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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA CAMPUS II

Tercer modulo, grupo “B”

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS MICROORGANISMOS. Nomenclatura y Taxonomía

Alumno: David Rafael Jiménez Montoya

Catedrático: Ingeniero María Elia Pérez Escobar

Fecha: Viernes, 08 de Octubre del 2009. Tuxtla Gutiérrez, Chiapas.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MICROORGANISMOS. NOMENCLATURA Y TAXONOMÍA Introducción Debido a la enorme diversidad de seres vivos hace imprescindible establecer unas reglas taxonómicas de clasificación, nomenclatura e identificación para poder distinguir los diferentes organismos y agrupar los que sean similares. El objetivo fundamental que se plantea la taxonomía y la clasificación es ordenar a los microorganismos en grupos y proponer un lenguaje común que permita el manejo de la ingente cantidad de información sobre microorganismos que existen. Por otro lado, en cuanto a la nomenclatura, su fundamento consiste definir un microorganismo sin necesidad de enumerar sus características para evitar la proliferación de nombres que puedan causar confusión. Se ha ideado un sistema jerárquico de clasificación en grupos taxonómicos (imperio, reino, división, clase, familia, género, especie) de los seres vivos en función del nivel de organización celular y de caracteres taxonómicas que relacionan unas especies con otras. Se distinguen tres grandes grupos de organismos: El primero es el de las eucariotas constituidos por dos reinos: el animal y el de los protistas. Las células eucarióticas se caracterizan por tener un núcleo verdadero, que a menudo contiene cromosomas múltiples, un aparato mitótico, un retículo endoplásmico bien definido, mitocondrias y estructura flagelar. El reino animal esta formado por seres con una estructura multicelular compleja. Son los que poseen la capacidad de desarrollar tejido y sistemas orgánicos altamente diferenciados, aquí se encuentran los helmintos y artrópodos. El reino de los protistas esta formado por seres con estructura unicelular simple donde se incluyen los hongos y los protozoos, también conocidos como protistas superiores. El segundo gran grupo es el de los procariotas o protistas inferiores que tienen la capacidad de dividirse amitóticamente por fisión binaria y se caracterizan generalmente por un ADN nuclear desnudo, no unido a la membrana, sin

proteína básica asociada, y paredes celulares rígidas de composición única. Son protistas de menor tamaño con una estructura unicelular elemental. Por ultimo, en el tercer gran grupo de organización con una organización subcelular se sitúan los virus y priones. El progreso de las técnicas de secuenciación y comparación de ARN 16s. ha permitido la creación de tres imperios para el grupo de los procariotas: Eucarya, Bacteria y Archea, con un rango taxonómico superior al de reino. El imperio Bacteria incluye los 19 grupos bacterianos, 15de los cuales contienen las tres clases principales de bacterias que son de interés medico. Para establecer las subdivisiones de los distintos grupos de organismos se suelen utilizar el análisis de caracteres fenotípicos (estructurales, morfológicos, fisiológicos antigénicos, etc.) que en muchos casos se sustentan de datos genéticos. El reino de los protozoos se divide en varias clases en función del tipo de estructura empleada para el movimiento: clase Sarcodina (pseudópodos), clase Mastigophora (flagelos), clase Ciliata (cilios). En los hongos, el tipo de reproducción y la presencia de septos en las hifas suelen ser los caracteres tenidos en cuenta en la taxonomía botánica para clasificar los hongos de interés medico, sin embargo, en el laboratorio clínico se emplea una clasificación en función de la localización de la micosis (cutánea, subcutánea, sistemática y oportunista). En los virus con importancia clínica es el tipo de acido nucleico la base del sistema de clasificación: se incluye seis tipos de virus ADN y once grupos de virus ARN patógenos para el hombre. Para las procariotas, las clasificaciones mas utilizadas son las del Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology.

Tipos de clasificación Hasta hace no mucho tiempo, las clasificaciones se realizaron barajando caracteres observables y en ocasiones en escaso numero, actualmente se aceptan dos clases de clasificaciones, aunque realmente lo que reemplea en la practica es una mezcla de las dos.

