1.1: Introducción a la Microbiología

Objetivos de aprendizaje

1. Anotar tres efectos nocivos y cuatro efectos beneficiosos asociados a las actividades de los microorganismos.
2. Definir microbiota y microbioma.
3. Describa brevemente dos cosas benéficas diferentes que el microbioma humano hace para el funcionamiento normal de nuestro cuerpo.
4. Presentar varias enfermedades asociadas a un cambio en nuestra microbiota “normal”.
5. Enumere y reconozca una descripción de cada uno de los 5 grupos básicos de microbios.

Los microorganismos son las formas de vida dominantes en la tierra, se encuentran en casi todos los ambientes imaginables, y son esenciales para sostener la vida en este planeta. Existen cinco grupos básicos de microorganismos:

• Las bacterias son típicamente organismos unicelulares, microscópicos y procariotas que se reproducen por fisión binaria.
• Los hongos (levaduras y mohos) son típicamente hongos unicelulares, microscópicos, eucariotas que se reproducen asexualmente por gemación. Los mohos son típicamente hongos filamentosos y eucariotas que se reproducen produciendo esporas reproductivas asexuales.
• Los virus son típicamente partículas infecciosas acelulares submicroscópicas que solo pueden replicarse dentro de una célula hospedadora viva. La gran mayoría de los virus poseen ADN o ARN, pero no ambos.
• Los protozoos son típicamente organismos unicelulares, microscópicos y eucariotas que carecen de una pared celular.
• Las algas son típicamente microorganismos eucariotas que llevan a cabo la fotosíntesis.

Figura\(\PageIndex{1}\): El tamaño de un virus es muy pequeño en relación con el tamaño de las células y orgánulos.

Para comenzar con nuestra introducción de microorganismos pasaremos por las siguientes Preguntas de Pensar-Par-Compartir.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\): Think-Pair-Share Questions

Este tubo contiene 7 mililitros de un cultivo de Escherichia coli. El número total de bacterias en este tubo es igual a:

1. El número de personas en la ciudad de Baltimore.
2. El número de personas en Maryland.
3. El número de personas en Norteamérica.
4. El número de personas en el mundo.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\): Think-Pair-Share Questions

¿Los microbios como las bacterias son en su mayoría beneficiosos o dañinos? Explica brevemente tu respuesta.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\): Think-Pair-Share Questions

• ¿De qué manera podrían ser beneficiosos los microbios como las bacterias?
• ¿De qué manera podrían ser dañinos microbios como las bacterias?

En este curso estaremos analizando diversos conceptos fundamentales de la microbiología, con especial énfasis en sus relaciones con la salud humana. El objetivo general es comprender mejor el panorama total de las enfermedades infecciosas en términos de interacción huésped-agente infeccioso. Observaremos diversos grupos de microbios y aprenderemos qué podrían hacer para establecer la infección y dañar el cuerpo, veremos el cuerpo para ver las formas en que se defiende contra estos microbios, y aprenderemos qué se puede hacer para ayudar al cuerpo en sus esfuerzos de defensa.

El panorama general de las enfermedades infecciosas

Una de las cosas más importantes en microbiología es aprender el “Panorama general de las enfermedades infecciosas”, que es la base biológica de la interacción del parásito huésped. Hay cuatro partes entrelazadas para este panorama general:

