Bases de la microbiología: Clasificación de las bacterias. (Resumen)

Taxonomía: El Vocabulario de la Microbiología Médica.

Cada organismo infeccioso se ha adaptado de manera específica a un modo de transmisión, un mecanismo para infectar al hospedero humano (colonización) y un mecanismo para causar enfermedad (patología).

Taxonomía bacteriana, es la clasificación de los organismos en un sistema ordenado que indica una relación natural.

Clasificación se basa en catalogar a los organismos dentro d grupos taxonómicos. Se necesitan técnicas para ver sus propiedades bioquímicas, fisiológicas, genéticas y morfológicas.

Nomeclatura se refiere al nombre según las reglas internacionales.

Identificación se refiere a la aplicación práctica de un esquema de clasificación para:

1. Aislar y distinguir a los organismos convenientes de los perjudiciales
2. Verificar la autenticidad o propiedades especiales de un cultivo en un contexto clínico
3. Aislar e identificar al organismo causal de una enfermedad.

Los esquemas de identificación no constituyen esquemas de clasificación, aunque en ocasiones tienen cierta similitud superficial.

Escherichia coli es la causa del síndrome urémico hemolítico en los lactantes. Existen cientos de cepas clasificadas como E. coli pero sólo unas cuantas lo causan. Estas cepas se distinguen de las demás por medio de la reacción de los anticuerpos hacia sus antígenos O y H.

Cualquier profesional relacionado con las enfermedades infecciosas debe conocer la taonomía evolutiva de los microorganismos infecciosos.

La taxonomía linneana o de Linneo es el sistema que mejor conocen los biólogos. Utiliza las categorías taxonómicas formales (en orden) reino, tipo, clase, orden, familia, género y especie. Las categorías inferiores son aprobadas por un consenso de expertos en la comunidad científica.

Criterios para clasificar a las bacterias

Crecimiento en medios de cultivo

Los criterios para fines de clasificación bacteriana incluyen el crecimiento en un medio bacteriológico. Muchas bacterias patógenas se pueden aislar en un medio que contiene agar sólido. EL cultivo general de la mayor parte de las bacterias requiere un medio con abundantes nutrientes metabólicos. Estos medios por lo general comprenden agar, una fuente de carbono y un hidrolizado ácido o una fuente de material biológico sometida a degradación enzimática. Puesto que la composición de estos últimos es indefinida, se denominan "medios complejos".

Las muestras clínicas provenientes de sitios que por lo general no son estériles contienen más de un tipo de microorganismos, incluidos patógenos potenciales y flora microbiana residente. Los medios pueden ser no selectivos o selectivos para distinguir diversas bacterias.

1. Medios no selectivos: El agar sangre y el agar chocolate constituyen ejemplos. Facilitan el crecimiento de diversas bacterias. Importante para aislar bacterias desconocidas en una muestra.
2. Medios selectivos: En vista de diversidad de microorganismos que habitan en algunos sitios, se utilizan medios selectivos para eliminar (o reducir)  el gran número de bacterias irrelevantes. El fundamento es la incorporación de una sustancia que inhibe el crecimiento de las bacterias irrelevantes. Ejemplos:

• Azida de sodio (Bacterias Grampositivas.
• Sales biliares: bacterias intestinales gramnegativas e inhibe a las becterias gramnegativas de la mucosa y a la mayor parte de las grampositiva.
• Colistina y ácido nalidíxico: bacterias gramnegativas.

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3. Medios diferenciales: Al cultivarse, algunas bacterias producen pigmentos característicos y otras se distinguen con base en su complemento de enzimas extracelulares. La identificación bioquímica constituye un medio importante para clasificar a los microorganismos patógenos.

Microscopia bacteriana

Las bacterias agrupadas se pueden examinar usando muestras teñidas en forma adecuada. La tinción de Gram, aunada a la visualización a través del microscopio óptico, es uno de los métodos más informativos para clasificar a las aubacterias. Las bacterias grampositivas poseen una pared celular semejante a una red que consta de peptidoglucano (50 a 90% del peso de la cubierta celular), mientras que las bacterias gramnegativas poseen una capa más delgada (10%).

Pruebas Bioquímicas

La prueba de la oxidasa, en la que se utiliza un aceptor artificial de electrones, se emplean para diferenciar a los microorganismos con base en la presencia o ausencia de una enzima respiratoria, el Citocromo C. Se puede utilizar la actividad de la catalasa, por ejemplo, para diferenciar entre los cocos grampositivos. También se pueden utilizar la sensibilidad antimicrobiana.

