VIROLOGÍA: ESTRUCTURA, REPLICACIÓN Y CLASIFICACIÓN VÍRICA

La virología es la disciplina que se encarga del estudio de los virus y otros agentes genómicos de menor complejidad como los viroides, satélites y virusoides también llamados agentes subvirales. También se incluye el estudio de los priones los cuales son agentes proteicos que surgen de la mal plegación de proteínas celulares. Esta disciplina de la biología se centra en los siguientes aspectos: estructura, clasificación y evolución, mecanismos de infección y explotación de la célula hospedera con fines reproductivos, interacción con la fisiología del organismo infectado e inmunidad, enfermedades causadas, técnicas de aislamiento y cultivo, terapia génica, y utilización en investigación y desarrollo. La virología es considerada un sub-campo de la microbiología y la medicina.

ESTRUCTURA VÍRICA

La parte central del virus es el genoma o nucleoide, que se encuentra rodeado por una cubierta proteica denominada cápside. En algunos virus se agrega otra estructura más externa, la envoltura y los virus que la poseen se clasifican como virus envueltos. Cuando no existe una envoltura, se dice que se trata de un virus desnudo.

El genoma viral contiene el ácido nucleico, sea este DNA o RNA. Tanto el DNA como el RNA pueden ser de una sola cadena o de dos, es decir monocatenarios o bicatenarios. En términos generales, la mayoría de los genomas con DNA son bicatenarios y con RNA son monocatenarios, salvo algunas excepciones.

Esta única cadena de RNA puede tener polaridad positiva (+) o negativa (–). En la replicación viral el genoma viral RNA (+) actúa como el RNA mensajero. En los de polaridad negativa (–) es cuando la secuencia es inversa o de antimensajero. También existen virus con genoma RNA con polaridad mixta o ambisentido.

En el genoma viral se encuentra toda la información genética y es responsable de la capacidad infecciosa del virus. Algunos genomas contienen 4 a 8 genes y los más grandes pueden llegar a contener centenares de genes. Los ácidos nucleicos pueden estar dispuestos en forma lineal, circular o segmentado en fragmentos (cada uno de los cuales codifica un gen específico).

La cápside (del griego capsa, caja) es el resultado de la aglomeración de subunidades más pequeñas designadas capsómeros o unidades morfológicas. Los capsómeros pueden ser esféricos o prismáticos; a su vez, están constituidos por los protámeros, que son subunidades proteicas. Las funciones de la cápside son proteger al genoma, otorgar la simetría viral de acuerdo con la disposición espacial de los capsómeros. Además facilita la adsorción de los virus desnudos a los receptores de las células que infecta y tiene capacidad antigénica, ya que las proteínas son potentes inmunógenos.

El conjunto formado por el nucleoide y la cápside recibe el nombre de nucleocápside. La envoltura es una bicapa lipoproteica que deriva de la membrana nuclear o de la membrana citoplasmática de la célula infectada por el virus (célula hospedadora). En muchos virus con envoltura, esta presenta espículas, proyecciones o peplómeros de naturaleza glucoproteica, que sirven de fijación dado que son las estructuras que se unen a los receptores de las células que van a ser infectadas. También se pueden unir a glóbulos rojos y provocar la aglutinación in vitro (hemaglutinación). La envoltura hace que los virus que la poseen sean sensibles a los solventes lipídicos, los detergentes, la desecación o la acidez. Cuando un virus envuelto pierde la envoltura deja de ser infectivo. Las funciones de la envoltura son la protección de la nucleocápside, la adherencia a los receptores celulares y la antigenicidad.

REPLICACIÓN VÍRICA

La replicación de los virus es un proceso muy particular por el cual un virus penetra en una célula que, a partir de ese momento, pone todos sus mecanismos a disposición de ese virus, del cual se producen muchas copias en su interior. En este aspecto los virus se diferencian notoriamente de las bacterias dado que una bacteria solo origina dos y de un solo virus puede haber hasta 100 000 copias, pero solo un 1 al 10% de ellas llegará a ser infecciosa.

En realidad el mecanismo íntimo de este proceso está determinado por el tipo de ácido nucleico que tiene el virus. En general, los virus con genoma DNA replican en el núcleo de la célula y los que tienen genoma RNA lo hacen en el citoplasma de la célula. En ambos casos hay excepciones, como, por ejemplo, los poxvirus (DNA) multiplican en el citoplasma y los orthomyxovirus (RNA) como el virus de la gripe, en el núcleo.

