celular o gemación

El ciclo lisogénico ocurre cuando el genoma viral se integra en el ADN celular (como provirus), replicándose junto a él sin destruir la célula. Bajo ciertas condiciones, puede activarse y desencadenar un ciclo lítico.

Además de los virus, existen otras formas acelulares:

• Viroides: Moléculas de ARN circular sin cápside que infectan plantas
• Priones: Proteínas con plegamiento anormal que pueden modificar proteínas normales causando enfermedades como la encefalopatía espongiforme bovina

💡 ¡Interesante! Los retrovirus como el VIH pueden alternar entre ciclos líticos y lisogénicos, lo que dificulta su eliminación completa del organismo infectado.

Los microorganismos patógenos y enfermedades infecciosas

Los microorganismos patógenos son parásitos capaces de infectar a otros seres vivos y causar enfermedades. Las enfermedades infecciosas pueden transmitirse entre individuos (contagio) y causan daño por diferentes mecanismos:

• Destrucción directa de células
• Consumo de recursos celulares
• Producción de toxinas dañinas

El desarrollo de una enfermedad infecciosa sigue estas etapas:

1. Infección: El patógeno invade el organismo
2. Incubación: El patógeno se reproduce sin síntomas visibles
3. Etapa sintomática: Aparecen síntomas (fiebre, vómitos, erupciones)
4. Convalecencia: Recuperación progresiva

Las enfermedades pueden ser esporádicas (casos puntuales), endémicas (habituales en una zona), epidémicas (propagación rápida) o pandémicas (extensión mundial).

Para comprender las enfermedades infecciosas se utilizan dos modelos:

• La tríada epidemiológica: agente infeccioso + ambiente + hospedador susceptible
• La cadena epidemiológica: secuencia desde la fuente de infección hasta el nuevo hospedador

⚠️ ¡Fundamental! La lucha contra enfermedades infecciosas incluye diagnóstico, prevención (higiene, barreras, vacunación) y tratamiento con antimicrobianos como antibióticos (contra bacterias), antimicóticos (contra hongos) y antivirales. Las vacunas son preparados que inducen respuesta inmunitaria sin causar enfermedad.