Epidemiología primera parte

Hasta ahora hemos visto como algunos microorganismos pueden ser agresivos para las personas y pueden “pasarse” de unas a otras en lo que denominamos comúnmente contagio. Pero es muy importante entender como se da ese contagio. El estudio de las enfermedades en las poblaciones humanas se denomina “Epidemiología”.

Epidemiología: Es la ciencia que estudia la incidencia, los factores determinantes, la distribución y el control sanos/enfermos de una población determinada afectada por una enfermedad. En todos los casos los epidemiólogos estudian a las enfermedades de manera individual.

Antes de comenzar a hablar sobre enfermedades es importante definir al enfermo. Una persona estará enferma cuando sus funciones metabólicas salgan de lo normal. En este aspecto entendemos por normal al mantenimiento de la temperatura, la asimilación de nutrientes, la producción normal hormonal y el buen funcionamiento orgánico general. Un contraejemplo a esto (tal vez para entender mejor) es en el caso de una gripe. En esta la persona experimenta aumentos de temperatura, sudoración, tos, inapetencia, dolor muscular y cansancio. Lo opuesto sería lo normal.

Tipos de enfermedades

Las enfermedades que atacan a grandes poblaciones pueden ser caracterizadas. Estas características nos permiten definir el tipo de enfermedad con el que tratamos y predecir su comportamiento. Poder predecir su comportamiento nos ayuda a prepararnos para enfrentarla. Entonces las enfermedades se pueden subdividir en varios tipos:

• Enfermedad esporádica: Este tipo de enfermedad ocurre de manera ocasional en una población (por ejemplo Fiebre tifoidea). Puede que se produzca como única vez. El aumento de una enfermedad puede responder a muchos factores, incluyendo un aumento casual en la virulencia del patógeno.

• Enfermedad endémica: La palabra “endémico” significa que es propio de un lugar. En este caso la enfermedad endémica es aquella que mantiene una frecuencia estable, de bajo nivel, en intervalos regulares sobre una población (por ejemplo Resfrío común). Una variante de las enfermedades endémicas es la hiperendémica que se da cuando la enfermedad se produce en mayor frecuencia que una enfermedad endémica y está asociada a cambios climáticos (por ejemplo Resfrío común en invierno)

• Epidemia: Es un incremento abrupto de una enfermedad que sobrepasa los valores esperados para la misma (la Influenza muchas veces adquiere carácter de epidemia). Esto sucede cuando, por alguna razón, el patógeno que causa la enfermedad se vuelve más agresivo para los hospedadores.

• Brote: Este tipo de enfermedad es particular por las condiciones en las que se da. Es un incremento abrupto de una enfermedad que por lo general afecta a un estrato social determinado (por ejemplo Leptospirosis) y que pasa a afectar a toda la población. Esto suele ocurrir ante catástrofes naturales como los huracanes, los terremotos, las erupciones volcánicas y otros fenómenos naturales. Luego de la normalización de la situación que generó el brote la incidencia de la enfermedad permanece modificada debido a una sensibilización de la población.

• Pandemia: Este es el tipo más conocido de enfermedades debido a la pandemia de Gripe A (H1N1) ocurrida en 2009. Este tipo de enfermedad se caracteriza por el aumento de la enfermedad sobre una gran población y con una gran dispersión (por lo general todo el mundo o afectando a grandes regiones). Algunos registros de este tipo de eventos son la Gripe Española en 1918 (que mató a más de 1/3 de la población mundial, aproximadamente 25 millones de personas), Influenza en 1960 y 2009 y el SIDA en 1980. Este último se ha convertido en una de las pocas enfermedades endémicas a nivel mundial.

¿Cómo se miden las enfermedades?

Existen muchas cosas que podemos decir de las enfermedades al estudiarlas matemáticamente. Esto nos permite predecir algunas variables que resultan de mucho interés al momento de enfrentarnos contra las enfermedades.

R₀

El R₀ representa la tasa de reproducción de la enfermedad en el tiempo inicial. Esto podría no significar mucho salvo que la tasa de reproducción de un patógeno indica el número de personas que un hospedador contagioso puede contagiar. A mayor R₀ más riesgosa es la enfermedad.

Rango de incidencia

El rango de incidencia es la cantidad de personas que se enferman en un determinado período sobre el total de la población:

Donde N representa el número.

Para entenderlo mejor podemos hacer el siguiente ejemplo:

Supongamos que en una población de 100000 habitantes se producen 700 casos de síndrome urémico hemolítico (SUH) en un determinado período de tiempo. El rango de incidencia para el SUH en ese período de tiempo es de 0,7%.

Rango de mortalidad

El rango de mortalidad es el número de muertes por una enfermedad en relación a la cantidad de personas enfermas de esa enfermedad:

En el ejemplo anterior, si de las 700 personas enfermas mueren 7 implica que la enfermedad tiene una mortalidad de 1%. En el caso de la gripe común en Argentina se registran al menos 5 millones de casos con una mortalidad de 1500000, lo que significa una mortalidad de 30% anual.

Patógenos 2° parte

Factores que afectan el resultado de una relación patogénica

Como dijimos anteriormente, muchos patógenos se encuentran alrededor nuestro (incluso en nuestro interior) y sin embrago no parecen afectarnos. ¿Qué es lo que genera que un microorganismo potencialmente patógeno se vuelva agresivo hacia un hospedador determinado? Existen algunos factores que sabemos que afectan esta delicada relación.

• Cantidad de parásitos: Cuando el organismo patógeno se encuentra en gran número es más probable que se produzca una enfermedad.
• Virulencia: Algunos patógenos, a pesar de encontrarse en baja cantidad, pueden ejercer un efecto tal de causar una enfermedad. La virulencia depende de 3 factores: i) invacividad (capacidad de colonizar a su huésped); ii) infectividad (capacidad de invadir a su huésped) y iii) potencial patógeno (que tan tóxico resulta el microorganismo para su hospedador). La virulencia se mide generalmente mediante la Dosis Letal 50 (cuanta cantidad de patógeno se requiere para matar al 50% de la población).
• Estado inmunitario del hospedador: la inmunodepresión es un factor fundamental para el ataque de los microorganismos.

