Introducción a la microbiología.

INTRODUCCIÓN

Microbiología → ciencia que estudia a los microorganismos

Microorganismos

• son organismos y agentes cuyo tamaño individual no permite diferenciarlos a simple vista (necesidad de un microscopio).
  
  
  

  

• pertenecen a diferentes grupos poco relacionados entre sí
• se los agrupa en una disciplina porque las técnicas para cultivarlos, identificarlos y estudiarlos son semejantes

       Impacto negativo de los microorganismos

• epidemias (peste bubónica, destrucción de poblaciones indígenas)
• deterioro de alimentos
  
  
  Impacto positivo de los microorganismos
  
  
• las conclusiones obtenidas a partir de microorganismos son extrapolable a otros sistemas biológicos ("lo que es cierto para E. coli también es cierto para elefantes")
• mejoramiento de la calidad de vida (medio ambiente, obtención de medicamentos y alimentos, etc.)

BREVE RESEÑA HISTÓRICA

• Primeras observaciones → van Leeuwenhoek (1632-1723), con un microscopio primitivo y rudimentario de una sola lente describe "animálculos"
• Edad de oro de la Microbiología → aprox. entre 1850 y 1910
• Pasteur refuta la "teoría de la generación espontánea" (aparición espontánea de vida a partir de materia inerte), establece la conexión entre deterioro de los alimentos y la presencia de microorganismos, postula la "teoría infecciosa de la enfermedad" y sienta las bases de las técnicas de asepsia (pasteurización)
• El cirujano ingles Lister obtiene por primera vez una evidencia indirecta de la teoría infecciosa de la enfermedad al aplicar en el campo quirúrgico una solución diluida de fenol
• El médico alemán Koch obtiene por primera vez una evidencia directa de la teoría infecciosa de la enfermedad, al demostrar que una bacteria es el agente causal de una enfermedad (bacilo de la TBC)

Postulados de Koch (para establecer la relación causal entre un microorganismo y una enfermedad)

1. El microorganismo debe estar presente en el individuo enfermo pero ausente en el sano
2. El microorganismo deber ser aislado y obtener un cultivo puro (aunque en la actualidad existen microorganismos que no se pueden cultivar en el laboratorio)
3. Se debe producir la misma enfermedad cuando el microorganismo aislado es inoculado en un huésped sano. Luego, el mismo microorganismo debe ser aislado otra vez del huésped inoculado enfermo.

Tener en cuenta que cultivar un microorganismo significa aislarlo y obtener una progenie o colonia a partir de él.

CLASIFICACIÓN DE LOS DOMINIOS

• Bacteria (Gram-positivas, Gram-negativas, Mitocondrias, Cloroplastos, Cianobacterias)
• Archaea (Hipertermófilas, Metanógenas, Halófilas extremas) → células procariotas.
• Eukarea (Animales, Plantas, Hongos, Flagelados, etc.). → células eucariotas.

Formas de las bacterias.  

ESTRUCTURA DE UNA CÉLULA BACTERIANA TÍPICA

※Dominios Bacteria y Archaea.

Desde el exterior hacia el interior

3 envolturas:

• Cápsula → estructura facultativa, que puede estar presente o ausente
• Pared celular → la distinción entre bacterias Gram-positivas o Gram-negativas reside estructuralmente en las características de la pared celular
• Membrana citoplasmática

• De ella protruyen los apéndices, que pueden ser: a) flagelos y b) fimbrias o pelos
• Las invaginaciones de la membrana citoplasmática se denominan "mesosomas"

Dispersos en el citoplasma se pueden observar diferentes elementos tales como ribosomas, inclusiones y una región nuclear (nucleoide) con el material genético. A diferencia de las células eucariotas, las procariotas carecen de orgánulos delimitados por membranas.

Importante!: las bacterias no poseen mitocondrias.

