Jawetz Microbiologia Medica Ed 25°

Libro de microbiologia con enfoque medico.

  1. Andres Neira Quezada
    Libro de microbiologia con enfoque medico.
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    Jawetz Microbiologia Medica Ed 25°
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    • 1. A LANGE medical book Jawetz, Melnick y Adelberg Microbiología médica 25a. edición Geo. F. Brooks, MD Professor Emeritus of Laboratory Medicine and Microbiology and Immunology University of California San Francisco Karen C. Carroll, MD Professor of Pathology The John Hopkins University School of Medicine Director, Division Medical Microbiology The Johns Hopkins Hospital Baltimore Janet S. Butel, PhD Distinguished Service Professor Chair, Department of Molecular Virology and Micro- biology Baylor College of Medicine Houston Stephen A. Morse, PhD Associate Director for Science Bioterrorism Preparedness and Response Program National Center for Infectious Diseases Centers of Disease Control and Prevention Atlanta Timothy A. Mietzner, PhD Associate Professor Department of Microbiology and Molecular Genetics University of Pittsburgh School of Medicine Pittsburgh Adjunct Associate Professor of Microbiology Arizona School of Dentistry and Oral Health Mesa Traducción: José Rafael Blengio Pinto José Luis González Hernández Ana María Pérez Tamayo Ruiz Germán Arias Rebatet MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • MADRID • NUEVA YORK SAN JUAN • SANTIAGO • SAO PAULO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO • SINGAPUR • ST. LOUIS • SIDNEY • TORONTO
    • 2. Director editorial: Javier de León Fraga Editor de desarrollo: Norma Leticia García Carbajal Corrección de estilo: Gabriel González Loyola, Rita Gabriela León Jiménez, Alma Rosa Higuera Supervisor de producción: José Luis González Huerta NOTA La medicina es una ciencia en constante desarrollo. Conforme surjan nuevos conocimientos, se requerirán cambios de la terapéutica. El (los) autor(es) y los editores se han esforzado para que los cuadros de dosificación medicamentosa sean precisos y acordes con lo establecido en la fecha de publicación. Sin embargo, ante los posibles errores humanos y cambios en la medicina, ni los editores ni cualquier otra persona que haya participado en la preparación de la obra garantizan que la información contenida en ella sea precisa o completa, tampoco son responsables de errores u omisiones, ni de los resultados que con dicha información se obtengan. Convendría recurrir a otras fuentes de datos, por ejemplo, y de manera particular, habrá que consultar la hoja informativa que se adjunta con cada medicamento, para tener certeza de que la información de esta obra es precisa y no se han introducido cambios en la dosis recomendada o en las contraindicaciones para su administración. Esto es de particular importancia con respecto a fármacos nuevos o de uso no frecuente. También deberá consultarse a los laboratorios para recabar información sobre los valores normales. JAWETZ, MELNICK Y ADELBERG. MICROBIOLOGÍA MÉDICA. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorización escrita del editor. DERECHOS RESERVADOS © 2011, respecto a la primera edición en español, por McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V. A subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A, Piso 17, Col. Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón C.P. 01376, México, D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. núm. 736 ISBN: 978-607-15-0503-3 Translated from the twenty-fifth English edition of: Jawetz, Melnick, & Adelberg´s Medical Microbiology Copyright © 2010 by The McGraw-Hill Companies, Inc. Previous editions copyright © 2004 by The McGraw-Hill Companies, Inc.; copyright © 2001, 1995, 1991, 1989 by Appleton & Lange. All Rights Reserved ISBN : 978-0-07-162496-1 1234567890 109876543210 Impreso en China Printed in China