Las bacterias como agentes patógenos

A pesar de que las bacterias son apenas uno de los grupos que incluyen patógenos en su diversidad, han sido las más estudiadas desde el punto de vista clínico. Su larga historia justifica este interés particular. Por esta razón se ha descubierto mucho respecto de sus estrategias como microorganismos patógenos. Hoy día sabemos que muchas bacterias patógenas no trabajan solas. Un ejemplo de esto es el proceso de cariado de los dientes. A falta de una, al menos 3 especies diferentes de bacterias son las responsables de generar las famosas caries dentales. En este proceso complejo una especie de bacteria se asienta sobre la dentina y comienza a comer restos orgánicos que se encuentran sobre los dientes. Al crecer, estas bacterias generarán mucha azúcar sobre la cual otras bacterias pueden asentarse y crecer. A medida que se suman capas a esta colonia, las bacterias más cercanas al diente se quedan sin oxígeno. Su metabolismo anaeróbico produce ácidos que carcomen la dentina. El proceso de cariado tiene 3 etapas. Luego de la 3° la carie comienza a formarse.

Etapas de formación de una carie

Las bacterias deben llevar a cabo los siguientes pasos a fin de infectar a un hospedador:

1. Poseer un reservorio (lugar donde residen antes o después de infectar).
2. Poder transportarse hasta el hospedador.
3. Adherirse, colonizar e invadir a su hospedador.
4. Multiplicarse y completar su ciclo de vida sobre el hospedador, dentro del mismo o dentro de sus células.
5. Evadir el sistema inmune del hospedador.
6. Ser capaz de dañar al hospedador.
7. Dejar a su hospedador y regresar a su reservorio.

Las bacterias que nos generan enfermedades deben estar en alguna parte. Es muy común pensar “están en la persona enferma”. Pero, ¿cómo se contagió esa persona? Las bacterias son microorganismos muy capaces de sobrevivir en el ambiente exterior. Ya hemos visto anteriormente que las bacterias pueden estar en el ambiente como esporas (células resistentes) o como células vegetativas (células vivas pero con su metabolismo casi apagado). Cualquiera de estas que entre en contacto con un hospedador producirá la enfermedad (siempre que el hospedador sea sensible).

Una vez dentro del hospedador, dependerá de la habilidad de la bacteria para alcanzar su “blanco” y poder multiplicarse allí. Un punto importante será evadir al sistema inmune. O bien debe poder camuflarse y ser indetectable para el sistema inmune (por ejemplo parecerse a otra bacteria no agresiva), o bien ser muy veloz y llegar rápida y silenciosamente a su blanco. Cualquier falla en este sistema implica el fin del patógeno.

Por último, de nada serviría todo esto si la bacteria fuese incapaz de salir de su hospedador. En el hipotético caso de que termine por matarlo, si no pudo salir de el, su hospedador será su tumba (irónicamente). Existen varias vías de salida del cuerpo. Las más usadas son la boca, el tracto urinario y las heces. Pero también es posible salir por la nariz, por glándulas e inclusive por los conductos auditivos.

Ciclo de contagio de E. coli

Toxicología de bacterias

En la gran mayoría de los casos la gente asocia a la reacción adversa producida por un microorganismo con la presencia física del mismo. Pero en ocasiones esto no es así. A pesar que el microorganismo está presente su efecto puede ser mucho mayor o puede generarse en otro lugar donde el no está presente. Un ejemplo de esto es el botulismo. Esta enfermedad es causada por un compuesto químico (toxina) generado por las esporas de la bacteria Clostridium botulinum. Este compuesto químico es un neurotóxico poderoso que inhibe los receptores neuronales del la acetilcolina (el mensajero neuronal por excelencia). Esto genera una gran cantidad de disfunciones nerviosas que pueden terminar en la muerte del paciente. Muchas bacterias son capaces de producir estas toxinas, las cuales son las causantes de las intoxicaciones y presentan mayor riesgo para el hospedador que la invasión del patógeno en sí. Una vez que las toxinas penetran al torrente sanguíneo se produce el cuadro médico denominado toxemia.

Las toxinas de las bacterias se dividen en 2 grandes grupos:

• Exotoxinas: Son usualmente proteínas (a veces enzimas) solubles y sensibles a la temperatura (termolábiles). Afectan principalmente tejidos y sistema nervioso central (SNC). Son producidas dentro de la bacteria y liberadas al medio externo a medida que esta crece.
• Endotoxinas: Este tipo de toxina se encuentra en la pared de la bacteria. La endotoxina es en realidad un lipopolisacárido (LPS, es un azúcar complejo formado por varias unidades que se une a una grasa en la membrana celular; para ver ejemplos de esto sugiero revisar la clase 3). Este azúcar complejo es capaz de ejercer un efecto tóxico sobre el hospedador. Debido a que es parte de la pared de la bacteria es muy termoestable, pero debe encontrarse en altas dosis para ejercer efecto. Produce distintos síntomas asociados a fiebres, diarreas, debilidad, coagulación sanguínea, entre otros.

Característica	Exotoxina	Endotoxina
Composición	Proteínas, enzimas	LPS
Ejemplo	Botulismo	Síndrome urémico hemolítico
Efecto	Variable dependiendo de la toxina	Similar en todos los casos
Fiebre	Generalmente no	Siempre
Termoestabilidad	Baja	Alta
Respuesta inmune	Alta	Baja
Lugar de acción	Excretada fuera de la célula	Membrana externa
Producción	Todo tipo de bacterias	Bacterias Gram-
Toxicidad	Altamente tóxicas y fatales en baja dosis	Moderada
Producción de vacunas	Fácilmente producidas, en algunos casos con resultado variable	Sin vacunas, pero al controlar el patógeno se controla la enfermedad

Patógenos 1° parte

Dentro de la diversidad de microorganismos existen muchos que se han especializado como predadores. Estos microorganismos predadores han evolucionado para ser rápidos, agresivos y tóxicos de tal manera de poder atacar a otros microorganismos exitosamente y alimentarse de ellos. Pero, ¿qué sucede cuando la presa somos nosotros?

