¡Hola, Micromunders! Hoy os traemos una breve introducción al mundo de los microorganismos antes de meternos de lleno en los problemas de resistencia a antimicrobianos. Todos hemos visto cómo los virus están de actualidad, pero ¿qué son? ¿Y qué otros microorganismos existen? ¿Queréis saberlo? Pues os invitamos a quedaros y descubrirlo en este post.
¿Qué es un microorganismo?
Los microorganismos son organismos que carecen de tejidos (poseen una organización simple) y requieren para su aislamiento y estudio una metodología especial que comprende: el uso de microscopios, la esterilización y la obtención de cultivos puros. Además, en términos generales, son demasiado pequeños para ser vistos con el ojo humano (< 0,1 mm/100 µm), aunque hay excepciones.
¿Qué organismos se incluyen en el grupo de MO?
Virus (25 – 400 nm).
Bacterias (0,2 – 10 µm).
Protozoos (1 – 150 µm).
Microalgas (µm). Las algas por tanto desde µm hasta m.
Hongos (levaduras y mohos): µm – cm.
El tamaño NO es suficiente para definir lo que es un microorganismo dado que existen Bacterias gigantes como Epulopiscium fishelsoni (200 – 700 µm · 80 µm) o metazoos microscópicos como Caenorhabditis elegans que es un nematodo ( 1000 µm · 70 µm) o los ácaros.
En los microorganismos la célula lo es todo (son unicelulares):
Presentan alguna forma de metabolismo.
Se dividen 🡪 Crecen.
Experimentan alguna clase de diferenciación.
Poseen capacidad de comunicación.
Evolucionan.
Capacidad de desplazarse o moverse (motilidad).
Intercambio genético.
¿Dónde se encuentran los microorganismos?
Los microorganismos se encuentran en todas partes formando parte de todos los ecosistemas, muchos de ellos viven en los individuos.
En el ser humano pueden encontrarse en el tracto gastrointestinal, en el tracto rectal, el tracto vaginal, en la piel, etc. Muchos de los microorganismos que viven con nosotros son comensales, otros son patobiontes, etc. Un ejemplo es Streptococcus dentisani, cuya presencia en la boca se ha relacionado con una buena salud bucodental.
Los microorganismos pueden encontrarse incluso en condiciones extremas de temperatura, humedad, presión o concentración de sales. Por ejemplo, Moritella yayanosii es un microorganismo que habita en la Isla de Guajan (=Isla de Guam), donde se encuentra la zona más profunda del planeta. La presión óptima que llega a soportar es de 790 atmósferas (un ser humano solo es capaz de soportar unas 8 atm, salvo excepciones que logran aguantar un poco más).
Tipos de microorganismos
Ahora que ya sabemos de que estamos hablando es momento de preguntarnos que diferencias hay entre los distintos grupos.
Virus
Un virus es una partícula de código genético, ADN o ARN, encapsulada en una vesícula de proteínas. Los virus no se pueden replicar por sí solos. Necesitan infectar células y usar los componentes de la célula huésped para hacer copias de sí mismos. A menudo, el virus daña o mata a la célula huésped en el proceso de multiplicación. Los virus se han encontrado en todos los ecosistemas de la Tierra. (Definición del National Human Genome Research Institute).
El primer virus descrito fue el virus del mosaico del tabaco, en 1899 por Martinus Beijerinck.
De forma general todos los virus contienen un genoma de ácido nucleico (ARN o ADN) y una capa proteica protectora (llamada cápside). Al conjunto del genoma y la cápside se le llama nucleocápside y la misma puede tener forma icosaédrica, helicoidal o compleja. Los virus pueden o no tener envoltura (https://www.microbiologybook.org). Estas características morfológicas pueden servir para la clasificación, pero la clasificación más aceptada es la de Baltimore, que divide los virus en:
Clase I: Genoma dsDNA (+/-).
Clase II: Genoma ssDNA (+).
Clase III: Genoma dsRNA (+/-).
Clase IV: Genoma ssRNA (+).
Clase V: Genoma ssRNA (-).
Clase VI: Genoma ssRNA (-).
Clase VII: Genoma ssDNA (+/-).
Bacterias
Las bacterias son pequeños organismos unicelulares. Las bacterias se encuentran en casi todas partes de la Tierra y son vitales para los ecosistemas del planeta. Algunas especies pueden vivir en condiciones extremas de temperatura y presión. El cuerpo humano está lleno de bacterias y, de hecho, se estima que contiene más células bacterianas que células humanas. La mayoría de las bacterias del cuerpo son inofensivas y algunas incluso son útiles. Un número relativamente pequeño de especies causa enfermedades. (Definición del National Human Genome Research Institute).