Pruebas inmunológicas: serotipos, serogrupos y serovariedades

La designación "sero" simplemente indica el uso de anticuerpos que reaccionan con estructuras específicas de la superficie celular bacteriana como los lipopolisacáridos, los flagelos o los antígenos capsulares. Los términos "serotipo", "serogrupo" y "serovariedad", para fines prácticos, son idénticos; todos ellos utilizan la especificidad de estos anticuerpos para subdividir a las cepas de una especie bacteriana.

Inestabilidad genética

Los rasgos que comparten todos o ninguno de los miembros de un grupo no se pueden utilizar para diferenciar a cada uno de ellos, pero sí para definir al grupo. Los avances en la biología molecular permiten ahora investigar la relación de genes o genomas comparando secuencias de diversas bacterias.

Los genes que codifican enzimas se transportan en plásmidos bacteriófagos elementos genéticos extracromosomales que pueden ser transferidos entre bacterias distintas o que pueden ser integrados en un subgrupo de cepas bacterianas que son idénticas en los demás sentidos.

Sistema de clasificación

Taxonomía numérica

También llamada fenética o taxométrica, se popularizó durante 1970. Utilizan un gran número de características no ponderadas útiles desde el punto de vista taxonómicos. El Analytical Profile Index es un método que se utiliza a menudo para identificar un espectro amplio de microorganismo. El limitante de este método es que es un sistema estático que no toma en cuenta la evolución de las bacterias ni el descubrimiento sistemático de bacterias patógenas nuevas.

Clasificación filogenética

Son medidas realizadas entre dos organismos e implica que comparten un ancestro común. LA falta de registro fósil para las bacterias y en ausencia de evidencia molecular es difícil diferenciar entre evolución convergente y divergente para los rasgos bacterianos.

Las propiedades genéticas de las bacterias permiten intercambiar genes entre organismos inconexos. El concepto de una especie, que es la unidad fundamental de la filogenia eucariótica, tiene un significado completamente difernte cuando se aplica a las bacterias. Las bacterias se multiplican en forma de clonación por medio de fisión binaria, no requieren un juego complementario de cromosomas para eproducirse. La definición de una especie bacteriana es necesariamente pragmática y se define operativamente. Una especie es un grupo coherente, desde el punto de vista genómico, de aislados individuales o cepas que comparten una gran similitud en muchas características independientes, cuando se examinan comparativamente en condiciones muy estandarizadas. En ocasiones decidirá subdividirse al grupo en biotipo y agrupar especies dentro de géneros respectivos. EL contenido de guanina + citosina de bacterias afines es similar, lo que indica que se puede utilizar afinidad genética del ADN de organismos similares como medida de afinidad taxonómica.

Guía de Estudios. Resumen para el primer parcial de Bioquímica Clínica

Metabolismo: de Metabolé (cambio/transformación) Es un conjunto de reaciones comandado por enzimas que intercambian materia y energía con el medio que la rodea.

Catabolismo (degradación) es el metabolismo que lleva de lo complejo a lo simple, es decir, degrada macromoléculas en precursores. Ej. Almidón a Glucosa.

Anabolismo (formación) lleva de lo sencillo a lo complejo, es decir, transforma precusores en macromoléculas. Ej. Glucosa a Glucogeno.

Metabolitos Intermedios: Son productos de las diferentes reacciones metabólicas y pueden ser de dos tipos. De continuidad (cuando continúan una reacción química) o de Encrucijada (cuando conectan varios metabolismos, como es el caso del Acetil-CoA).

Bioenergía.
Entalpía: Calor liberado o absorbido durante la reacción.
Entropía: Es una medida de cambio en el desorden de la probabilidad en una reacción.

ΔG Energía útil.
ΔG(-) Reacciones espontáneas. Exergónicas. Con pérdida de energía. Catabólicas.
ΔG(+) REacción no espontáea. Endergónica. Gana Energía. Anabólica.
ΔG (0) Reacción en Equilibrio.

Compuestos que almacenan energía:
Macroérgicos: Igual o más energía que el ATP (7.3 Kcal/g)
Microérgicos: Menor energía que el ATP.

Respiración Anaérobica: Proceso biológico de oxido-reducción de azucares y otros compuestos. Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias.

Respiración Aeróbica: Es un metabolismo energético en el cual se extra energía de ciertas moléculas orgánicas como la glucosa. Es propia de eucariotas en general y algunas bacterias. 