Un gran área de la microbiología se ha volcado a la medicina debido a estos microorganismos. Los denominamos “Microorganismos Patógenos”. Debido a su complejidad dedicaremos bastante tiempo a ellos, a fin de lograr un entendimiento sobre su ecología, fisiología y alcances.

Comencemos entonces por su definición:

Microorganismo Patógeno: Es un microorganismo capaz de ingresar, colonizar, crecer y causar una enfermedad en otro organismo que denominaremos “Hospedador”. Desde el punto de vista médico entendemos por enfermedad a cualquier cambio anormal en la fisiología del organismo hospedador. Los patógenos están adaptados para crecer dentro de su hospedador, por lo que las condiciones que le brinde éste deben ser las óptimas para el patógeno. Por ejemplo Escherichia coli, una bacteria patógena de mamíferos grandes como nosotros o las vacas, crece a temperaturas de entre 35 y 38 °C. Esta es la misma temperatura que puede tener nuestro cuerpo.

A pesar de que podríamos identificar al microorganismo patógeno como un parásito, la microbiología clínica prefiere diferenciarlos. La diferencia entre un parásito y un patógeno radica en que el primero puede hospedarse en un organismo sin causarle peores trastornos que la disminución en la capacidad absortiva de los nutrientes. Por el contrario, la presencia de un patógeno desencadenará una enfermedad que causará un desbalance en el sistema inmunitario y metabólico del hospedador. Es importante remarcar que en la medicina los parásitos también generan una enfermedad, pero es muy diferente al accionar de un patógeno.

Los patógenos como agentes causales de una enfermedad

Los patógenos son la causa de muchas enfermedades. Pero es importante definir si son la causa de la enfermedad inicial o no. De esta forma se pueden definir a los patógenos en 2 tipos:

• Patógenos Primarios: Atacan a un hospedador sano causando una enfermedad. Se caracterizan por ser microorganismos agresivos y rápidos en su crecimiento. Debido a sus necesidades metabólicas adaptadas a sus hospedadores, este tipo de microorganismos no suelen encontrarse en el ambiente y se los denomina “especialistas”.
• Patógenos Oportunistas: Atacan a un hospedador que se encuentra inmunodeprimido por una enfermedad previa o por encontrarse en esa situación. Estos microorganismos no suelen ser veloces en su crecimiento, pero son tolerantes y capaces de resistir largos períodos dentro y fuera de nuestro cuerpo. Es posible aislar a estos microorganismos patógenos de ambientes naturales, ya que no se encuentran especializados a vivir dentro del hospedador. Debido a que la enfermedad causada por estos patógenos co-ocurre con otras enfermedades se las denomina “enfermedades concomitantes”. Un ejemplo muy común de enfermedades concomitantes son las enfermedades intrahospitalarias. En otros momentos volveremos a mencionar a estas enfermedades causadas por patógenos endémicos de los hospitales, pero vale la pena mencionar que estos microorganismos se encuentran al acecho en un lugar donde la gran mayoría de la gente está inmunodeprimida.

Los virus

A pesar de que para la microbiología los virus son partículas biológicamente activas, son causales comunes de enfermedades y se comportan como patógenos hiper-especializados. Los virus, a diferencia de cualquier otro microorganismo, penetran en el hospedador a nivel celular e ingresan al núcleo de la célula. Una vez allí utilizan la maquinaria de la célula para replicar su ADN y reformar su cápsula (la estructura que los contiene fuera de la célula). Pero un virus que ingresa a una célula no necesariamente saldrá de ella de manera inmediata. Los virus pueden poseer dos ciclos en los que se comportan de manera muy diferente:

• Ciclo lítico: Es el ciclo común en que el virus entra en su hospedador, multiplica su ADN y sale de las células del hospedador destruyéndolas.
• Ciclo lisogénico: En este ciclo el virus entra a la célula de su hospedador y une su ADN al ADN del hospedador creando una unión estable. Una vez unido, el virus no se separará del ADN del hospedador hasta que se produzca alguna alteración. Luego que se produzca alguna alteración el virus se separa del ADN del hospedador y genera un ciclo lítico, destruyendo a la célula en la que se hospeda. Este es el caso del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Generalmente la alteración que hace que el virus se suelte del ADN y se vuelva agresivo está relacionado a señales de estrés.

¿Cómo se contagian los patógenos?

Recordemos que muchos de los patógenos son microorganismos especializados para vivir dentro de su hospedador. Esto hace que sea difícil que crezcan en la naturaleza, por lo que su número es bajo en general. La presencia de los patógenos en la naturaleza está asociada a la presencia de deshechos orgánicos de sus hospedadores (materia fecal, cadáveres en descomposición o exudados). Dado que los microorganismos patógenos no suelen encontrarse en la naturaleza, la forma de adquirirlos es a través de entrar en contacto o bien con un individuo enfermo o bien con algún individuo que sirva como transporte ocasional del patógeno. Veamos pues las distintas maneras de entrar en contacto con los patógenos.