Las bacterias son los seres vivos más abundantes del planeta y a su vez son las más diversas, por lo que la clasificación es complicada. Se suelen clasificar por forma o por estructura de la pared celular. En cuanto a la clasificación por forma, nos encontramos con:
Cocos.
Bacilos.
Vibrios.
Espirilos.
Espiroquetas.
En cuanto a la clasificación según la estructura de su pared, tenemos:
Gram-.
Gram+.
Las diferencias entre ambas paredes, es que las grampositivas contienen una mayor cantidad de peptidoglicano así como ácidos teicoicos y lipoteicoicos y no tiene membrana externa, a diferencia de las gramnegativas que sí que poseen esta último pero no poseen los ácidos nombrados, la cantidad de peptidoglucano ronda entre el 5 y 10% en contraposición de las grampositivas que ronda el 50%. Además las gram negativas presentan lipopolisacárido en la membrana externa.
Se pueden clasificar de otras múltiples formas.
Arqueas
Dominio de organismos procariotas que tienen apariencia de bacterias y muchas propiedades moleculares que son similares a las de las eucariotas. (Definición). Poseen su propio dominio desde 1977 cuando Carl Woese y George E. Fox establecieron la clasificación de los 3 dominios.
Protozoos
Gran división que agrupa a los animales, casi siempre microscópicos, cuyo cuerpo está formado por una sola célula o por colonias de células iguales entre sí. (Definición).
Microalgas
Las microalgas y las cianobacterias son microorganismos unicelulares que tienen la capacidad de realizar la fotosíntesis. Microalgas y cianobacterias difieren en muchos aspectos, especialmente en que las primeras son eucariotas y las segundas son procariotas, pero desde el punto de vista de la ingeniería de procesos, lo relevante es que crecen usando luz como energía y CO2 como fuente de carbono.
Hongos
Nos encontramos en los hongos microscópicos con las levaduras y los mohos. Las levaduras constituyen un pequeño grupo dentro de los hongos que se encuentra ampliamente distribuido. Se conocen como mohos a los hongos filamentosos de pequeño tamaño que crecen en superficies creando una capa que puede ser de diversos colores.
Importancia de los microorganismos
¿Son los microorganismos buenos o malos? Los microorganismos no son ni buenos ni malos. Los humanos solemos tener un punto de vista antropocéntrico respecto al estudio de lo que nos rodea. Esto nos lleva a considerar a los microorganismos malos o buenos en función de las interacciones que nosotros tenemos con ellos (FMM).
A continuación encontraréis algunos conceptos importantes en el campo de los microorganismos:
Patobionte: Microorganismos endógenos benignos que tienen la capacidad, en condiciones de un ecosistema alterado (disbiosis), de provocar determinadas patologías. Ej.: Helicobacter pylori.
Disbiosis: Pérdida del equilibrio entre las células de un organismo humano y las células bacterianas que lo habitan.
Microbiota: Comunidad de microorganismos vivos residentes en un nicho ecológico determinado. Ej.: Colon humano. Residen en este nicho de forma más o menos permanente y realizan unas funciones específicas.
Microbioma: Conjunto formado por los microorganismos, sus genes y sus metabolitos en un nicho ecológico.
Metagenoma: Todo el material genético (genoma) presente en una muestra ambiental. Si nos referimos a los seres humanos y a los microorganismos que los colonizan, el metagenoma será la suma del genoma humano y del genoma bacteriano.
¿Qué tenemos en la microbiota humana? En nuestro cuerpo, las bacterias superan a las células humanas en una proporción de 10 a 1. Alrededor de ocho millones de genes (¡300 VECES MÁS QUE LOS DE NUESTRAS PROPIAS CÉLULAS!) funcionan en este mundo invisible. Aunque alguno de nuestros inquilinos microbianos supone una amenaza, la mayoría son imprescindibles para la vida. Nos ayudan a digerir alimentos, guían a nuestro sistema inmunitario y mantienen a raya a los gérmenes patógenos (DM).
Microbiota
Un concepto que será importante a la hora de ver como afectan los antimicrobianos al organismo humano y como se generan las resistencias es el de la microbiota (SEBBM).
La microbiota cambia con la edad. Desde que nacemos comenzamos a ser colonizados por distintos microbios. La composición de nuestra microbiota depende de muchos factores: cómo hemos nacido, cuál ha sido nuestra alimentación, qué antibióticos hemos tomado de pequeños, si hemos tenido mascotas, dónde nos hemos criado, etc.