• Absorción o fijación: El virus se une específicamente a través de las proteínas de fijación a un receptor situado en la superficie de la célula que va a ser infectada o célula hospedadora. En esta etapa, se pone en evidencia el tropismo que es la capacidad de un virus de infectar ciertas células de un tejido u órgano en particular.
• Penetración o entrada: Es el pasaje de la partícula viral hacia el interior de la célula, y se puede realizar en forma directa (solo pasa el genoma), por endocitosis o por fusión.
• Descapsidación o desnudamiento: En el interior de la célula, la cápside debe eliminarse por medio de enzimas proteicas celulares que la degradan. En la mayoría de los virus DNA el genoma ingresa en el núcleo celular y en los virus RNA el ácido nucleico viral permanece en el citoplasma.
• Etapa de síntesis de proteínas y replicación del genoma: Es el paso más importante de la multiplicación viral. Hay distintos mecanismos ya que depende del tipo de ácido nucleico viral. Las principales diferencias de estos virus radican en la forma de producción del mRNA que originará las proteínas.
• Maduración o ensamblaje: Es el proceso por el cual los distintos componentes ácidos nucleicos y proteínas virales se unen para formar las nucleocápsides. Se pueden ensamblar en forma de estructuras vacías (procápsides) que posteriormente se rellenan con el genoma o bien pueden disponer sus capsómeros alrededor del genoma.
• Liberación o egreso: Los virus desnudos se liberan por ruptura de la membrana plasmática de la célula infectada y, por lo general, se produce por la lisis celular. Los virus envueltos salen por un proceso de brotación, en algún punto de la membrana citoplasmática de la cual adquieren su estructura y a la que previamente han modificado. La membrana celular en algunos casos se regenera después de la liberación de los nuevos viriones y la célula sobrevive.

CLASIFICACIÓN VÍRICA

Los virus se clasifican en base a su morfología, composición química y modo de replicación. Los virus que infectan a humanos frecuentemente se agrupan en 21 familias, reflejando sólo una pequeña parte del espectro de la multitud de diferentes virus cuyo rango de huéspedes van desde los vertebrados a los protozoos y desde las plantas y hongos a las bacterias.

El nombre de los virus obedece a distintas consideraciones. Algunas veces se debe a la enfermedad que ellos producen, por ejemplo el virus polio se llama así porque produce la poliomielitis. También puede deberse al nombre de los descubridores como el virus del Epstein-Barr, o a características estructurales de los mismos como los coronavirus. Algunos poseen un nombre derivado del lugar donde se los halló por primera vez, tal es el caso del virus Coxsackie o Norwalk. El ICTV (International Committee on taxonomy of viruses) ha propuesto un sistema universal de clasificación viral. El sistema utiliza una serie de taxones como se indica a continuación: Orden (-virales), Familia (-viridae), Subfamilia (-virinae), Género (-virus) y Especie.

Para una mejor comprensión del tema, puede revisar el siguiente video y presentación de Slideshare:

REFERENCIAS:

1. Murray, P. Microbiología Médica. 8° edición. Editorial Elsevier.2016.
2. Geo F. Brooks, Janet S. Butel, Stephen A. Morse y Timothy Mieztner. Microbiología Médica.
3. https://www.fmed.uba.ar/sites/default/files/2019-04/1_revision_virologia_0.pdf
4. http://www.higiene.edu.uy/cefa/bacto/introvir2011.pdf
5. https://www.berri.es/pdf/MICROBIOLOGIA%20ESTOMATOLOGICA%E2%80%9A%20Fundamentos%20y%20gu%C3%ADa%20pr%C3%A1ctica/9789500695572
6. http://www.biologia.edu.ar/viruslocal/estructurayclasificacion.htm
7. https://www.microbiologybook.org/Spanish-Virology/spanish-chapter1.htm
8. http://uvsfajardo.sld.cu/tema-4-virologia

BACTERIOLOGÍA: ESTRUCTURA, METABOLISMO y GENÉTICA

La bacteriología es la rama y especialidad de la biología que estudia la morfología, ecología, etología, genética y bioquímica de los procariotas (bacterias y arqueas) así como muchos otros aspectos relacionados con ellas. El estudio de la bacteriología comprende dos dominios de vida totalmente diferentes Bacteria y Archaea, los cuales comparten la presencia de células procariotas. Las arqueas anteriormente fueron consideradas bacterias y eran llamadas "arqueobacterias", pero posteriormente los análisis moleculares descubrieron que las arqueas constituyen un dominio separado, estrechamente emparentado con los eucariotas y también relacionado con su origen.