• 
  Transmisión por aire: Los patógenos pueden pasar de un hospedador enfermo a otro sano a través del aire. Esto se da generalmente en secreciones bucales con estornudo o tos. Al generarse un spray el microorganismo “vuela” de un hospedador a otro. También existe la posibilidad de ser transportados por partículas de polvo, en cuyo caso el patógeno debe ser capaz de producir esporas y de tolerar por períodos cortos de tiempo las condiciones ambientales. Muchos patógenos fecales son capaces de hacer esto. Este tipo de transmisión es común para virus y bacterias que afectan el tracto respiratorio, pero menos común para eucariotas.
• Transmisión por contacto: Esta transmisión se puede dar por contacto directo o indirecto. En el primer caso un hospedador enfermo entra en contacto directo con otro sano, ya sea tocándose, besándose o teniendo relaciones sexuales. La transmisión de enfermedades se produce tanto entre individuos de una misma especie como de distintas especies. En muchos casos (por ejemplo el virus del Ebola) los animales pueden ser portadores no expresivos de la enfermedad y al mismo tiempo ser capaces de transmitirla a otros animales, entre ellos el humano. En el contacto indirecto el contagio se produce a través de un objeto o superficie inanimado. Este tipo de contagio se denomina comúnmente “contagio por fomites”, siendo el fomite un objeto no vivo. Por ejemplo, en el brote de Hanta Virus ocurrido en el Sanatorio del Sol en Bariloche en el año 1998 se supone que una fuente de contagio pudo ser el mate que compartían los familiares de los enfermos. Estas formas de transmisión son comunes para todo tipo de patógenos.
• Transmisión por vectores: Muchas veces las enfermedades son transmitidas de un hospedador enfermo a otro sano mediante un animal vivo que lo transporta y entra en contacto con el hospedador final. A estos animales se los denomina “vectores” ya que transportan la enfermedad sin expresarla. El caso más común en Argentina es el virus del dengue transmitido por el mosquito Aedes aegypti. Esta forma de transmisión es muy común para virus y frecuente para bacterias. En el caso de los eucariotas puede producirse pero es raro.
• Transmisión por alimentos: Los alimentos son una fuente de nutrientes tanto para nosotros como para los microorganismos. El problema reside en que en los alimentos los microorganismos son capaces de crecer, aumentando su población y, por ende, su potencial patógeno. Debido a la manipulación de los alimentos nos hemos vuelto muy vulnerables a las enfermedades transmitidas por ellos. Es muy común el contagio de enfermedades producidas por bacterias y eucariotas, pero muy raramente podemos además contagiarnos de virus.
• Transmisión por agua: Como hemos explicado con anterioridad, el agua es reservorio de microorganismos. Pero además el agua es receptor de todo tipo de contaminación. Debido al crecimiento demográfico es muy común encontrarse con contaminaciones fecales de las aguas. El acúmulo de basura orgánica también genera crecimiento de microorganismos potencialmente patógenos. Esto hace que los microorganismos patógenos puedan ser transmitidos por agua, implicando un serio riesgo poblacional. Esta transmisión es muy común para bacterias y eucariotas, pero raro para virus.

Tipos de microorganismos patógenos

Las bacterias

Estos microorganismos son los más conocidos dentro de los patógenos debido a que fueron los primeros en ser estudiados como tales. En 1882 Robert Koch, un médico alemán, descubre que la enfermedad de la tuberculosis es causada por una bacteria a la que luego se denominará como Mycobacterium tuberculosis pero que es conocido también como el Bacilo de Koch. Luego de esto el estudio de las enfermedades tomo un giro radical en la búsqueda de los agentes causales descubriéndose un gran número de bacterias patógenas. Actualmente sabemos que ese número no es tan representativo como se creía. Tan solo 500 bacterias son consideradas patógenas, lo que representa un 0,5% de la diversidad de bacterias descritas hasta el momento.

Los eucariotas

A pesar de la gran diversidad de eucariotas, la mayoría de los patógenos se encuentran restringidos a los hongos y las levaduras. Algunos protozoos y amebas también son considerados patógenos, aunque también podrías considerarse parásitos. Las enfermedades generadas tanto por hongos como por levaduras son denominadas “micosis” (debemos recordar que las levaduras pertenecen al grupo de los hongos). Algunas enfermedades comunes son el pié de atleta, la pitiriasis y las enfermedades dérmicas. Las levaduras causan enfermedades como la candidiasis en las mujeres, la cual afecta al 80% de ellas aunque no lo sepan por la ausencia de síntomas. Enfermedades menos conocidas son producidas por las levaduras negras, que generan enfermedades similares a la meningitis y la encefalitis, y en la gran mayoría de los casos son mortales.

Los virus

Los virus son tal vez los más complejos de los patógenos debido a sus características. La palabra virus fue usada por primera vez por Pasteur, y significa “veneno”. Cuando Pasteur comenzó a trabajar con bacterias se dio cuenta que podía filtrarlas para evitar sus efectos. Pero luego se cruzó con la enfermedad del mosaico del tabaco, causado por un virus. Pasteur filtró el extracto de hojas de tabaco afectadas utilizando filtros de porcelana y observó que las plantas regadas con este filtrado aun se contagiaban. De allí que supuso que se trataba de algún tipo de veneno.

Los virus como patógenos tienen 2 características importantes: 1) son patógenos hiper-especializados y 2) su presencia siempre causa una enfermedad. Debido a su característica de ingresar y permanecer en la célula, es muy complejo luchar contra ellos. Los virus han desarrollad estrategias para “comunicarse” con nuestras células y engañarlas para que estas les permitan ingresar. Debido a su velocidad, nuestro sistema inmune no es suficientemente velos como para controlar a los virus sin que estos logren causar una enfermedad. Pero no todo lo referente a virus es malo. Está probado que el 50% de nuestro ADN es de origen vírico. Esto quiere decir que somos lo que somos gracias al aporte de los virus.

Retrato de una enfermedad causada por patógenos

Ahora sabemos que un microorganismo patógeno es capaz de generar una enfermedad. Pero, ¿cómo ocurre esto? Para poder describir como la enfermedad transcurre debemos saber que es lo que va sucediendo desde que el microorganismo patógeno ingresa al cuerpo de su hospedador hasta que finaliza su ciclo. A pesar de que para cada tipo de patógeno existen diferencias, podemos hacer algunas generalizaciones.