En la mitocondria se realizan múltiples procesos:
En la Matriz: Ciclo de Krebs
En la Membrana Mitocondrial INTERNA: Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa.

La naturaleza del CK es Anfibólica.
El principal productor de Acetil- CoA es el piruvato. Ese piruvato se encuentra en la matriz mitocondrial, mediante Descarboxilación Oxidativa el piruvato se tranforma en Acetil-CoA.

La Alfa Cetoglutarato Deshidrogenasa es parte del CK pero PDH no.

Cis-Aconitato: es un metabolito intermedio de la segunda reacción del CK.
Oxido-Succinato: Metabolito intermedio de la tercera reacción. En esta reacción también se produce el primer CO2 y NADH (o sea, se producen los primeros 3 ATP).
En la cuarta reacción se produce el segundo CO2 y el segundo NADH (3 ATP más)
En la Quinta reacción se produce un GTP (1 ATP más)
En la sexta reacción está el único FAD (se forma un FADH lo cual da 2 ATP más)
En la séptima está la primera entrada de agua al ciclo.
En la octava sale el tercer NADH del ciclo (dando 3 ATP más para un total de 12).

El único ATP neto del ciclo es otrogado en la 5ta reacción. 1GTP=1ATP ya que ambos son metabolitos de alta energía.

El objetivo del CK es producir Equivalentes Reductores.

Anaplerosis: Son reacciones que sirven de alimentación o llenado del ciclo.
Producen metabolitos intermediarios para favorecer la degradación de Acetil-CoA y Drenan otros metabolitos para que participen en procesos de biosíntesis.

Estas reacciones son:

1. Piruvato ----} Oxalacetato en presencia de Piruvato Carboxilasa Presente en hígado y Riñones. Utiliza HCO3 como fuente de CO2 y así conseguir 1 carbono. Cofactor: Biotina. Enegía ATP.
2. Oxalacetato ----} Fenol Piruvato en presencia de Fosfoenol Piruvato Carboxikinasa. Presente en corazón y Musc Esquelético. Cofactor Biotina Enegía GTP.

Regulación del CK

En el CK hay 3 puntos de Regulación

1. Citrato Sintasa: porque si oxalacetato y Acetil-CoA no se condensan no hay ciclo.
2. Isocitrato DHSA . Tercera reacción.
3. AlfacetoGlutarato Deshidrogenasa.

La principial reguladora es la Isocitrato Deshidrogenasa porque es donde se produce el primer NADH, la primera producción de ENergía.

Inhibidores del Ciclo de K.

Fluoro Acetato: Inhibe la CisAconitasa. Frecuente en agricultores y ganaderos. Inhalación o Ingestión. Si se da, no se produce ningún ATP.

Arsénico: Inhibe la Alfa CetoGlutarato DHASa. Se cea 1 NADH = 3 ATP.

Malonato: Inhibe la Succinato DHASA por inhibicón competitiva. se crean 2 NADH = 6ATP.

Ácido Tartático: Inhibe la Fumarasa. Analogo del ácido málico. 2NADH + 1GTP + 1FADH = 9ATP

Cadena Respiratoria
Tiene 6 componentes:

• NADH DHASA
• SUCCINATO DHASA
• CITOCROMOS
• UBIQUINONA o Proteína Q
• Centros Fe-S (hierro y azufre)
• Oxígeno

Complejos Resp: 5

La succinato DHASA es la única que actúa como complejo resp y es la única en la matriz mitocondrial. Es del CK. Es periférica.

No había forma de escribir todo eso, perdonen mi mala caligrafía

¿Cuáles complejos llevan electrones a la Proteína Q? Complejos I y II

¿Qué son Citocromos? Son Hemoproteínas transportadoras de electrones en la cadena respiratoria.

¿Cuáles son los complejos con proteínas de centro Fe-S (hierro y azufre)? I, II y III

¿Cuáles son los transportadores móviles de electrones? Ubiquinona y Citocromos.

¿Único complejo que posee un ión metálico? IV, posee la Citocromo Oxidasa.

¿Dónde ocurre la FOsforilación Oxidativa? Complejo V. FOrforilación ATPasa ADP + P = ATP

¿Cuáles son los complejos de Respiración? I, II, III. El complejo IV es de reducción de O2 y por eso forma agua.

Fosforilación Oxidativa

Hay bombas de protones: I, III y IV.