Clasificación fenéticas y fenotípicas Se base en la absorción de las relaciones existentes entre el fenotipo de diversas bacterias y grupos bacterianos. Para su ejecución es adecuada la taxonomía numérica que consiste en la elaboración de números de

características diagnosticas con tantos elementos como caracteres elegidos para la comparación. Este sistema da igual peso a todas las características elegidas para la comparación. El fundamento consiste en que, si se examina suficientes caracteres, se produce como resultado comparaciones objetivas que son imparciales desde un ponto de vista subjetivo. El resultado de la taxonomía numérica es una comparación de características comunes a varias bacterias, expresada como un coeficiente de similitud (S), que es el porcentaje del número total de caracteres o rasgos compartidos entre dos microorganismos o dos grupos de microorganismos.

Clasificaciones filogenéticas La información genética de los seres vivos se encuentra codificada en la secuencia de bases del ADN. A medida que los organismos sufren procesos de mutación, o transducción sus genomas cambian de tamaño, composición y secuencia de base, cumpliéndose la teoría de Darwin de la selección de las especies que mejor se adaptan al medio, es decir, evolución. La clasificación filogenética se fundamenta en las relaciones genéticas generales que tienen las bacterias sobre la base de algunos antepasados comunes. El estudio de genoma demuestra que la composición de bases es constante y característica para cada microorganismo. Para su realización se emplean técnicas de biología molecular con el fin de conocer el ADN (cromosómico o extracromosómico) y el ARN. Actualmente se utilizan varios parámetros combinados para determinar las relaciones de ADN, como son: tamaño del genoma, contenido de guanina mas citosina, estabilidad térmica de las secuencias afines de ADN mediante hibridación. Por otro lado, el ARN ribosómicos (ARNr), por su carácter ancestral en la biosíntesis de proteínas, presenta mas homología en tres organismos diferentes que el ADN, y parece ser un buen candidato para la medida de la distancia evolutiva.

Identificación de las bacterias Para la identificación definitiva, tras el aislamiento de los microorganismos en cultivos puros, se tienen en cuenta diferentes características inherentes al tipo de agente:

Aislamiento de microorganismos en cultivos puros

El enfoque usado para el aislamiento de microorganismos depende del origen del espécimen clínico. La sangre, el líquido cefalorraquídeo y los abscesos cerrados pueden producir cultivos bacterianos casi puros, mientras que las muestras de esputos, heces, piel y orificios del cuerpo generalmente contienen mezclas de microorganismos. Los patógenos presentes en pequeñas cantidades de mezclas de microorganismos pueden pasarse por alto si no se cumple con sus requerimientos de crecimiento, también pueden ser superados en crecimiento por otras bacterias o ser destruidos por productos metabólicos secretados al medio por microorganismos no patógenos. Por esta razón, se emplean técnicas de cultivo selectivo, con el objeto de establecer un medio ambiente en el que el microorganismo patógeno tenga ventajas para la supervivencia: estas incluyen el empleo de medios selectivos que son de pH, fuerza iónica o composición química específicos, o que contengan inhibidores, o que carezcan de nutrientes para todos los microorganismos, excepto el que se quiere estudiar. Para las bacterias difíciles de cultivar, se emplean medios de enriquecimiento que contienen nutrientes ecológicamente favorables para que se pueda aislar el microorganismo buscado.

Morfología de la colonia bacteriana Las características microscópicas de las colonias ayudan a la identificación, en función del tamaño, altura de la colonia, forma, color, olor, textura y grado de adherencia al medio de cultivo. El aspecto de la colonia además aporta información acerca de la patogenicidad del aislamiento. Existen tres tipos de colonias: mucoides, rugosas y lisas. Las colonias mucoides (M) presentan un aspecto acuoso y brillante y son características de los microorganismos que poseen una capsula bien desarrollada como Klebsiella pneumoniae. La cápsula funciona como mecanismo de defensa contra la fagocitosis y, entre las bacterias patógenas, los microorganismo encapsulados son más virulentos que las formas no encapsuladas. Los polímeros capsulares pueden ser específicos para el grupo, la especie, o la cepa, y por lo general son antigénicos. Las colonias lisas (L) muestran un aspecto de homogeneidad y textura uniforme, sin parecer tan liquidas como las colonias mucoides. Las formas L son características de los microorganismos de tipo salvaje recién aislados, tales como las enterobacterias gramnegativas. Las colonias rugosas (R) son de aspecto granulado y rugoso. Generalmente son producidas por cepas mutantes. Por lo general son avirulentas y mas fácilmente destruidas por los fagotitos, en contraste con las bacterias de tipo salvaje, sin embargo, en los casos del bacilo

del ántrax y los de tipo humano y bovino de bacilos de la tuberculosis, las formas R son más virulentas.