Contagio

Esta etapa es crucial, debido a que el hospedador entra en contacto con el patógeno que se hospedará en el. Antes vimos muchas formas de transmisión de patógenos. El contagio es básicamente el contacto entre un hospedador sensible y un patógeno. Es importante destacar que el hospedador es sensible al patógeno debido a que continuamente estamos expuestos a diversos patógenos y, sin embargo, no es usual enfermarnos.

Colonización del hospedador

Luego de entrar en contacto con el hospedador, el patógeno comienza a colonizar. La colonización es el establecimiento del microorganismo en un sitio que le resulte apropiado y la multiplicación celular. La colonización dependerá de la habilidad del patógeno para lidiar con los demás microorganismos presentes en su hospedador y el sistema de defensa propio del cuerpo. Los patógenos desarrollaron un método que les permite facilitar estas etapas: la adhesión específica. Una vez fijados al órgano que atacarán, la multiplicación celular es inminente. A partir de este momento el hospedador puede contagiar a otras personas. Lo interesante es que puede ser que el hospedador aún no muestre los síntomas de la enfermedad.

Invasión celular

Una vez adherido y en número suficiente, el patógeno ataca las células del hospedador. Esto se logra en 3 pasos: 1) atacar la membrana celular, 2) destruir los carbohidratos de membrana, y 3) destruir la membrana celular. A medida que la infección se profundiza en los tejidos existe el riesgo que la bacteria llegue a torrente sanguíneo. Si lo logra podrá diseminarse a otros tejidos.

La invasión celular tiene serias consecuencias para el hospedador: suele producir hemorragias que afectan el funcionamiento del órgano atacado y el debilitamiento general, puede generarse la disfunción (el mal funcionamiento o cese de funcionamiento del órgano afectado) y se produce septicemia (presencia de bacterias o sus derivados en el torrente sanguíneo). Al mismo tiempo el sistema inmune se activa y ataca al invasor. En el transcurso de este proceso se destacan los síntomas más severos producidos por la enfermedad.

El ataque

El ataque de los patógenos se producen cuando estos se vuelven agresivos a su hospedador y lo atacan a nivel tisular. Las células sobre las cuales el patógeno se asienta serán las primeras en sufrir daños. Muchos patógenos son capaces de liberar productos líticos que destruyen las membranas de las células liberando así los nutrientes internos. Los virus ingresan a la célula y la destruyen al multiplicarse. Al destruir las células los patógenos se aproximan al torrente sanguíneo. Si acceden a él puede que ingresen al mismo o liberen toxinas. En este punto se produce la septicemia, la cual se considera como una infección grave. En la gran mayoría de los casos se logra evitar esta etapa, la cual implica serio riesgo para el hospedador. En el caso de que las bacterias logren ingresar al torrente sanguíneo se produce bacteremia, que es una variante de la septicemia. Algunas bacterias además producen toxinas que ejercen daños sobre tejidos y sistema nervioso.

La enfermedad

Antes o mientras se produce el ataque puede presentarse la sintomatología de la enfermedad. Esto suele relacionarse con estados de dolor muscular, fiebres, nauseas, cansancio, irritaciones oculares y faríngeas, tos, aumento de la mucosidad y otros estados típicos de la enfermedad. La sintomatología es vital para poder identificar al patógeno y detenerlo. En caso de no ser tratada, toda enfermedad es potencialmente mortal.

El final del ataque

 Todo lo que empieza debe concluir. La gran mayoría de los patógenos no buscan destruir a su hospedador, ya que este les permitirá multiplicarse nuevamente en otra ocasión. Por esta razón, en la mayoría de los casos la enfermedad concluye. El tiempo de recuperación será variable para cada enfermedad. En pocos casos quedarán vestigios de la enfermedad (si se produjeron ulceraciones o daños tisulares significativas que sean difíciles de recuperar para el sistema orgánico). En la minoría de los casos el hospedador perecerá. Pero es muy importante recordar que, luego de una enfermedad el hospedador estará débil. Antes del descubrimiento de los antibióticos las personas solían morir por enfermedades que los debilitaban de tal manera que no podían recuperarse.

Metabolismo microbiano

Cuando vemos como crece una persona desde que es un niño hasta que es un adulto entendemos que comer todos los días ayuda a ese crecimiento. Pero no entendemos que sucede con el alimento al comerlo. Los médicos dice que “metabolizamos” los alimentos. Los microorganismos haces algo muy similar. Por lo tanto debemos definir la palabra metabolismo.

Metabolismo

El metabolismo es el método bioquímico para obtener energía a través de degradar moléculas complejas a moléculas simples. Decimos que es un método bioquímico porque intervienen características químicas (enlaces entre las moléculas, reacciones enzimáticas) y biológicas (la utilización de moléculas orgánicas y el sistema biológico que engloba el proceso).

Cuando hablamos de metabolismo básico podemos mencionar algunos procesos fundamentales en la biología.

La glucólisis

La glucólisis es el proceso mediante el cual se degrada una molécula de azúcar hasta otra molécula llamada piruvato (o ácido pirúvico). Este proceso es común en todos los caminos metabólicos que impliquen la utilización de un compuesto carbonado como fuente de energía. Es muy común que, a modo de ejemplo, se utilice una molécula de glucosa como azúcar. Dado que la glucosa es una molécula de 6 carbonos cada glucosa producirá 2 moléculas de piruvato, el cual posee 3 carbonos. En casos donde la molécula de azúcar no tiene 6 carbonos es muy posible o bien obtener dióxido de carbono como deshecho o bien que el esqueleto de carbono que no se modifique a piruvato pase a oros ciclos celulares en los que obtendrá más carbono para reingresar a la glucólisis (por ejemplo el ciclo de las pentosas).