¿Cuál de los complejos posee un orificio que regresa electrones al Espacio Intermembranal? Complejo V.

Teroría : Quimio-Osmótica } Fuerza Protomotriz

Inhibidores: Inhibe al flujo de electrones a través d ela cadena y la ATP Sintasa.

DEsacoplantes: Impiden la fosforilación oxidativa pero aumenta la velocidad de la cadena respiratoria

Inhibición de la transferencia de electrones

CIanuro y Monoxido } IV

ANticonvulsionantes } III

Antibióticos } I al III

Inhibirdor ATP Sintasa afectan el complejo V

Desacoplantes, aumentan la CR y disminuyen la FO

Adelgazantes } Transportadores Hidrofóbicos de protones.

Hormonas Tiroideas, TErmogenina } Forman poros en la MMI que permiten el paso de protones.

Concepto de Ciencia y de la Biología

Ciencia: Es el conjunto de conocimientos ciertos y sistemáticos relativos a un objeto determinado.

Las ciencias, por su objeto de estudio, se clasifican en naturales, sociales y filosóficas.

El término Biología proviene de las raíces griegas "bio" (vida) y "logos" (tratado o estudio). Podemos definirla como la "Ciencia que estudia la vida y sus manifestaciones" así como todo lo relativo a la función de los seres vivos, sus estructuras evolución y relación con el medio que los rodea.

El estudio de la biología como ciencia se circunscribe, hasta el momento, al cuerpo de la biosfera, la que está constituida por: Seres vivos u orgánicos (biológicos) y el entorno o medioambientales, donde habitan no sólo biológicos.

Antecedentes Históricos

La biología, como ciencia, es relativamente joven y aún cuando desde la época de las cavernas el hombre debió tener conocimientos biológicos para su supervivencia, la historia de a biología se inició entre griegos y romanos. Se divide para su estudio en tres etapas:

• Antigua: Teorías y descubrimientos realizados desde la prehistoria hasta la Edad Media (Siglo XIV)
• Moderna: Teorías y descubrimientos realizados en el siglo XIX.
• Molecular: Teorías y descubrimientos realizados en el siglo XX.

Ciencias Biológicas

Las dos grandes ramas biológicas son la Botánica y la Zoología y se refieren a la relación de los organismos con sus diferentes reinos.

Dentro de éstas ramas tenemos las siguientes ciencias:

• Fisiología: Función de los organismos.
• Morfología: Estructura de los organismos.
• Anatomía: Estructura de los órganos.
• Histología: Estructura de los tejidos.
• Citología: Estructura de las células.
• Taxonomía: Clasificación de plantas y animales.
• Embriología: Desarrollo embrionario.
• Evolución: Desarrollo evolutivo.
• Paleontología: Estudio de los fósiles.
• Génetica: Transmisión de las características hereditarias.
• Microbiología: Estudio de los microbios.
• Parasitología: Formas de vida que sobreviven a expensas de otros organismos.
• Ecología: Relación "organismos y ambiente".
• Biología Molecular: Estudia la química y la física de las moléculas.

El Método Científico

Los biólogos, como todos los científicos llevan a cabo sus investigaciones dentro de la metodología científica.

Podemos definir el "Método Científico" como un procedimiento lógico y ordenado de buscar la verdad de las cosas.

Fases de Método Científico

1. La Observación: Una observación es cualquier información obtenida directa o indirectamente a través de los sentidos o mediante instrumentos. Algunas observaciones son cualitativas y describen una cualidad de un objeto o suceso. Otras son cuantitativas, es decir, implican dimensiones y por tanto tienen expresión numérica.
2. La Hipótesis: El científico establece una relación entre causa y efecto y formula una respuesta provisional o hipótesis. Esta consta generalmente de un grupo de planteamientos o suposiciones relacionadas que ofrecen una posible solución al problema.
3. La Experimentación: Es una actividad diseñada para resolver un problema científico. SU planificación debe ser cuidadosa para que en el menor tiempo y esfuerzo, conduzca a experimentos significativos. Por tanto, es una actividad creadora.
4. La Teoría: Una hipótesis comprobada y confirmada por la práctica constituye la teoría. Es una hipótesis apoyada en muchas observaciones y experimentación y constituye el eslabón fundamental de cualquier ciencia.
5. La Ley: Una teoría que se verifica en forma repetida y que tiene gran aplicación en la rama de la ciencia en que incide, es una ley; una hipótesis de aceptación universal.