Célula procarionte:

Célula eucarionte:

CIRCUITO DE MATERIALES

1) Material limpio

↓

ACONDICIONAMIENTO

Se acondiciona con dos fines: a) mantener la esterilidad y b) no interferir con el agente esterilizante

↓

2) Material acondicionado

↓

ESTERILIZACIÓN

El proceso de esterilización debe ser: a) efectivo (es decir, debe eliminar a todos los microorganismos presentes en el material) y b) compatible (es decir, no debe alterar las propiedades fisicoquímicas del material)

↓

Material estéril

↓

USO

↓

Material contaminado → Si el material no es reusable se desecha como "Residuo patológico"

↓

ESTERILIZACIÓN

Si el material se va a desechar como "Residuo domiciliario" el proceso de esterilización debe ser efectivo pero no necesariamente compatible

↓

Material descontaminado → Residuo domiciliario

↓

LIMPIEZA

CONTROL DE LAS FUENTES DE CONTAMINACIÓN

Se realiza a través de:

• Técnicas o procedimientos asépticos

• El fin último de estas técnicas es no incorporar microorganismos extraños
• Las fuentes de microorganismos extraños son 3

1. ambiente --> "el aire no es estéril"
2. personal --> el personal debe ser entrenado y usas la vestimenta adecuada
3. materiales utilizados --> deben estar correctamente esterilizados

Bioseguridad

• El fin último de ésta es evitar la contaminación del operador y del medio.

Posición anatómica.

Todas las descripciones anatómicas se expresan en relación con la posición anatómica para asegurar que las descripciones no sean ambiguas. La posición anatómica se refiere a las personas (independientemente de la posición real en la que pueden estar) como si estuvieran en bipedestación erecta, con:

• La cabeza, los ojos y los dedos del pie dirigidos anteriormente (hacia adelante).
• Los miembros superior a los costados con las palmas mirando anteriormente.
• Los miembros inferiores unidos con los pies dirigidos hacia adelante.

Comparación de los tres tipos musculares.

Estrcutura del músculo liso.

Las células musculares lisas poseen un aparato contráctil de filamentos finos y gruesos y un citoesqueleto de filamentos intermedios de desmina.

El resto del sarcoplasma está repleto de filamentos finos que forman una parte del aparato contráctil. Entremezclados con los filamentos finos hay filamentos intermedios de desmina, que son parte del citoesqueleto de las células.

Fotomicrografía electrónica de células musculares lisas: esta fotomicrografía muestra partes de tres células musculares lisas. El núcleo de una de las células se ve en la parte inferior de la foto. Casi todo el citoplasma está ocupado por filamentos finos (de actina), que apenas se distinguen con este aumento. Las densidades citoplasmáticas, o cuerpos densos, que contienen α-actinina son evidentes entre los miofilamentos (↑). También se señalan cisternas del retículo sarcoplásmico (SR) y las vesículas de pinocitosis (PV). Las otras dos células en la parte media y superior de la fotomicrografía poseen uniones de hendidura (GJ) visibles que permiten la comunicación entre células contiguas. Las partículas oscuras pequeñas son de glucógeno. DETALLE: ampliación de la unión de hendidura. Obsérvese la presencia de vesículas pinocíticas.

Además, el citoesqueleto forma densidades citoplasmáticas o cuerpos densos que se ven entre los filamentos. Los filamentos finos del aparato contráctil junto con los filamentos intermedios de desmina se fijan en los cuerpos densos, que a su vez están anclados en el sarcolema.
Los componentes del aparato contráctil de las células musculares lisas son:

• FILAMENTOS FINOS, que contienen actina, tropomiosina y caldesmona.
• FILAMENTOS GRUESOS, que contienen miosina Ⅱ, que es similar a la encontrada en el músculo esquelético.

La contracción del músculo liso está regulada por el sistema Ca²⁺-calmodulina/cinasa.