El ciclo de Krebs o Calvin-Benson o ciclo de los ácidos tricarboxílicos

El Ciclo de Krebs, o también conocido como ciclo de Calvin-Benson, es una fase de obtención de potencial electrónico que luego seguirá en el proceso de la fosforilación oxidativa. Todo este proceso requiere de la presencia de oxígeno, el cual funcionará como aceptor de electrones. Para comenzar el ciclo partimos desde la molecula de piruvaro (3C) y le quitamos un carbono mientras le agregamos un grupo llamado CoA (coenzima A). De esta manera obtenemos una molécula que se llama Acetil CoA. Esta molécula se unirá al oxalacetato para producir ácido cítrico. Este compuesto sufrirá una serie de pérdidas de carbono hasta volver a transformarse en oxalacetato para nuevamente unirse a una molécula de acetil CoA. Como ven allí se forma el ciclo.

Esquema de respiración aeróbica

La fermentación

La fermentación es un proceso en el cual, en ausencia de oxígeno o en condiciones en las cuales el oxígeno no será utilizado como aceptor de electrones, se utiliza una molécula orgánica en cambio para obtener energía. Dado que luego de la glucólisis se producen 2 moléculas de piruvato, el metabolismo utilizará esta molécula para generar una diversidad de productos que le den algo de energía adicional. Algunos de estos productos de fermentación son muy conocidos por su aplicación general (por ejemplo el alcohol, el ácido láctico y el ácido acético típicos de las bebidas alcohólicas, el yogur y el vinagre respectivamente). Otros tipos de fermentación, como la del ácido propiónico, el 2,3-butanodiol, el butanol y el isopropanol, son poco conocidas por el público, aunque son muy conocidas por la industria de las fermentaciones.

Algunas fermentaciones de interés

Fermentación alcohólica

En la fermentación alcohólica el azúcar es degradado hasta formar etanol y dióxido de carbono como producto de deshecho. El dióxido de carbono, al ser un gas, es eliminado en forma de burbujas mientras que el alcohol se disuelve en el agua dando origen así a la bebida alcohólica.

La fermentación alcohólica es llevada a cabo por la levadura Saccharomyces cerevisiae, con la cual obtenemos productos como el vino, la cerveza y el pan. En la fermentación esta levadura es capaz de alcanzar valores tan altos como 20°de alcohol. El alcohol producido por la levadura funciona como inhibidor de otros microorganismos, pero a cierta graduación también inhibirá a la levadura volviendo muy lenta la fermentación.

Las bebidas obtenidas de la fermentación alcohólica pueden ser no destiladas (vino, cerveza, sake, sidra) o destiladas (whisky, ginebra, vodka). La diferencia consiste en que en las bebidas destiladas, luego de la fermentación se hace una destilación fraccionada para aumentar el volumen de alcohol.

Fermentación láctica (ácido láctica)

En la fermentación ácido láctica el piruvato es transformado a ácido láctico. Este ácido es incoloro y líquido (apenas más denso que el agua). El ácido láctico al ser un ácido baja el pH de la solución rápidamente pero no llega a valores de acidez menores que 2,5. El ácido láctico es producido por algunas células del cuerpo (las células musculares) y por las bacterias del género Lactobacillus. Particularmente Lactobacillus bulgaricus es una excelente productora de ácido láctico y se encuentra presente en la fermentación de la leche para producir yogur. Esta bacteria es anaerobia facultativa; esto quiere decir que, a pesar de estar en presencia de oxígeno prefiere fermentar el azúcar. Esta bacteria se ha especializado en la glucólisis de la lactosa, el azúcar típico de la leche. Pero además de esto requiere una temperatura de entre 40 y 45 °C para metabolizar.

La fermentación acética (ácido-acética)

Otra fermentación importante llevada a cabo por bacterias el la fermentación ácido-acética. En esta fermentación las bacterias como Acetobacter aceti utilizan el piruvato para producir ácido acético. Lo interesante de estas bacterias es que son tolerantes a la presencia de alcohol, por lo que pueden fermentar otros azúcares que las levaduras no fermentaron. Para el caso particular de los vinos, la fermentación ácido acética resulta en un riesgo por la posibilidad de la pérdida del producto final (el vino). Pero también puede ser un paso necesario para la producción de vinagre de vino.

Los microorganismos en el ambiente

Tipos de microorganismos

A pesar que ya nos encontramos avanzados en la materia, nunca está de más recordar algunas definiciones.

Microorganismo: Todo ser vivo unicelular o multicelular menor a 1 milímetro.

Las bacterias

Este tipo de microorganismo es el más común. Cuando se habla de un microorganismo se lo asocia principalmente a una bacteria. Existen diversos géneros y especies de bacterias que se clasifican según la taxonomía molecular (genética). Son más conocidas por poseer efectos nocivos sobre el ser humano (patógenos). Sin embargo existen también aquellas que son beneficiosas para nosotros (probióticos).

• Patógeno: Microorganismo causante de una reacción adversa (enfermedad) ya sea por su presencia o por la presencia de alguna de sus partes.
• Probiótico: Microorganismo que genera una reacción beneficiosa principalmente por sus productos metabólicos.

Estas definiciones son aplicables principalmente en el campo de la medicina, pero son igualmente valiosas para la microbiología en general.

Las Arqueas o Arqueobacterias

Estos microorganismos son muy poco conocidos para la gran mayoría de la gente. Se las encuentra en ambientes considerados “extremos” como ser ambientes acuáticos ácidos (pH ≤ 3) o alcalinos (pH > 8), ambientes desérticos, ambientes glaciarios, etc. Aunque antiguamente se consideraba a este grupo dentro de las bacterias, actualmente se sabe que son diferentes a las bacterias principalmente por la composición de su membrana celular. Esta, a diferencia de la bicapa lipídica que encontramos en bacterias y eucariotas, es una monocapa lipídica (ambos extremos hidrofóbicos se encuentran unidos). Son muy difíciles de cultivar debido a que necesitan condiciones semejantes a las de los ambientes que habitan, por lo que se sabe muy poco de ellas. Actualmente hay un gran interés en este grupo debido a su potencial en el campo de la biotecnología.