Muchos de los microbios los adquirimos de forma vertical, es decir, si nacemos por parto vaginal adquirimos esos microbios al pasar por el canal del parto; y de forma horizontal, es decir, a través de las interacciones que tenemos con otros seres humanos y el ambiente donde nos encontramos tras el nacimiento. Además, los últimos estudios genéticos que se han realizado sugieren que no nacemos estériles, sino que cuando estamos en el útero ya disponemos de un microbioma heredado de nuestra madre. Los bebés nacidos por cesárea presentan una microbiota más parecida a la microbiota que presenta la madre en la piel mientras que los que nacen por la vagina presentan una más similar a la microbiota vaginal de la madre, con predominio de Lactobacillus. Otros factores que modifican la microbiota del bebé son: el tiempo de gestación y la alimentación, si es materna o de fórmula.
Conforme nos desarrollamos como individuos, la microbiota cambia debido a cómo nos relacionamos con el mundo.
En los bebés la microbiota es bastante uniforme, la diversidad microbiana es baja y muy inestables, es decir, es muy susceptible a cambios, dependiendo de la dieta y del ambiente. Al madurar el bebé y crecer, la microbiota también crece, madura y se diversifica. Las relaciones que establecemos con los demás, los lugares donde vivimos así como las enfermedades que padecemos o los antibióticos que tomamos influyen en la composición de la microbiota. En la adolescencia, al sucederse cambios hormonales y fisiológicos, se producen alteraciones en la microbiota que pueden durar toda la vida. En los individuos adultos la microbiota es muy diversa pero mucho más difícil de modificar. En la tercera edad, se produce una disminución del número de especies y la microbiota de los individuos se parece mucho más entre sí.
¿Qué otros beneficios tienen los microorganismos?
Sus beneficios abarcan tanto al ser humano como al medio ambiente y otros organismos.
Protección frente a patógenos.
Asimilación de nutrientes.
Correcto desarrollo de otros seres vivos. Ej.: Simbiosis.
Elaboración de alimentos, vitaminas, antibióticos, vacunas, enzimas.
Parte esencial de los ciclos de la naturaleza. Ej.: Ciclo del nitrógeno.
Biorremediación. Ej.: Eliminación de metales pesados.
Fuente de energía alternativa. Ej.: Biorreactores de microalgas.
Son claves en la investigación básica, clínica y aplicada
A continuación hablaremos de algunos de ellos para que podáis comprender que no todos los 'bichos' son malos.
Simbiosis.
Por ejemplo, uno de los aportes mencionados es la simbiosis.
Un ejemplo de esto son las termitas y los protozoos. Las termitas son insectos xilófagos, es decir, son insectos que se alimentan de madera. Las termitas viven en simbiosis con protozoos flagelados, que les ayudan a digerir la celulosa contenida en la madera que ingieren. A su vez, las termitas les proporcionan un medio adecuado para la vida. De esta manera, ambos pueden sobrevivir.
Otra asociación beneficiosa es la de las microrrizas. Las microrrizas son la asociación simbiótica entre las raíces de la planta y los hongos. Esta simbiosis está presente en el 80% de las fanerógamas, plantas vasculares, y les ha permitido colonizar ambientes con suelos pobres en nutrientes. Gracias a esta asociación, la planta mejora su capacidad de absorción de nutrientes y agua, al mismo tiempo que el hongo emplea las sustancias que la planta excreta al suelo, como aminoácidos o vitaminas, para su nutrición.
Pero, como hemos dicho antes, el ser humano tiene un punto de vista antropocéntrico por lo que, a lo largo de la historia ha tratado de poner a los microorganismos a su servicio, incluso mucho antes de saber lo que eran. Veamos algunos ejemplos (AM).
Microorganismos en la industria alimentaria.
El ser humano ha usado microorganismos para la producción alimentaria. Microorganismos como las levaduras han sido utilizados desde hace muchos siglos, desde mucho antes de tener un nombre con el que llamarlos. También se han utilizado a lo largo de la historia las propiedades antimicrobianas de algunos microorganismos para conservar mejor y durante más tiempo los alimentos.
En ausencia de oxígeno y presencia de glucosa, una levadura es capaz de generar alcohol y CO2 (tras varias reacciones químicas). Según el producto que se busque el ser humano elegirá quedarse con el alcohol (vino), con el dióxido de carbono (pan) o con ambos (cerveza). En el vino se utilizan levaduras como: Hanseniaspora y Saccharomyces cerevisiae. En la cerveza los principales microorganismos son S. cerevisiae y S. carlsbergensis. En ambas producciones pueden intervenir más microorganismos y según las variaciones el producto final será distinto. El trabajo de los enólogos es todo un arte para sacar el mejor producto según el conjunto de microorganismos.