1. El lado del microbio de la historia - por qué algunos microbios tienen más potencial para ser dañinos: La abrumadora mayoría de los microbios son inofensivos para los humanos y, de hecho, muchos son beneficiosos, siendo actores clave en el reciclaje de nutrientes en la naturaleza. Observaremos los principales grupos de microbios, aprenderemos de qué están compuestos química y estructuralmente, y veremos cómo llevan a cabo su metabolismo y se reproducen. Aprenderemos de una variedad de factores que algunos microbios pueden poseer que juegan un papel en el aumento de su capacidad de causar enfermedades. También aprenderemos cómo, a través de la mutación, la recombinación genética y la selección natural, los microbios pueden adaptarse para resistir nuestros intentos de control.
2. El lado del cuerpo de la historia - formas en las que el cuerpo es capaz de defenderse naturalmente contra los agentes de enfermedades infecciosas: Aquí aprenderá sobre las fenomenales defensas que el cuerpo tiene a su disposición para defenderse contra los agentes de enfermedades infecciosas, así como las células alteradas del cuerpo como las células cancerosas y células infectadas. El cuerpo es capaz de hacer esto a través del sistema inmune innato y el sistema inmune adaptativo. Las defensas inmunitarias innatas son aquellas con las que naces e incluyen barreras anatómicas, eliminación mecánica, citocinas, receptores de reconocimiento de patrones, fagocitosis, inflamación, vías del complemento y fiebre. Las defensas inmunitarias adaptativas son aquellas que desarrollas a lo largo de tu vida e incluyen la producción de anticuerpos y la inmunidad mediada por células.
3. Maneras en las que podemos ayudar artificialmente al cuerpo a defenderse quitando los microbios o potenciando las defensas corporales: Aprenderemos cómo podemos ayudarnos artificialmente a evitar o reducir el riesgo de infección. También aprenderemos formas en las que somos capaces de eliminar artificialmente microbios del cuerpo y su entorno utilizando agentes como antisépticos, desinfectantes, agentes físicos como calor y frío, químicos quimioterapéuticos antimicrobianos y antibióticos. Finalmente aprenderemos formas en las que actualmente somos capaces de -o potencialmente en el futuro podremos- mejorar o restaurar las respuestas inmunitarias del organismo a través de técnicas como la inmunización, la inmunoterapia adoptiva o la modulación inmune.
4. Relación entre el Microbioma Humano y la Salud Humana: La compleja relación simbiótica mutuamente beneficiosa entre los humanos y sus microbios naturales es fundamental para la buena salud. Ahora se reconoce que los millones de genes asociados a la flora o microbiota normal del cuerpo humano -especialmente en el tracto intestinal- ayudan en la digestión de muchos alimentos, la regulación de múltiples vías metabólicas del huésped, y la regulación de las defensas inmunitarias del organismo.

Beneficios de la Actividad Microbiana

La mayoría de las personas tienden a pensar en los microorganismos como dañinos debido a su papel en la causa de enfermedades infecciosas en humanos y otros animales, y la pérdida agrícola como consecuencia de enfermedades infecciosas de las plantas y el deterioro de los alimentos. El hecho es, sin embargo, que la gran mayoría de los microorganismos no son dañinos sino beneficiosos. Sin ellos no habría vida en la tierra. Por lo tanto, iniciaremos este curso observando algunos de los muchos beneficios de la actividad microbiana en este planeta.

1. Producción de alimentos: Muchos productos alimenticios emplean microorganismos en su producción. Estos incluyen los procesos de fermentación microbiana utilizados para producir yogur, suero de leche, quesos, bebidas alcohólicas, panes con levadura, chucrut, encurtidos y kimchi.
2. Producción de energía y limpieza del medio ambiente: El metano, o gas natural, es un producto de microorganismos metanogénicos. Muchos microbios acuáticos capturan la energía de la luz y la almacenan en moléculas utilizadas como alimento luego utilizadas por otros organismos. Los desechos animales, los desechos domésticos, la biomasa y el grano pueden ser convertidos en biocombustibles como el etanol y el metano por microorganismos. Además, a través de un proceso llamado biorremediación, algunos contaminantes como pesticidas, solventes y derrames de petróleo pueden limpiarse con la ayuda de microbios.
3. Sosteniendo la agricultura: A través de su papel en el reciclaje de nitrógeno, carbono y azufre, los microorganismos son capaces de convertir estos elementos esenciales en formas que pueden ser utilizadas por las plantas en su crecimiento. También son esenciales para permitir que animales rumiantes como vacas y ovejas puedan digerir la celulosa de las gramíneas que comen.
4. Producción de productos genéticos naturales útiles o productos de bioingeniería. Los ejemplos incluyen enzimas específicas, antibióticos, vacunas y medicamentos como insulina humana, interferones y hormonas de crecimiento.
5. La microbiota humana y el microbioma: ¿Dónde estaremos sin microorganismos? Si bien el cuerpo humano típico contiene aproximadamente 37 billones de células humanas, también contiene más de 100 billones de bacterias y otros microbios. ¡El cuerpo humano tiene 3 veces más células bacterianas que células humanas! Se estima que la masa de la microbiota humana es de 2.5 libras.