Morfología microscópica y reacciones tintoriales. El examen con microscopio óptico de preparados con tinción de Gram se emplea de rutina para determinar la forma de las bacterias. Las formas comunes son cocos (esféricas), bacilos (alargadas) y formas espiralazas. Dependiendo del espécimen y las características de crecimiento, pueden utilizarse otras tinciones diferenciales, como las tinciones acidorresistentes de frotis de esputo y otras tinciones especiales para detectar cápsulas, flagelos, esporas o cuerpos de inclusión intracelulares.

Tinción de Gram La tinción de Gram, debido a que es una técnica sencilla y rápida, es la más utilizada ya que está al alcance de cualquier laboratorio microbiológico. Es de fácil interpretación y supone una fuente enorme de información acerca de la forma, tamaño, y comportamiento ante los colorantes, proporcionando una orientación inmediata sobre el tipo de antimicrobiano que podemos instaurar, aun cuando no tengamos la identificación definitiva. Las bacterias pueden diferenciarse sen esta tinción en dos grupos: los microorganismos grampositivos se tiñen de azul, mientras que aproximadamente un tercio de los cocos, la mitad de los bacilos y todos los organismos espiralados se tiñen de rojo y se dicen que son gramnegativos. Si bien los microorganismos gramnegativos son constantes en cuanto a sus características tintoriales con Gram, en ciertas circunstancias los organismos grampositivos muestran variación en la respuesta, es decir, que la reaccione de Gram variable como ocurren en el caso de Gardnerella vaginalis o con cultivos muy jóvenes o viejos de Clostridium teteni en principio grampositivos que aparecen como gramnegativos, también los expuestos a antibióticos pueden modificar su relacion al Gram. Otras bacterias son grampositivos débiles, así las corinebacterias pierden en colorante principal y se ven de color rojo cuando se fuerza la decoloración con alcohol acetona. Las micobacterias y otros actinomicetales captan mal los colorantes de Gram y pueden aparecer transparentes (bacilos fantasmas) o grampositivos débiles, si se fuerza la tinción por el colorante principal. Un efecto similar es a veces debido a cambios en el medio o a pequeñas modificaciones en la técnica de tinción, de ahí la importancia de mantener los tiempos y la concentraciones de los colorantes invariables.

El mecanismo de la tinción de Gram generalmente parece relacionarse con el espesor de la pared celular, el tamaño de los poros y permeabilidad de la envoltura celular. Las bacterias gramnegativas son más delgadas y contienen un porcentaje mas alto de lípidos que las bacterias grampositivos. Se ha demostrado que el tratamiento con alcohol se extrae lípidos con lo cual se aumenta la porosidad o permeabilidad de la pared celular gramnegativas que permite la salida del complejo cristal violente-yodo (CV-I) y de esta manera se decoloran. Las paredes celulares de las bacterias grampositivas al tener menor contenido lípido se deshidratan durante el tratamiento son alcohol, los poros disminuyen, la permeabilidad se reducen y no se logra extraer el complejo CV-I.

Tinción acidorresistente La tinción de Ziehl-Neelsen y la de Kinkyoun se emplean para detectar bacterias con un alto contenido lipídico en la pared celular, como micobacterias y nocardias, que dificultan la tinción, si bien una vez efectuada resisten ala decoloración con una mezcla de acido fuerte y alcohol son las bacterias conocidas como acido-alcohol resistentes (BAAR).

Tinción fluorescente Las tinciones con colorantes fluorescentes más utilizadas son: naranja de acridina, auramina o rodamina y blanco de calcofluor. Cuando se combinan los fluorocromos con técnicas inmunológicas (los colorantes fluorescentes son ligados en inmunoglobulinas), dan lugar a tinciones de inmunofluorescencia directa o indirecta con elevada especificidad y sensibilidad.

Tinciones vitales Otras tinciones mas complejas son las de Giemsa o Wright utilizadas para la visualización de espiroquetas y protozoos y las de impregnación argéntica, utilizadas para las espiroquetas. La plata se deposita en la superficie del microorganismo, incrementando el grosor y permitiendo la visualización de ciertas bacterias que son muy finas o para visión de bacterias de difícil tinción como Calymmatobacterium granulomatosum o Legionella.