ESTRUCTURA BACTERIANA

Las diferentes estructuras bacterianas que observamos las podemos dividir, según sean constantes en las células o no, en estructuras permanentes o variables. Dentro de las primeras se destaca: la pared celular, la membrana celular, los ribosomas y el material genético. Las estructuras variables son: los flagelos, las fimbrias o pilis, la cápsula y los esporos.

Estructuras variables, son aquellos que existen en algunas bacterias pero no en todas; un mismo grupo bacteriano o una misma cepa bacteriana las puede presentar o no, dependiendo de las condiciones en donde se desarrolle. Las estructuras variables no resultan esenciales para la vida de la bacteria.

Además, podemos clasificar las estructuras bacterianas en internas o citoplásmicas y externas o de la envoltura celular. Dentro de las internas destacamos el material genético, los ribosomas y los cuerpos de inclusión. La envoltura celular engloba la membrana plasmática, la pared celular que la recubre, la cápsula y los apéndices como fimbrias o pilis y flagelos. Contiene los sitios de transporte para nutrientes, interviene en la relación huésped parásito, es blanco de las reacciones del sistema inmune y puede contener estructuras tóxicas para el huésped.

Material genético

• Ácido desoxirribonucleico cromosómico: El ADN tanto procariota como eucariota se compone de dos cadenas helicoidales de nucleótidos de purina y de pirimidina, unidos entre sí por enlaces de hidrógeno, formando una doble hélice según el modelo de Watson y Crick. Las bacterias no poseen membrana nuclear, nucléolo ni aparato mitótico y nunca configuran una masa cromosómica definida. Esto las diferencia de las células eucariotas. Aunque no existe un núcleo delimitado, hay una zona nuclear o nucleoide. Su material genético está constituido por una molécula de ADN circular enrollado sobre sí mismo, asociado a proteínas básicas que no constituyen verdaderas histonas.
• Plásmidos: Constituyen el material genético extracromosómico. Están constituidos por secuencias cortas de ADN circular bicatenario, que pueden existir y replicarse independientemente del ADN cromosómico y son heredados por las células hijas. Aunque no son esenciales para la vida de la bacteria, generalmente proveen a ésta una ventaja selectiva, por ejemplo: resistencia a los antibióticos, nuevas capacidades metabólicas, patogénicas (cuando codifican para factores de virulencia como toxinas, etc.) u otras numerosas propiedades. Pueden transferirse de bacteria a bacteria mediante un proceso denominado conjugación.

Ribosomas

Libres en el citoplasma, están compuestos por proteínas y ácido ribonucleico (ARN); su coeficiente de sedimentación es de 70S (a diferencia de la célula eucariota que es de 80S) con dos subunidades de 50S y de 30S. Pueden presentarse aislados o como polirribosomas, asociados a ARN mensajero (ARNm) y a ADN cromosómico. Un mismo ARNm puede ser traducido por varios ribosomas simultáneamente durante la síntesis proteica. Los ARNm bacterianos difieren en el número de proteínas para las que codifican. Algunos representan un único gen (monocistrónicos), otros, la mayoría, tienen secuencias que codifican para más de una proteína (policistrónicos). Su función es la síntesis proteica y su cantidad aumenta cuando la bacteria crece en medios ricos. Su alto contenido de sustancias ácidas los hace sensibles a la tinción con colorantes positivos o básicos como el cristal violeta y el azul de metileno.

Pared celular

Ubicada por fuera de la membrana plasmática, es una estructura vital para las bacterias que la poseen. Los fármacos que bloquean su formación producen la lisis y muerte de las bacterias susceptibles. Excepto los mycoplasmas todas las bacterias tienen una pared celular que les da forma y las protege de la lisis osmótica. La pared celular de muchos microorganismos patógenos tiene componentes que contribuyen a su patogenicidad. La pared puede proteger a la célula de las sustancias tóxicas y es el sitio de acción de algunos antibióticos.