Los Eucariotas

Los eucariotas son los microorganismos más conocidos para nosotros debido a que nosotros también somos eucariotas. Existe una gran diversidad de microorganismos eucariotas. Los más numerosos son hongos, algas y levaduras, pero también hay gusanos, crustáceos e insectos. Tienen gran importancia debido a que habitan gran variedad de ecosistemas y producen daños y beneficios para el hombre.

Los microorganismos en los ambientes

• El aire

Debido a la ausencia de nutrientes en el aire, este ambiente se considera como un medio de dispersión para los microorganismos. Solo vamos a encontrarlos allí en forma vegetativa (células inactivas) o de esporas (células de resistencia). Debido a su tamaño los microorganismos son capaces de flotar en el aire y así distribuirse en el ambiente.

• La tierra

Todos los microorganismos conocidos se encuentran en la tierra. Debido a que la tierra es heterogénea como hábitat, uno puede encontrar diversas poblaciones de microorganismos (de la misma forma que los macroorganismos se distribuyen en el planeta). Por ser tan pequeños, hasta una partícula de polvo puede ser un ecosistema para un microorganismo.

A pesar de la creencia tradicional, los microorganismos hacen más que solo descomponer la materia orgánica en la tierra. Son los encargados de ciclar distintos elementos que darán luego como resultado los minerales. Por ejemplo, en el ciclo del carbono los microorganismos inmovilizan el dióxido de carbono y lo transforman en carbonatos. De la misma manera fijan el nitrógeno atmosférico en amonio y nitratos, los cuales luego servirán de alimento para otros seres vivos. Por si esto fuese poco, los microorganismos dan estructura al suelo y regulan la permeabilidad del mismo haciéndolo más o menos fértil.

Microhábitats: la microestructura de la tierra

• El agua

El agua es un medio muy particular. La gran mayoría de los microorganismos que podemos encontrar en el agua no son típicos de este ambiente, pero son arrastrados por la lluvia hasta las fuentes de agua. Debido a que los nutrientes son solubles en el agua, los microorganismos tienen buenas probabilidades de alimentarse y crecer en este ambiente. Asimismo, el agua es un excelente regulador de temperatura. Si tomamos como ejemplo el lago Nahuel Huapí, mientras que la temperatura del ambiente puede estar por debajo de cero, el lago se mantiene a 13 °C durante el invierno, sin variar. Esto hace que los microorganismos puedan adaptarse a estas condiciones.

Es muy importante en los ambientes acuáticos poder diferenciar a los microorganismos que encontramos en 2 grupos

• Microorganismos autóctonos: Aquellos microorganismos propios del ambiente. Podemos mencionar a las algas unicelulares por ejemplo.
• Microorganismos alóctonos: Son aquellos microorganismos que están de paso por el ambiente. Por ejemplo la mayoría de los hongos filamentosos.

Ambientes extremos

Fumarolas hidrotermales marinas

El término extremo es una invención nuestra. Un ambiente con una temperatura superior a los 70 °C, donde nosotros no podríamos sobrevivir, lo denominamos como ambiente extremo. Pero para los microorganismos que viven en ellos nuestro ambiente es el extremo. Los extremos pueden ser muchos (temperatura, presión, irradiación UV, presión osmótica). Existen microorganismos adaptados a estas condiciones y se los llama extremófilos. Más allá de lo que podríamos imaginar, los ambientes extremos albergan una gran diversidad de especies de microorganismos. En la mayoría de los casos su función es desconocida, aunque se sabe que muchos participan en los ciclos del nitrógeno y del azufre.

Cultivo de microorganismos

Nosotros sabemos que para que un microorganismo pueda multiplicarse necesita de la presencia de nutrientes. Pero en la naturaleza estos son escasos y la mayoría de los microorganismos son oportunistas (están al acecho y, cuando encuentran nutrientes, se alimentan rápidamente y se multiplican lo más rápido posible). Esto implica que los microorganismos crecen muy rápido y la mayor parte de su energía la utilizan para reproducirse.

En el laboratorio podemos darles todos esos nutrientes que en la naturaleza les costaría mucho encontrar. Para esto utilizamos los Medios de Cultivo (caldo con nutrientes). En estos podemos observar el crecimiento de las colonias (grupo de células de la misma especie que son visibles a ojo desnudo). Esto nos permite ver a los microorganismos desde otra perspectiva, ya que las colonias, a diferencia de las células individuales, muestran colores y formas que pueden servir para diferenciarlas.

Algo que podríamos imaginarnos respecto a lo que comen los microorganismos es que no necesariamente a todos les gusta lo mismo. Si tomamos como ejemplo a 2 personas, a una puede gustarle la cebolla mientras que al otro no. Lo mismo sucede con los microorganismos. La selección de los nutrientes para cultivar cada microorganismo varía dependiendo del origen del microorganismo. El único nutriente que está generalmente presente en todos los medios de cultivo es el azúcar. Esto nos permite diseñar medios de cultivo para “elegir” qué tipo de microorganismo queremos cultivar.

Los tipos de microorganismos

Bacterias

Las bacterias son los microorganismos más comunes que podemos encontrar al cultivar microorganismos en el laboratorio. Suelen generar colonias de diverso tamaño, pero con una gran producción de azucares, lo que hace que la colonia parezca mocosa y traslúcida. Algunas especies son capaces de producir colores (pigmentos). Por lo general crecen en todos los medios de cultivo siempre que su pH sea superior a 6. Al consumir el nutriente suelen bajar el pH del medio de cultivo permitiendo que otros microorganismos, como los hongos, crezcan.

Tipos de bacterias según su morfología celular

Hongos filamentosos

Los hongos son muy fáciles de identificar debido a las características de sus colonias y al hecho de que estamos acostumbrados a verlos (¿cuántos de ustedes se han encontrado con un pan con hongos?). Los hongos hacen colonias circulares. Se los reconoce rápidamente porque producen filamentos (micelio) por fuera del medio de cultivo, lo que les da un aspecto algodonoso o peludo. Muchas veces producen esporas de color oscuro dando un aspecto verdoso a negro en el centro del la colonia. Crecen en medios de cultivo con pH desde 1 hasta 11, aunque prefieren los pH ácidos (< 5).