    • 3. iii Contenido Prefacio xi S E C C I Ó N I BASES DE LA MICROBIOLOGÍA 1 Stephen A. Morse, PhD* y Timothy A. Meitzner, PhD 1. La ciencia de la microbiología 1 Introducción 1 Principios biológicos ilustrados por la microbiología 1 Virus 2 Priones 2 Procariotas 3 Protistas 5 Preguntas de revisión 7 2. Estructura celular 9 Introducción 9 Métodos ópticos 9 Estructura de células eucariotas 11 Estructura de células procariotas 13 Tinción 36 Cambios morfológicos durante la proliferación 37 Preguntas de revisión 38 3. Clasificación de las bacterias 41 Criterios para clasificar a las bacterias 42 Sistemas de clasificación 43 Descripción de las principales categorías y grupos de bacterias 44 Subtipificación y su aplicación 47 Taxonomía basada en ácidos nucleicos 48 Métodos sin cultivos para identificar microorganismos patógenos 50 Preguntas de revisión 51 4. Desarrollo, supervivencia y muerte de los microorganismos 53 Supervivencia de los microorganismos en el ambiente natural 53 Importancia del crecimiento 53 Proliferación exponencial 53 Curva de proliferación 55 Mantenimiento de las células en etapa exponencial 56 Definición y valoración de la muerte 56 Antimicrobianos 58 Preguntas de revisión 62 5. Cultivo de microorganismos 65 Necesidades para el crecimiento 65 Fuentes de energía metabólica 65 Nutrición 66 Factores ambientales que afectan el crecimiento 67 Métodos de cultivo 70 Preguntas de revisión 73 6. Metabolismo microbiano 75 Participación del metabolismo en la biosíntesis y crecimiento 75 Metabolitos focales y su interconversión 75 Vías de asimilación 80 Vías biosintéticas 85 Patrones microbianos del metabolismo para la producción de energía 87 Regulación de las vías metabólicas 94 Preguntas de revisión 96 7. Genética microbiana 97 Organización de los genes 97 Replicación 102 Transferencia de DNA 103 Mutación y reordenación genética 107 Expresión génica 108 Ingeniería genética 111 Identificación del DNA clonado 113 Mutagénesis dirigida al sitio 116 Análisis con DNA clonado: sondas de hibridación 117 Manipulación del DNA clonado 117 Preguntas de revisión 118 * Los capítulos 1 a 7 fueron editados por Stephen A. Morse de acuerdo con su criterio profesional. No debe darse por sentado respaldo o aprobación por parte de los CDC.
    • 4. iv Contenido 11. Bacilos grampositivos formadores de esporas: especies de Bacillus y Clostridium 165 Especies de Bacillus 165 Bacillus anthracis 165 Bacillus cereus 167 Especies de Clostridium 168 Clostridium botulinum 169 Clostridium tetani 170 Clostridios que causan infecciones invasoras 171 Clostridium difficile y enfermedades diarreicas 172 Preguntas de revisión 173 12. Bacilos grampositivos aerobios no esporulantes: Corynebacterium, Listeria, Erysipelothrix, Actinomyces y patógenos relacionados 175 Corynebacterium diphtheriae 175 Otras bacterias corineformes 179 Listeria monocytogenes 180 Erysipelothrix rhusiopathiae 181 Actinomicetos 181 Nocardiosis 182 Actinomicetoma 183 Preguntas de revisión 183 13. Estafilococos 185 Preguntas de revisión 191 14. Estreptococos 195 Introducción 195 Clasificación de los estreptococos 195 Streptococcus pyogenes 197 Streptococcus agalactiae 202 Grupos C y G 202 Estreptococos del grupo D 202 Grupo de Streptococcus anginosus 202 Estreptococos del grupo N 203 Estreptococos de los grupos E, F, G, H y K a U 203 Estreptococos viridans 203 Estreptococos nutricionalmente variables 203 Peptostreptococcus 203 Streptococcus pneumoniae 203 Enterococos 206 Otros cocos grampositivos catalasa negativos 208 Preguntas de revisión 209 15. Bacilos gramnegativos entéricos (Enterobacteriaceae) 213 Clasificación 213 S E C C I Ó N II INMUNOLOGÍA 121 Roderick Nairn, PhD 8. Inmunología 121 Inmunidad y respuesta inmunitaria 121 Mecanismos de inmunidad innata 124 Mecanismos de defensa específica del hospedador 126 Moléculas de reconocimiento de antígenos 127 Anticuerpos 128 Receptores de superficie celular para el antígeno 131 Inmunidad mediada por anticuerpos (humorales) 135 Sistema del complemento 136 Inmunidad celular 138 Citocinas 140 Hipersensibilidad 140 Respuestas inmunitarias inadecuadas a agentes infecciosos 142 Pruebas diagnósticas inmunológicas 142 Preguntas de revisión 143 S E C C I Ó N III BACTERIOLOGÍA 145 Geo. F. Brooks, MD y Karen C. Carroll, MD 9. Patogenia de la infección bacteriana 145 Identificación de las bacterias que causan enfermedades 146 Transmisión de la infección 147 Proceso infeccioso 147 Genómica y patogenicidad bacteriana 148 Regulación de los factores de virulencia bacteriana 148 Factores de virulencia bacteriana 149 Preguntas de revisión 157 10. Microflora normal del cuerpo humano 159 Participación de la microbiota natural 159 Microbiota normal de la piel 160 Microbiota normal de la boca y vías respiratorias superiores 161 Microbiota normal del intestino 162 Microbiota normal de la uretra 163 Microbiota normal de la vagina 163 Microbiota normal de la conjuntiva 163 Preguntas de revisión 163