El peptidoglicano o mureína es un gran polímero compuesto por muchas subunidades idénticas. El polímero contiene dos aminoazúcares: N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico; unidos entre sí en la posición β1-4. El esqueleto de este polímero está formado por residuos alternantes de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico. Una cadena peptídica de cuatro aminoácidos D- y L- alternantes está conectada a un grupo carboxilo del ácido N-acetilmurámico. Los tetrapéptidos de una y otra cadena de peptidoglicano se unen entre sí por puentes peptídicos. Existen diferencias en el espesor de esta capa de peptidoglicano. Las bacterias grampositivas tienen una capa gruesa de 0,02 a 0,06µm en forma de capas múltiples, mientras que las bacterias gramnegativas y las ácido alcohol resistentes tienen una capa fina de peptidoglicano, de 0,01 µm aproximadamente.

METABOLISMO BACTERIANO

Fermentación

En ésta los electrones pasan del dador, un intermediario formado durante la degradación del substrato, hacia un aceptor constituido por algún otro intermediario orgánico también generado durante el catabolismo del substrato inicial. Por lo tanto, este proceso de oxidación reducción no requiere el aporte exógeno de un aceptor final de electrones. Aunque hay distintos tipos de fermentaciones, todas llevan a una oxidación parcial de los átomos de carbono del substrato inicial y liberan, por lo tanto una pequeña parte de la energía potencial contenida. El rendimiento energético de este proceso es menor que el de la respiración. En las bacterias se encuentran las tres vías centrales del metabolismo intermediario de los hidratos de carbono: la glucolítica o de Embden Meyerhof Parnas, la de pentosa fosfato o shunt de las pentosas y la de Entner-Doudoroff.

• Fermentación alcohólica: Es el tipo de fermentación más antigua que se conoce. Produce etanol a partir de glucosa. Aunque ciertas bacterias producen alcohol, éste es elaborado por otras vías.
• Fermentación homoláctica: Todos los miembros del género Streptococcus, Pediococcus y muchas especies de Lactobacillus fermentan la glucosa fundamentalmente a ácido láctico con poca acumulación de otros productos finales. En esta reacción el piruvato se reduce a ácido láctico por acción de la enzima láctico deshidrogenasa, actuando el NADH como dador de electrones. Esto ocurre en la tercer etapa de la vía glucolítica.
• Fermentación heteroláctica: En este tipo de fermentación solo la mitad de la glucosa se convierte en ácido láctico, el resto se transforma en una mezcla de anhídrido carbónico (CO2), ácido fórmico, ácido acético, etc. En esta fermentación se emplea fundamentalmente la vía de las pentosas y se produce en las bacterias del género Leuconostoc y Lactobacillus.
• Fermentación del ácido propiónico: Es característica de algunas bacterias anaerobias como el Propionibacterium (bacilo grampositivo, no esporulado). Este tipo de fermentación tiene la ventaja de que genera una molécula más de ATP.
• Fermentación ácido mixta: Es característica de la mayoría de las enterobacterias. Bacterias como Shigella, Salmonella y E. coli fermentan las hexosas a través del piruvato a ácido láctico, ácido acético, ácido succínico y ácido fórmico.
• Fermentación de butanodiol: Varias bacterias como Enterobacter, Serratia y Bacillus producen 2,3-butanodiol durante la fermentación de la glucosa. Este deriva de la condensación de dos moléculas de piruvato en una molécula neutra de acetoína que luego es reducida a 2,3-butanodiol.
• Fermentación del ácido butírico: Se ve en bacterias del género Clostridium (bacilo grampositivo, anaerobio y esporulado). Si bien hasta ahora nos hemos referido solo a la fermentación de hidratos de carbono como procedimiento para obtener energía, debemos destacar que otros compuestos orgánicos pueden ser fermentados, por ejemplo: aminoácidos (alanina, glicina). En Clostridium proteolíticos, la fermentación de aminoácidos más característica es la reacción de Stickland.

Respiración

Es el proceso por el cual un substrato es oxidado completamente a CO2 y agua, con participación de una cadena de electrones ubicada en la membrana plasmática, en la cual el aceptor final es el oxígeno molecular u otro compuesto inorgánico (nitratos, sulfatos, anhídrido carbónico, etc.)–anaerobia–. Los primeros pasos en la respiración de la glucosa son idénticos a los de la glucólisis, pero mientras en esta última el piruvato es convertido en productos finales de la fermentación (ácido láctico, ácido propiónico, etc.), en la respiración es oxidado completamente a CO2 mediante el ciclo de Krebs. Por cada molécula de piruvato oxidada en este ciclo, se generan tres moléculas de CO2. Al igual que en la fermentación, los electrones generados en el ciclo de Krebs, pasan a coenzimas que tienen NAD. Sin embargo, en la respiración aerobia, los electrones del NADH son transferidos al oxígeno para regenerar NAD a través de un sistema transportador, en lugar de cederlos al piruvato.