Respecto al pan podemos encontrar levadura química (qué es bicarbonato y no es un microorganismo), masa madre (qué es una masa ya preparada por acción de levadura) o levadura natural (qué es el microorganismo que nos interesa).
Además de estos productos tan conocidos, los microorganismos también actúan en los productos lácteos. Gracias a ellos podemos tener un amplio surtido de quesos, de yogures, etc. Cómo curiosidad, mucha gente que no puede tomar leche con lactosa, sí tolera productos lácteos porque en estos productos el componente problemático, que es la lactosa, ya ha sido digerido por el microorganismo.
Por último, en la industria alimentaria también se utilizan microorganismos en la fabricación de embutidos. Sí, los embutidos son productos fermentados. Las bacterias lácticas producen ácido láctico que modifica las propiedades de la carne para que su vida útil sea más larga además de impedir que microorganismos no deseados puedan desarrollarse y estropear el producto. También influyen en otras características como el color y el sabor.
Microorganismos en la industria farmacéutica.
Producción de antibióticos:
Al igual que los seres humanos tenemos un sistema inmunitario que produce células y biomoléculas que nos ayudan a combatir infecciones, los microorganismos también tienen sus propios sistemas inmunitarios que les permiten producir diferentes tipos de moléculas capaces de inhibir el crecimiento (en sentido microbiano) de otros microorganismos.
Por ejemplo, el hongo Penicillium chrysogenum, es el productor de la Penicilina, un compuesto utilizado en la industria farmacéutica para elaborar antibióticos, que nosotros utilizamos para infecciones tan comunes como una amigdalitis (siempre bajo prescripción médica).
Producción de hormonas:
Otro uso que tienen los microorganismos en la industria farmacéutica, es la producción de insulina a niveles industriales, para que todas aquellas personas que padecen diabetes, puedan administrarse su dosis diaria o su dosis recomendada sin problema alguno.
Brevibacillus brevis se trata de un organismo modificado genéticamente (OMG) que produce insulina de forma heteróloga. Se introduce un plásmido recombinante con el gen que codifica la insulina humana en la bacteria (hemos puesto B. brevis pero se puede usar Escherichia coli y muchas otras) de forma que esta produzca insulina. Las bacterias recombinantes se incuban para permitir el crecimiento de las colonias. Posteriormente se extrae y purifica la insulina.
Biorremediación.
Igual que el ser humano tiene capacidad de contaminar y destruir, también la tiene de buscar soluciones.
Por ejemplo, ante la contaminación por un xenobiótico* como el DDT el ser humano es capaz de utilizar un microorganismo como Phanerochaete chrysosporium que es capaz de degradar organoclorados (produciendo dióxido de carbono) para eliminar dicho compuesto del medio.
Xenobiótico: Compuesto químico sintetizado por el ser humano que no existía previamente en la naturaleza.
¿Qué se trata de metales pesados? Se usa Geobacter sulfurreducens que utiliza dichos metales, como el uranio, como aceptores de electrones. De esta forma el uranio soluble se reduce, precipita y el ser humano es capaz de retirarlo.
Un punto importante en la calidad de vida del ser humano es el tratamiento de aguas residuales gracias a un proceso conocido como ANAMMOX (ANaerobic AMMonium OXidation). Lo lleva a cabo un microorganismo conocido como Brocardia sp. y consiste en la eliminación de nitritos y amonio (tóxicos) del medio mediante la transformación de éstos en nitrógeno.
Hay multitud de aplicaciones de los microorganismos. Muchas de ellas han supuesto un paso importante en la calidad de vida de la humanidad (el ejemplo que más nos ocupa son los antibióticos, pero también podríamos imaginar un mundo sin insulina sintética, sin pan, sin agua potable, etc.).
Como podéis observar los microorganismos no son exclusivamente malos y tienen sus beneficios. En posteriores post podréis comprender mejor las aplicaciones beneficiosas que presentan así como su aplicación frente a los microorganismos patógenos y a la problemática de la resistencia a antibióticos.
¿Sabíais que son los microorganismos? ¿Cuál os parece más interesante? ¿Qué otras aplicaciones beneficiosas conocéis? ¡Contadnos!
¡Cualquier apunte o duda nos lo podéis dejar en los comentarios!
Autoras: Amanda Jiménez Anta, Carolina González Mateos, Andrea Paloma González y Laura Iglesias Anciones.
Bibliografía
Asignaturas de Fisiología y metabolismo microbiano (FMM), Diversidad microbiana (DM) y Aplicaciones de la microbiología (AM) de la Universidad de Salamanca.
De la flora intestinal al microbioma. Juan J. Sebastián Domingo.
Sociedad española de bioquímica y biología molecular (SEBBM).
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