Modelo propuesto para la contracción de la célula muscular lisa:Haces de miofilamentos que contienen filamentos finos y gruesos (en rojo) se adhieren a densidades citoplasmáticas (en beige). Éstas a su vez se adhieren al sarcolema. Las densidades citoplasmáticas son análogos intracelulares de las líneas Z del músculo estriado. Contienen la proteína fijadora de actina α-actinina. Debido a que los haces de filamentos contráctiles tienen una orientación oblicua con respecto al eje longitudinal de la fibra, su contracción acorta la célula y produce la forma “en tirabuzón” del núcleo.

 

Si bien la contracción del músculo liso está regulada por la concentración intracelular de iones calcio, el mecanismo por el que la célula responde a dicha concentración es diferente del que opera en el músculo estriado (voluntario). En el músculo liso, conlleva la participación de una proteína fijadora de calcio, la calmodulina que, en presencia de calcio, se combina con un precursor inactiva que fosforila a la miosina. Esta reacción es necesaria para la interacción de la actina con miosina. En ausencia de calcio, la cadena ligera de miosina presenta desfosforilación y surge la relajación. La tropomiosina y otras proteínas dependientes de calcio, enzimáticas o no, también participan en el mecanismo regulador.

El ciclo de la contracción muscular.

Cada ciclo de contracción se compone de cinco etapas: adhesión, flexión, generación de fuerza y readhesión.

• La adhesión es la etapa inicial del ciclo de contracción, en la cual la cabeza de la miosina está fuertemente unida a la molécula de actina del filamento fino (no hay ATP).

•  La separación es la segunda etapa del ciclo, en la cual la cabeza de la miosina se desacopla del filamento fino. En esta etapa, se une ATP a la cabeza de miosina que reduce la afinidad de la cabeza de miosina por la molécula de actina y hace que se desacople del filamento fino.

•  La flexión es la tercera etapa del ciclo en la cual la cabeza de la miosina, como consecuencia de la hidrólisis de ATP, avanza una distancia corta en relación con el filamento fino.

•  La generación de fuerza es la cuarta etapa del ciclo en la cual la cabeza de la miosina libera el fosfato inorgánico (Pi) y ocurre el golpe de fuerza.

•  La readhesión es la quinta y última etapa del ciclo en la cual la cabeza de miosina se une con firmeza a una nueva molécula de actina, y el ciclo puede repetirse.

En la regulación de la contracción intervienen el calcio, el retículo sarcoplásmico y el sistema de túbulos transversos.

Para la reacción entre la miosina y la actina tiene que haber Ca²⁺ disponible. Tras la contracción, el Ca²⁺ debe ser eliminado. Esta rápida entrega y eliminación de Ca²⁺ se consigue por la acción combinada del retículo sarcoplásmico y el sistema de túbulos transversos.
El retículo sarcoplásmico está organizado como una serie de redes repetidas alrededor de las miofibrillas. Cada red se extiende desde una unión A-I hasta la siguiente dentro de un sarcómero. La red contigua de retículo sarcoplásmico continúa desde la unión A-I hasta la siguiente en el sarcómero contiguo. Por lo tanto, una red de retículo sarcoplásmico rodea la banda A y la red contigua rodea la banda I.

Diagrama de la organización de la fibra muscular estriada: este diagrama ilustra la organización del retículo sarcoplásmico y su relación con las miofibrillas. Obsérvese que en las fibras musculares estriadas a cada sarcómero le corresponden dos túbulos transversos (T). Cada túbulo T está ubicado a la altura de la unión entre la banda A y la banda I y se forma como una invaginación del sarcolema de la célula muscular estriada. Está asociado con dos cisternas terminales del retículo sarcoplásmico que rodea cada miofibrilla, de manera que queda una cisterna a cada lado del túbulo T. La estructura triple que se ve en los cortes transversales, en donde hay dos cisternas terminales a los lados de un túbulo transverso que coincide con la unión entre una banda A y una banda I se denomina tríada. La despolarización de la membrana del túbulo T inicia la liberación de

Ca²⁺ desde el retículo sarcoplásmico y al final desencadena la contracción muscular.