Sistemas de tipificación Actualmente existen diversos sistemas de tipificación para las bacterias. Estos no siempre se encuentran disponibles en la mayoría de los laboratorios

de microbiología clínica, pero resultan de interés cuando necesitamos profundizar o tener un conocimiento mas intimo del patógeno aislado.

Tipificación biológica o bioquímica. Biotipo Una fracción relativamente pequeña de la información genética total de las bacterias esta implicada en la producción de encimas que metabolizan diversos sustratos. Estas encimas han sido usadas tradicionalmente como marcadores para diferenciar grupos de especies. Si un microorganismo no posee una encima dada, y es capaz de utilizar un sustrato, podrá formar un producto final capaz de modificar el pH del medio lo que podrá visualizarse por el cambio de color de un indicador de pH, un aumento de turbidez o por la presencia de colonias en la superficie. La fermentación de azucares se emplea en la identificación habitual de las enterobacterias, por ejemplo las salmonelas característicamente fermentan los azucares con producción de ácidos y gas a diferencia de las shigelas que no producen gas.

Tipificación serológica. Serotipo La reactividad serológica es útil cuando pretendemos conocer un serogrupo o el serotipo al que pertenece un determinado microorganismo. Esta reacciones consiste en la mezcla de una gota de antisuero que contenga un anticuerpo específico que reacciona con un componente celular corrosivo. Las reacciones incluyen agrupamiento flagelar, aglutinación celular y reacciones capsulares que se observa en el microscopio.

Tipificación de bacteriófagos. Fagotipo La tipificación con bacteriófagos es útil para rastrear el desarrollo y las fuentes de brotes de ciertas epidemias, como por ejemplo, las causadas con Staphylococcus aureus, Salmonella typhi y pseudomonas aeruginosa. Esta es posible ya que existen tipos distintos de virus bacterianos específicos de especie, conocidos como bacteriófagos que ayudan a la tipificación de ciertas cepas bacterianas que poseen semejanzas muy importantes con otros individuos en su grupo. Esta técnica consiste en depositar suspensiones de uno o bario tipos de fagos sobre una placa de agar recientemente inoculada con el microorganismo patógeno que se sospecha. Las bacterias susceptibles son ligados por el fago, dejando zonas claras.

Sensibilidad a antibióticos. Antibiotipo o antibiograma

Los antibióticos varían en su efecto sobre distintas especies bacterianas y sobre las cepas de incluso las primeras especies. Cada microorganismo patógeno debe ser probado en cuanto a su sensibilidad para diversas concentraciones de antimetabolitos efectivos, con el objeto de determinar el nivel de concentración con el cual su crecimiento es inhibido. Puede establecerse, a partir de ello, la dosis necesaria requerida para el nivel sanguíneo adecuado para el tratamiento.

Tipificación de bacteriocinas Las bacterias tienen naturaleza proteica. Son grupos de sustancias producidas por bacterias que inhiben el desarrollo de otras especies muy relacionadas. Existen dos sistemas distintos de tipificación: a) producción de bacteriocinas, en la que se determina el espectro de inhibición de las bacteriocinas producidas por la cepa que se desea tipificar y b) la sensibilidad de las bacteriocinas, donde se mide la sensibilidad de la cepa que se desea tipificar frente a una serie de bacteriocinas producidas por cepas bacterianas estandarizadas.

Detención de toxinas Mediante técnicas de biología molecular como sondas de hibridación de genes específicos es posible detectar diferentes toxinas como la colérica, además de diversas enterotoxinas de E.coli.

Estudio de los plásmidos Los plásmidos son material extracromosómico. Pueden ser transferidos de una bacteria a otra por conjugación o transducción. La detección de un plásmido específico asociada con virulencia puede emplearse para detectar cepas virulentas de Y.enterocolitica y cepas invasoras de E.coli.

Patogenicidad para animales La identificación de algunos microorganismos se ve ayudada por su inoculación en animales. Algunos microorganismos, tales como las espiroquetas que provocan la sífilis, no pueden crecer in Vitro, pero pueden aislarse por inoculación testicular y transferencia en conejos.

Tabla 1.

Carácteres taxonómicos empleados en la clasificación de los organismos Fenotípicos Estructurales Genéticos Morfológicos Fisiológicos Nutricionales Cultivo Bioquímicos Ecológicos

Composición de la pared celular Membrana citoplasmática Cápsula: Composición lipídica, proteínas, antígenos.

ADN (cromosómico y extracromosómico) ARN: Peso molecular, contenido de guanina y citosina, secuencia de bases… etc.