GENÉTICA BACTERIANA

Toda la información genética esencial para la vida de la célula bacteriana, está contenida en una única molécula de ADN de doble cadena, circular y covalentemente cerrado, a la que podemos referirnos como “cromosoma bacteriano”. Muchas bacterias, poseen además ADN extra cromosómico, también circular cerrado, denominado ADN plasmídico, por estar contenido en estructuras llamadas “plásmidos”, que portan información génica para una variedad de funciones no esenciales para la célula en condiciones normales de crecimiento.

En términos bioquímicos, la composición y estructura de los ácidos nucleicos bacterianos, es la misma que para cualquier célula. Brevemente, conviene recordar que los ácidos nucleicos son macromoléculas compuestas de nucleótidos unidos en forma covalente por medio de enlaces fosfodiester entre los carbonos de las posiciones 3´ y 5´ de dos residuos de azúcares adyacentes, que conforman un esqueleto de azúcares y fosfatos que es constante a lo largo de toda la macromolécula.

La variación entre los distintos nucleótidos que conforman la cadena de ácido nucleico, esta dada por sus bases nitrogenadas, que en el caso del ADN son Adenina (A), Timina (T), Citocina (C) y Guanina (G), y en el caso del ARN en vez de T se encuentra Uracilo (U). A y G se denominan bases púricas o purinas, mientras que T, U, y C se denominan bases pirimidínicas o pirimidinas. De esta manera, una cadena o hebra de ácido nucleico, tendrá una estructura primaria determinada por la secuencia de las bases que la componen.

Los plásmidos son ADN extracromosómico

Los plásmidos, son moléculas circulares de ADN de doble cadena que constituyen una unidad de replicación independiente del cromosoma. Por esto pueden encontrarse más de una copia del mismo plásmido dentro de la célula bacteriana. En general los plásmidos de mayor tamaño, se encuentran en una o unas pocas copias, mientras que los mas pequeños pueden estar en hasta 100 copias por célula (plásmidos multicopia).

Si bien el ADN plasmídico no porta información genética esencial para la vida de la bacteria, sí portan genes que le confieren nuevas propiedades fenotípicas y que en algunos casos le son muy útiles para su adaptación al crecimiento en ciertos ambientes.

Muchas bacterias potencialmente patógenas para el hombre, solo son capaces de comportarse como tales, cuando portan un plásmido en particular que contiene genes que le permiten expresar moléculas de adhesión a los tejidos del huésped o sintetizar sustancias tóxicas para éste. Como ejemplo, podemos mencionar el caso de la producción de la toxina tetánica, por Clostridium tetani, agente causal del tétanos. En muchos casos, los plásmidos contienen genes que codifican para enzimas capaces de degradar algunos antibióticos, permitiendo que la bacteria sobreviva a la acción de los mismos. 

Para una mejor comprensión del tema, puede revisar el siguiente video y presentación de Slideshare:

REFERENCIAS:

1. Murray, P. Microbiología Médica. 8° edición. Editorial Elsevier.2016.
2. Geo F. Brooks, Janet S. Butel, Stephen A. Morse y Timothy Mieztner. Microbiología Médica.
3. https://es.slideshare.net/Noe2468/estructura-y-clasificacin-bacteriana-antecedentes-histricos-gentica-y-metabolismo-bacteriano
4. http://higiene.edu.uy/cefa/Libro2002/Cap%2012.pdf
5. http://www.higiene.edu.uy/cefa/2008/FisiologiayMetabolismoBacteriano.pdf
6. http://www.higiene.edu.uy/cefa/2008/MorfologiayEstructuraBacteriana.pdf
7. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/43/html/sec_6.html 

INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA: MICROBIOTA

La Microbiología se puede definir como la ciencia que trata de los seres vivos muy pequeños, concretamente, de aquellos cuyo tamaño se encuentra por debajo del poder resolutivo del ojo humano. Entre las ramas que estudia la microbiología tenemos: bacteriología, micología, virología y parasitología. Esta ciencia no se desarrolló como tal hasta la última parte del siglo XIX. Este largo retraso se debe a que, además del microscopio, fue necesario idear otras técnicas básicas para el estudio de los microorganismos. Durante el siglo XIX, la investigación en torno a dos preguntas inquietantes favoreció el desarrollo de estas técnicas y estableció las bases de la ciencia microbiológica: (1) ¿Existe la generación espontánea? (2) ¿Cuál es la causa de las enfermedades contagiosas? A fines de dicho siglo ambas preguntas fueron contestadas y la Microbiología se estableció firmemente como una ciencia independiente en desarrollo.

Esta es una ciencia biológica extraordinariamente relevante para la humanidad, dado que los microorganismos están presentes en todos los hábitats y ecosistemas de la Tierra, y sus actividades presentan una gran incidencia en numerosos ámbitos de interés:

• Los microorganismos han sido los primeros en aparecer en la evolución, y constituyen seguramente la mayor parte de la biomasa de nuestro planeta. Se calcula que sólo hemos descrito menos del 10% de los microorganismos existentes, por lo que los biólogos tienen una gran tarea por delante para estudiar esta parte de la biodiversidad.
• Las actividades microbianas sustentan los ciclos biogeoquímicos de la Tierra: los ciclos del carbono, del nitrógeno, del azufre o del fósforo dependen de modo fundamental de los microorganismos.
• Las actividades metabólicas microbianas son excepcionalmente variadas, siendo algunas de ellas exclusivas del mundo procariótico. La biolología básica tiene aquí un gran campo de estudio.

EVOLUCIÓN DEL MUNDO MICROBIANO

Los primeros seres que aparecieron en la Tierra se alimentaban de las sustancias orgánicas que se producían constantemente en la atmósfera: eran quimioorganotrofos anaerobios, pues en ese momento no existía en el aire. La competencia por los nutrientes hizo que muchos de ellos se especializaran en realizar procesos de fotosíntesis o de quimiosíntesis, y que surgieran las bacterias fotolitotrofas y las quimiltrofas. Todos las células eucarióticas heredaron la capacidad de realizar la respiración celular y, algunas (algas, vegetales), además, la de hacer la fotosíntesis utilizando el agua como donador de electrones. La presencia de oxígeno originó la capa de ozono, y por ello, los seres vivos pudieron abandonar el agua, pues estaban protegidos por la capa de ozono.

MICROBIOTA

La microbiota es el conjunto de microorganismos (bacterias, hongos, arqueas, virus y parásitos) que reside en nuestro cuerpo, que a su vez pueden diferenciarse en comensales, mutualistas y patógenos. El término microbioma hace referencia a todo el hábitat, incluidos los microorganismos, sus genes, y las condiciones ambientales, pero en la práctica ambos términos se usan indistintamente, confundiendo el sufijo –bioma (comunidad) con el de –oma (conjunto). En cada una de las diferentes localizaciones de nuestro cuerpo, como la piel, las mucosas, el tracto respiratorio, la vagina o el tracto digestivo podemos encontrar ecosistemas microbianos complejos y adaptados a las particularidades de cada nicho. De todos ellos, el más complejo, diverso y numeroso es el asociado al aparato digestivo, particularmente en el ciego donde la densidad de microorganismos es la mayor que hay en nuestro cuerpo.

Estas comunidades tienen un comportamiento simbiótico y mutualista con las células eucariotas humanas, son imprescindibles para el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo, mantienen un importante diálogo con el sistema inmune y tienen funciones homeostáticas que condicionan nuestra salud. Numerosas evidencias científicas han implicado al microbioma intestinal y su potencial metabólico en diversos estados patológicos en los últimos años, originando nuevas estrategias terapéuticas para controlar y regular este ecosistema.

• Microbiota intestinal

En una persona adulta, el tracto gastrointestinal puede albergar entre 500 y 1.000 especies de microorganismos, siendo las bacterias de los filos Bacteroidetes (aprox. 25%) y Firmicutes (aprox. 60%) los mayoritarios. En menor proporción se detectan Proteobacteria, Verrucomicrobia, Fusobacteria, Cyanobacteria, Actinobacteria y Spirochaetes, las arqueas, los hongos, los protozoos, los virus y otros microorganismos. También es importante mantener las proporciones equilibradas, y por ello se ha establecido el ratio Firmicutes/Bacteroides como un parámetro para evaluar el equilibrio de la microbiota intestinal, y su funcionalidad. En los obesos este ratio está muy alterado por el aumento de los Firmicutes. El aumento de Firmicutes también se ha descrito en ancianos de forma fisiológica como consecuencia de la edad.