Levaduras (hongos levuriformes)

Las levaduras son hongos que no producen micelio, por lo que son más parecidos a las bacterias, aunque es fácil diferenciarlas. Generalmente crecen en colonias regulares (circulares y elevadas). Son opacas y se dividen en pigmentadas y no pigmentadas. Crecen en medios de cultivo ácidos generalmente (pH<5). Solo crecen en medios de cultivo que contengan algún azúcar y todas crecen en presencia de glucosa (azúcar común).

Otros microorganismos

Existen muchos tipos. Los más comunes son algas que, al ser autótrofas crecen en agua con iluminación. Los animales microorgánicos crecen consumiendo materia orgánica. Muchos de estos son parásitos (pulgas, ácaros, piojos, etc.). Los virus pueden ser considerados microorganismos, aunque existe una fuerte discrepancia respecto a si estos corresponden al reino vivo o no. Existe un amplio consenso respecto a que los virus deben ser denominados como “Partículas Biológicamente Activas”, lo cual implicaría que no están vivas de por si.

¿Cómo se llevan los microorganismos entre ellos?

Es de esperar que en un ambiente habiten muchos microorganismos al mismo tiempo. Pero, ¿cómo se llevan entre ellos? Es importante definir esto debido a que los microorganismos pueden ser buenos vecinos, o no.

Antiguamente se utilizaba la palabra simbiosis para definir una relación entre 2 o más organismos vivos que además de estar juntos se beneficiaban entre ellos para vivir mejor. Actualmente se usa la definición estricta de la palabra. Simbiosis (sim: juntos; biosis: vivir) refiere a 2 o más organismos que viven juntos, pero no nos dice nada respecto de cómo se llevan. Existen distintos tipos de relaciones que se definen por el carácter de la relación en si.

• Mutualismo: Esta es una relación simbiótica en la cual 2 o más organismos viven juntos y se benefician mutuamente por la presencia del otro. Un ejemplo de esto es la rizósfera de las plantas. La rizósfera es la zona cercana a la raíz en la cual la planta libera azúcares. Estos azúcares son consumidos por bacterias que, a su vez, liberan vitaminas y proteínas que la planta aprovecha. Además brindan seguridad a la planta en una zona donde esta es vulnerable. En este caso tanto las bacterias como la planta resultan beneficiadas.
• Parasitismo: En esta relación un organismo (huésped) vive dentro de otro (hospedador) causándole daño. Los parásitos suelen alimentarse o bien de su hospedador o bien de los nutrientes que este consume. En el caso de la microbiología, los parásitos son denominados patógenos, aunque la definición estricta de patógenos es algo diferente que la de parásitos.
• 
  Predación: En esta relación un organismo depreda a otro. Los ejemplos más conocidos en el mundo animal son, por ejemplo, los leones cazando gacelas. En la microbiología estas relaciones pueden ser más sutiles ya que hay menos dinamismo en la escena. Pero el resultado es exactamente el mismo.

  

  Hongo depredando a nematode

• 
  Competencia: En esta relación 2 o más organismos quieren algo en común. El problema es que algunos organismos no les gusta compartir. Los microorganismos particularmente desarrollan distintas estrategias para poder dominar el ambiente y crecer. Son capaces de producir compuestos tóxicos que matan o inhiben a otros microorganismos. También son capaces de crecer a velocidades fabulosas, que limitan con las leyes de la termodinámica que conocemos actualmente, como la bacteria E. coli, la cual es capaz de reproducirse cada 20 minutos.

• Amensalismo: En esta relación un organismo impedirá el crecimiento de otro a través de producir compuestos químicos que eliminen o inhiban al otro organismo. En la microbiología esta habilidad resulta de gran valor para la medicina, debido a que los microorganismos producen compuestos antibióticos estables que pueden ser utilizados por nosotros con el mismo propósito que el que dan los microorganismos en la naturaleza.

• Sinergia: En esta relación 2 o más organismos cooperan entre ellos obteniendo un beneficio muy superior al combinar sus metabolismos. En la microbiología muchas veces sucede que 2 bacterias que viven bien sobre un nutriente se benefician aún más por la presencia de la otra. Esto se debe a que lo que es un deshecho para una de ellas es un nutriente para la otra y vice versa.

• Neutralismo: Esta es la relación más sencilla de todas. ¿Por qué 2 o más microorganismos que habitan un mismo espacio deben interactuar? ¿Qué sucede si no interactúan? A esto llamamos neutralismo, ya que todos los microorganismos conviven sin perturbarse mutuamente. No es lo más común en la naturaleza, pero algunas veces sucede.

En la siguiente tabla se resume las relaciones mencionadas desde el punto de vista del efecto para un microorganismo (1) y otro microorganismo (2).

Tipo de simbiosis	M.O. 1	M.O. 2
Mutualismo	+	+
Parasitismo	+	-
Predación	¿+?	-
Competencia	-	-
Amensalismo	0	-
Sinergia	+++	+++
Neutralismo	0	0

Donde el símbolo "+" representa un beneficio, el "-" un perjuicio y el "0" un estado neutral. Pero ¿por qué en la predación uno de los microorganismos posee un símbolo + en interrogación? En realidad depende desde dónde veamos el problema. Es importante determinar cuál es el gasto que ejercerá el predador para capturar a su presa. Si el predador es un cazador al acecho (como lo sería una araña), entonces habría que medir el gasto que le genera la espera y cuanto tiempo involucra. Si es un cazador activo (en este caso una leona) deberíamos preguntarnos cuanta energía gasta en la caza. Todo se reduce a la renta... Pero el que si la saca cara es el predado, ¡de eso no hay duda!