En donde las dos redes se encuentran, a la altura de la unión entre las bandas A e I, el retículo sarcoplásmico forma un conducto anular de configuración apenas más regular llamado saco o cisterna terminal. Las cisternas terminales sirven como reservorios de Ca²⁺.
El sistema de túbulos transversos o sistema T consiste en numerosas invaginaciones tubulares de la membrana plasmática, cada una recibe el nombre de túbulo T. Los túbulos T penetran en todos los niveles de la fibra muscular y se ubican entre cisternas terminales contiguas a la altura de las uniones A-I. El complejo formado por un túbulo T y las dos cisternas terminales adyacentes se denomina tríada.

Tejido muscular: miofibrillas y miofilamentos.

La subunidad estructural y funcional de la fibra muscular es la miofibrilla.

Los músculos esqueléticos están compuestos por fascículos, que a su vez están compuestos por fibras musculares individuales. La fibra muscular está repleta de subunidades de disposición longitudinal llamadas miofibrillas. Las miofibrillas se extienden a todo lo largo de la célula muscular.

Las miofibrillas están compuestas de haces de miofilamentos.

Los miofilamentos son los polímeros filamentosos individuales de filamentos gruesos (miosina Ⅱ) y filamentos finos (actina y proteínas asociadas). Los miofilamentos son los verdaderos elementos contráctiles del músculo estriado. Los haces de miofilamentos que conforman la miofibrilla están rodeados por un retículo endoplasmático liso bien desarrollado, que también recibe el nombre de retículo sarcoplásmico. Este retículo forma una malla tubular bien organizada alrededor de los elementos contráctiles en todas las células musculares estriadas.

Organización de un músculo esquelético: un músculo está compuesto de haces de fibras musculares llamados fascículos. A su vez, cada fascículo está formado por un conjunto de fibras (células) musculares alargadas. La fibra muscular consiste en una agrupación de unidades longitudinales, las miofibrillas, que a su vez están compuestas por miofilamentos de dos tipos: filamentos gruesos (de miosina Ⅱ) y filamentos finos (de actina). Los miofilamentos se organizan de una manera específica que le imparten a la miofibrilla y a la fibra un aspecto estriado (estriaciones transversales). La unidad fucional de la miofibrilla es el sarcómero que se extiende desde una línea Z hasta la siguiente. La banda A marca la extensión de los filamentos de miosina. Los filamentos de actina se extienden desde la línea Z hacia la región de la banda A, en donde se interdigitan con los filamentos de miosina, como se ilustra en la figura. También se ilustran cortes a través de diferentes regiones del sarcómero (de izquierda a derecha): a través de los filamentos finos de la banda I, a través de los filamentos gruesos de la banda H, a través del centro de la banda A (en donde los filamentos gruesos contiguos están unidos para formar la línea M) y a través de un extremo de la banda A (en donde los filamentos finos y gruesos están superpuestos). Obsérvese que cada filamento grueso está en el centro de un hexágono cuyos ángulos corresponden a filamentos finos.

Las estriaciones transversales son la característica fisiológica principal del músculo estriado.

Fotomicrografía electrónica de fibras musculares esqueléticas: esta fotomicrografía electrónica de poco aumento muestra la organización general de las fibras musculares esqueléticas. Aquí aparecen pequeñas porciones de tres fibras musculares seccionadas longutudinalmente. En la célula muscular de la derecha se ve un núcleo periférico (subsarcolémico). Dos fibras (una en el medio y otra a la izquierda) contienen miofibrillas regulares separadas por una delgada capa de sarcoplasma (Sr) que las rodea. Cada segmento repetido de la miofibrilla entre líneas Z contiguas es un sarcómero (S). El modelo de bandas transversales visible en esta fotomicrografía es un reflejo de la disposición coincidente (“en registro”) de las miofibrillas (M) individuales; el modelo similar que aparece en la miofibrilla es un reflejo de la organización de los miofilamentos. El tejido conectivo en el espacio extracelular entre las fibras corresponde al endomisio del músculo.