Las principales funciones de la microbiota intestinal son prevenir la colonización por otros microorganismos patógenos, ayudar a digerir los alimentos, producir vitaminas B y K que el organismo humano no es capaz de sintetizar y, finalmente, y no menos importante, estimular al sistema inmune. Tras el nacimiento, las células del sistema inmune carecen de estímulos, reconociendo a todos los antígenos de su alrededor como parte del organismo y bloqueando la respuesta inflamatoria contra ellos. Es por ello, que los primeros contactos de la microbiota con las líneas celulares inmunológicas sin diferenciar son muy importantes, y van a ayudar a definir lo que es lo “propio” de lo “extraño”. Este sistema y la microbiota intestinal mantienen un diálogo continúo con carácter mutualista, pero si esta situación se desequilibra puede iniciarse un proceso patológico. Esta parece ser la base de ciertas enfermedades autoinmunes donde los antígenos de la microbiota intestinal representan un estímulo suficientemente grande como para desencadenar una respuesta inflamatoria. En otras patologías, como el síndrome metabólico y la obesidad, también se atribuye a la microbiota intestinal el origen del estímulo que origina una respuesta inflamatoria basal continuada.

• Microbiota urinaria y vaginal

En condiciones normales, la microbiota del tracto urinario está formada por un rango muy amplio de 20 a 500 especies bacterianas distribuidas en nueve filos mayoritarios, Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Fusobacteria, Proteobacteria y en menor medida Chloroflexi, Spirochaetes, Synergistetes y Fibrobacteres. La cavidad vaginal puede estar colonizada por más de 280 especies de bacterias, aunque las mayoritarias se agrupan en 25 especies. En particular, la vagina, como todas las mucosas y epitelios expuestos al exterior, alberga una microbiota propia que la protege frente a la colonización por microorganismos indeseables. La microbiota vaginal va evolucionando y cambiando a lo largo de la vida de la mujer con la edad y el estado hormonal, existiendo cambios importantes durante el período menstrual, el embarazo y el puerperio o la menopausia.

Aunque la colonización de la vagina se inicia con el nacimiento, la microbiota es escasa durante la infancia, y es con la primera menstruación, y gracias al aumento de la humedad vaginal y la secreción de nutrientes, cuando empieza a establecerse una microbiota vaginal definitiva. Uno de los primeros estudios en describir la complejidad de la microbiota vaginal usando tecnología de secuenciación masiva analizó 400 mujeres de diferentes etnias en edad fértil identificando hasta 5 comunidades tipo con un predominio claro de las siguientes especies de lactobacilos: Lactobacillus crispatus, Lactobacillus jensenii, Lactobacillus iners y Lactobacillus gasseri.

• Microbiota de la leche materna

Durante mucho tiempo se consideró que la leche de todos los mamíferos era un fluído estéril, excepto cuando procedía de una glándula infectada. Estudios en las últimas décadas han revelado que tanto el calostro como la leche humana son una fuente de microorganismos que colonizan y dominan el intestino del lactante. Las primeras descripciones de la diversidad bacteriana en muestras de leche procedentes de mujeres sanas se realizaron con cultivos microbiológicos, demostrando la presencia de bacterias de los géneros Staphylococcus, Streptococcus, Corynebacterium, Lactococcus, Lactobacillus, Pediococcus, Weissella, Leuconostoc, Enterococcus, Propionibacterium y Bifidobacterium. Estas bacterias constituyen la microbiota endógena de la glándula mamaria durante la lactancia y, por ende, de la leche humana. La secuenciación masiva ha proporcionado una visión complementaria, confirmando la presencia de estafilococos, estreptococos, bacterias lácticas, corinebacterias, propionibacterias o bifidobacterias. En los últimos años también se han evidenciado bacterias anaerobias estrictas de los géneros Faecalibacterium, Eubacterium, Roseburia, Bacteroides o Ruminococcus, típicamente asociadas al ecosistema intestinal.