La compleja relación simbiótica mutuamente beneficiosa entre los humanos y sus microbios naturales es fundamental para la buena salud. Ahora se reconoce que los millones de genes asociados con la microbiota del cuerpo humano -especialmente en el tracto intestinal- ayudan en la digestión de muchos alimentos, la regulación de múltiples vías metabólicas del huésped, y la regulación de las defensas inmunitarias del organismo. Estos microbios colectivos y sus genes son referidos como el microbioma humano. Actualmente hay un estimado de 5.000.000 - 10.000.000 genes de más de 1000 especies que constituyen el microbioma humano en comparación con los aproximadamente 20,000 a 23,000 genes que componen el genoma humano. Hay aproximadamente 300 genes no humanos en el cuerpo humano por cada gen humano.

1. La interacción mutuamente beneficiosa entre el hospedador humano y su microbiota residente es esencial para la salud humana. Los genes microbianos producen metabolitos esenciales para el huésped mientras que los genes humanos contribuyen al desarrollo de la microbiota. El microbioma ayuda en lo siguiente:
   1. La digestión de muchos alimentos, especialmente polisacáridos vegetales que normalmente serían indigeribles por los humanos.
   2. La regulación de muchas vías metabólicas del huésped. El metabolismo de muchos sustratos en el cuerpo humano se lleva a cabo mediante una combinación de genes tanto del microbioma como del genoma humano. Dentro del tracto intestinal existe una comunicación química constante no sólo entre las especies microbianas sino también entre las células microbianas y las células humanas. Múltiples factores, incluyendo la dieta, el uso de antibióticos, la enfermedad, el estilo de vida y el ambiente de una persona pueden alterar la composición de la microbiota dentro del tracto gastrointestinal y, como resultado, influir en la bioquímica del huésped y en la susceptibilidad del cuerpo a la enfermedad.
   3. Trastornos metabólicos como diabetes, enfermedad del hígado graso no alcohólico, hipertensión, obesidad, úlceras gástricas, cáncer de colon y posiblemente algunos cambios de humor y comportamiento a través de la señalización hormonal se han relacionado con alteraciones en la microbiota.
2. Como la exposición y colonización con estos organismos humanos que alguna vez eran comunes ha cambiado drásticamente con el tiempo como resultado de una menor exposición al barro, heces de animales y humanos, y óvulos de helmintos, junto con el uso cada vez mayor de antibióticos que destruyen la flora normal, mejora del saneamiento, cambios en la dieta humana, aumento de la tasa de cesáreas, disminución de la tasa de lactancia materna y mejores métodos de procesamiento y conservación de los alimentos, las tasas de alergias, asma alérgica y enfermedades autoinmunes (enfermedad inflamatoria intestinal, enfermedad de Crone, síndrome del intestino irritable, diabetes tipo 1 y tipo 2, y múltiples esclerosis por ejemplo) han aumentado dramáticamente en los países desarrollados, al tiempo que permanecen relativamente bajos en las partes subdesarrolladas y más agrarias del mundo.

Resumen

1. Los microorganismos suelen ser demasiado pequeños para ser vistos a simple vista.
2. Las bacterias, los hongos, los virus, los protozoos y las algas son los principales grupos de microorganismos.
3. La gran mayoría de los microorganismos no son dañinos sino beneficiosos.
4. Microbiota se refiere a todos los microorganismos que viven en un ambiente particular.
5. Un microbioma es la colección completa de genes que se encuentran en todos los microbios asociados a un hospedador en particular.
6. El microbioma del cuerpo humano -especialmente en el tracto intestinal- ayuda en la digestión de muchos alimentos, la regulación de múltiples vías metabólicas del huésped y la regulación de las defensas inmunitarias del organismo.