Tanto las bandas A como las bandas I están divididas en dos mitades por regiones estrechas de densidad contrastante. La banda I está dividida por una línea densa, la línea Z, también llamada disco Z. La banda A oscura esta dividida en dos por una región menos densa, o clara, llamada banda H. Además, en la mitad de la banda H clara hay una fina línea densa llamada línea M.
El modelo de las estriaciones transversales del músculo estriado se debe a la manera en que se disponen los dos tipos de miofilamentos.

La unidad funcional de la miofibrilla es el sarcómero, el segmento de la miofibrilla que está ubicado entre dos líneas Z.

El sarcómero es la unidad contráctil básica del músculo estriado. Es la porción de la miofibrilla comprendida entre dos líneas Z contiguas.
La célula muscular completa exhibe estriaciones transversales a todo lo ancho porque los sarcómeros de las miofibrillas contiguas están “en registro”, es decir que hay una coincidencia precisa entre las bandas de una miofibrilla y las de sus vecinas.

Sarcómeros en distintos estados funcionales: en estado relajado (diagrama del medio) la interdigitación de los filamentos finos (actina) y gruesos (miosina) no es completa; las bandas H e I son relativamente anchas. En estado contraído (diagrama inferior) aumenta la interdigitación de los filamentos finos y gruesos de acuerdo con el grado de contracción. En estado distendido (diagrama superior) los filamentos finos y gruesos no interactúan, las bandas H e I son muy anchas. La longitud de la banda A siempre permanece igual y corresponde a la longitud de los filamentos gruesos; en cambio, las longitud de las bandas H e I se modifican proporcionalmente al grado de relajación o contracción del sarcómero.

Los filamentos gruesos de miosina están ubicados en la porción central del sarcómero, o sea, en la banda A. Los filamentos finos se fijan a la línea Z y se extienden dentro de la banda A hasta el borde de la banda H. Las porciones de dos sarcómeros ubicadas a cada lado de una línea Z constituyen la banda I y sólo contienen filamentos finos. En un corte longitudinal de un sarcómero, la línea Z aparece como una estructura en zigzag con material de matriz, matriz del disco Z, que divide en dos la línea zigzagueante. La línea Z y su material de matriz se anclan los filamentos finos de sarcómeros contiguos a los ángulos del zigzag a través de la proteína fijadora de actina α-actinina.
Los filamentos finos contienen actina F, tropomiosina y troponina. Los filamentos gruesos sólo contienen miosina Ⅱ.
La tropomiosina forma filamentos que se ubican en el surco que hay entre las dos cadenas de la actina F en el filamento fino. En el músculo en reposo (relajado), la tropomiosina y las troponinas ocultan el sitio de unión a la miosina que hay en la molécula de actina.
La troponina consiste en un complejo de tres unidades globulares. La troponina C (TnC) fija calcio, un fenómeno esencial para la contracción muscular. La troponina T (TnT) se una a la tropomiosina y ancla el complejo a la troponina. La troponina I (TnI) se une a la actina e inhibe así la interacción actina-miosina.

Fotomicrografía electrónica de músculo esquelético: en esta fotomicrografía de gran aumento se ve un corte longitudinal de las miofibrillas. La banda I, que es divida en dos mitades iguales por la línea Z, está compuesta por filamentos finos (de actina) apenas visibles. Éstos están fijados a la línea Z y se extienden a través de la banda I hacia la banda A. Los filamentos gruesos, compuestos de miosina, ocupan toda la longitud de la banda A. Obsérvese que en la banda A hay bandas y líneas adicionales. Una de éstas, la línea M, está en el medio de la banda A; la otra, la banda H menos electrodensa, está compuesta sólo por filamentos gruesos. Las partes laterales de la banda A son más electrodensas y corresponden a las regiones en donde los filamentos finos se interdigitan con los filamentos gruesos.