• Microbiota del tracto respiratorio y de la cavidad oral

El pulmón siempre ha sido considerado como un órgano estéril, pero recientemente se sabe que también tiene una microbiota funcional y estable. La microbiota del tracto respiratorio inferior no ha sido suficientemente estudiada, ya que casi siempre se analiza en el esputo inducido que no es una muestra representativa. La obtención de muestras adecuadas, como son el lavado broncoalveolar o las biopsias de tejido pulmonar, es complicada por utilizar procedimientos invasivos. Tampoco hay suficientes estudios que analicen la variación de la microbiota pulmonar en relación a factores externos ambientales y del propio hospedador. Algunos trabajos han puesto de manifiesto la semejanza en composición de la microbiota del tracto respiratorio inferior con la de la vía respiratoria superior, pero con menor densidad y diversidad. Se han descrito hasta 314 especies diferentes pertenecientes a los filos Bacteroidetes (Prevotella y Bacteroides), Firmicutes (Veillonella, Streptococcus y Staphylococcus), y Proteobacteria (Pseudomonas, Haemophilus, Moraxella, Neisseria y Acinetobacter).

La microbiota de la cavidad oral es particularmente abundante y diversa. Se han descrito hasta, 600 especies en sujetos sanos, distribuidas en 13 filos (Actinobacteria, Bacteroidetes, Chlamydiae, Chloroflexi, Euryarchaeota, Firmicutes, Fusobacteria, Proteobacteria, Spirochaetes, SR1, Synergistetes, Tenericutes, y Candidate division TM7). Las principales características de esta microbiota son la formación de biopelículas y su gran biodiversidad con enriquecimiento de bacterias anaerobias. Hay una predominancia clara del género Streptococcus, pero también se han descrito otros como Actinomyces, Veillonella, Fusobacterium, Porphyromonas, Prevotella, Treponema, Neisseria, Haemophilus, Eubacteria, Lactobacterium, Capnocytophaga, Eikenella, Leptotrichia, Peptostreptococcus, Staphylococcus, y Propionibacterium. Dentro de la boca existen muchos microambientes condicionados por los factores anatómicos (dientes, encías o cavidades), los factores físicos (fricción con los alimentos o existencia de caries) y los factores químicos (pH o saliva).

• Microbiota de la piel

Al igual que ocurre en otras localizaciones, las nuevas técnicas moleculares de secuenciación masiva han descubierto una microbiota presente en la piel con una mayor diversidad que las atribuidas por los cultivos microbiológicos tradicionales. La piel es el órgano humano de mayor tamaño con una superficie de 1,8 metros cuadrados, contiene numerosos microhábitats condicionados por las variaciones anatómicas como los surcos, el vello, las glándulas sudoríparas y sebáceas. De forma general, en la piel se ha descrito una densidad bacteriana formada por al menos 150 especies, siendo predominantes los géneros Corynebacterium, Propionibacterium y Staphylococcus. Es importante diferenciar entre la microbiota habitual de la piel, a la que se denomina como microbiota residente, y la microbiota transitoria que podemos adquirir tras la exposición a superficies contaminadas. Las bacterias de la piel a su vez pueden tener un comportamiento comensal o patogénico. Cada cuatro semanas la piel se renueva al completo, eliminando las células más superficiales mediante descamación, y también bacterias de la microbiota residente.

Para una mejor comprensión del tema, puede revisar el siguiente video y presentación de Slideshare:

REFERENCIAS:

1. Murray, P. Microbiología Médica. 8° edición. Editorial Elsevier.2016.
2. Geo F. Brooks, Janet S. Butel, Stephen A. Morse y Timothy Mieztner. Microbiología Médica.
3. https://concepto.de/microbiologia/
4. http://webdelprofesor.ula.ve/nucleotrujillo/elciv/clases_microbiologia/unidad_1.pdf
5. https://www.fmed.uba.ar/sites/default/files/2020-03/SEMINARIO%201.pdf
6. http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/U1_IntroduccionMicrobiologia_18981.pdf
7. https://fmed.uba.ar/sites/default/files/2019-08/C3%20Clase%203%20Huesped%20Bacteria%20Sordelli_0.pdf
8. https://es.slideshare.net/yerkob/introduccin-a-la-microbiologa-13959937
9. https://www.seimc.org/contenidos/documentoscientificos/procedimientosmicrobiologia/seimc-procedimientomicrobiologia59.pdf