Diagrama de la estructura molecular de un sarcómero: diagrama que ilustra la distribución de los miofilamentos y las proteínas accesorias dentro de un sarcómero. Las proteínas accesorias son: titina, una molécula elástica grande que ancla los filamentos gruesos (de miosina) a la línea Z; α-actinina, que organiza los filamentos finos (de actina) en haces paralelos y los ancla a la línea Z; nebulina, una proteína inelástica alargada unida a las líneas Z que se enrosca alrededor de los filamentos finos y ayuda a la α-actinina a anclarlos a las líneas Z; tropomodulina, una proteína de coronación de la actina que mantiene y regula la longitud de los filamentos finos y, junto con la troponina, regula la fijación de los iones de calcio; miomesina y proteína C, proteínas fijadoras de miosina que mantienen la coincidencia de los filamentos gruesos a la altura de la línea M. Las interacciones de estas diversas proteínas mantienen la alineación precisa de los filamentos finos y gruesos en el sarcómero.

Tejido muscular: generalidades y clasificación.

El tejido muscular tiene a su cargo el movimiento del cuerpo y de sus partes y el cambio de tamaño y forma de los órganos internos. Este tejido se caracteriza por poseer conjuntos de largas células especializadas, dispuestas en haces paralelos, cuya función principal es la contracción.

Fotomicrografía de un músculo esquelético: en esta fotomicrografía de poco aumento aparece un corte longitudinal de músculo esquelético. Las fibras (células) musculares se disponen paralelas; su orientación es vertical y la longitud de cada fibra es tal que se extiende más allá de los bordes superior e inferior de la foto. Las fibras parecen ser de distintos grosores. Esto es más que nada un reflejo del plano de corte a través de las células musculares. Obsérvese a la izquierda el epimisio, la vaina de tejido conectivo denso que rodea el músculo.

Fotomicrografía de un músculo esquelético: con mayor aumento se distinguen bien las estriaciones transversales de las fibras musculares. Los núcleos de las fibras musculares esqueléticas están ubicados en el citoplasma justo debajo de la membrana plasmática.

La interacción de los miofilamentos es la causa de la contracción de las células musculares.

Dos tipos de miofilamentos están asociados con la contracción muscular:

• FILAMENTOS FINOS compuestos principalmente por actina.
• FILAMENTOS GRUESOS compuestos de la proteína miosina Ⅱ.

Los dos tipos de miofilamentos ocupan la mayor parte del volumen de citoplasma, que en las células musculares también se conoce como sarcoplasma.

El tejido muscular se clasifica según el aspecto de las células contráctiles.

• TEJIDO MUSCULAR ESTRIADO: las células exhiben estriaciones transversales visibles con el microscopio óptico.
• TEJIDO MUSCULAR LISO: las células no tienen estriaciones transversales.

El tejido muscular estriado se subclasifica además de acuerdo con su ubicación:

• El TEJIDO MUSCULAR ESTRIADO ESQUELÉTICO se fija a los huesos y está encargado del movimiento de los esqueletos axial y apendicular y del mantenimiento de la postura o posición corporal. Además, el músculo esquelético ocular ejecuta los muy precisos movimientos de los ojos.
• El TEJIDO MUSCULAR ESTRIADO VISCERAL es de morfología idéntica a la del músculo esquelético pero su distribución está limitada a unos pocos sitios: la lengua, la faringe, la porción lumbar del diafragma y el segmento superior del esófago. Este tejido muscular cumple funciones esenciales en la fonación, la respiración y la deglución.
• El TEJIDO MUSCULAR ESTRIADO CARDÍACO es un tipo de músculo estriado que está en la pared del corazón y en la desembocadura de las grandes venas que llegan a éste órgano.

Las principales diferencias entre las células musculares esqueléticas y cardíacas están en sus tamaños, configuraciones y maneras de distribuirse unas respecto de otras.