    • 5. Contenido v Yersinia enterocolitica y Yersinia pseudotuberculosis 259 Pasteurella 260 Preguntas de revisión 260 20. Neisserias 263 Neisseria gonorrhoeae 263 Neisseria meningitidis 269 Otros gonococos 270 Preguntas de revisión 270 21. Infecciones causadas por bacterias anaerobias 273 Bacterias anaerobias detectadas en infecciones en seres humanos 274 Patogenia de las infecciones anaeróbicas 277 Inmunidad en las infecciones por anaerobios 278 La naturaleza polimicrobiana de las infecciones por anaerobios 278 Diagnóstico de infecciones por anaerobios 278 Tratamiento de las infecciones por anaerobios 279 Preguntas de revisión 279 22. Legionelas, bartonelas y bacterias patógenas poco comunes 281 Legionella pneumophila y otras legionelas 281 Bartonella 284 Bacterias que causan vaginosis 285 Streptobacillus moniliformis 285 Calymmatobacterium (Donovania) Granulomatis 286 Enfermedad de Whipple 286 Preguntas de revisión 286 23. Micobacterias 289 Mycobacterium tuberculosis 289 Otras micobacterias 297 Mycobacterium leprae 298 Preguntas de revisión 299 24. Espiroquetas y otros microorganismos espirilares 301 Treponema pallidum y sífilis 301 Enfermedades similares a la sífilis 304 Especies de Borrelia y borreliosis 305 Borrelia burgdorferi y enfermedad de Lyme 306 Spirillum minor (Spirillum morsus muris) 310 Espiroquetas de la boca y las mucosas normales 310 Preguntas de revisión 311 Enfermedades causadas por enterobacteriáceas diferentes a Salmonella y Shigella 217 Las shigelas 220 El grupo salmonela-Arizona 221 Preguntas de revisión 225 16. Pseudomonas, Acinetobacter y bacterias gramne- gativas infrecuentes 227 Pseudomonas aeruginosa 227 Burkholderia pseudomallei 230 Burkholderia mallei 230 Complejo Burkholderia cepacia y Burkholderia gladioli 230 Stenotrophomonas maltophilia 231 Otras Pseudomonas 231 Actinobacillus 232 Achromobacter y Alcaligenes 232 Ochrobactrum 232 Capnocytophaga 232 Cardiobacterium 232 Chromobacteria 232 Eikenella corrodens 232 Chryseobacterium 232 Kingella 233 Moraxella 233 Preguntas de revisión 233 17. Vibrios, Campylobacter, Helicobacter y bacterias relacionadas 235 Vibrio cholerae 235 Vibrio parahaemolyticus y otros vibrios 238 Campylobacter jejuni y Campylobacter coli 239 Campylobacter fetus 240 Otros Campylobacter 240 Helicobacter pylori 240 Preguntas de revisión 242 18. Haemophilus, Bordetella, Brucella y Francisella 245 Haemophilus influenzae 245 Haemophilus aegyptius 247 Aggregatibacter aphrophilus 247 Haemophilus ducreyi 247 Otras bacterias del género Haemophilus 248 Bordetella pertussis 248 Bordetella parapertussis 250 Bordetella bronchiseptica 250 Preguntas de revisión 254 19. Yersinia y Pasteurella 257 Yersinia pestis y peste 257
    • 6. vi Contenido Tetraciclinas 361 Glicilciclinas 362 Cloranfenicol 362 Eritromicinas 363 Clindamicina y lincomicina 364 Glucopéptidos 364 Daptomicina 364 Estreptograminas 364 Oxazolidinonas 365 Bacitracina 365 Polimixinas 365 Aminoglucósidos 365 Quinolonas 367 Sulfonamidas y trimetoprim 368 Otros fármacos con aplicaciones especializadas 369 Fármacos utilizados principalmente para el tratamiento de las infecciones micobacterianas 369 Preguntas de revisión 371 S E C C I Ó N IV VIROLOGÍA 373 Janet S. Butel, PhD 29. Propiedades generales de los virus 373 Términos y definiciones en virología 373 Orígenes evolutivos de los virus 374 Clasificación de los virus 374 Principios de la estructura viral 378 Composición química de los virus 380 Cultivo y análisis virales 383 Purificación e identificación de virus 384 Seguridad en el laboratorio 385 Reacción a los agentes físicos y químicos 385 Replicación de los virus: generalidades 386 Genética de los virus animales 391 Historia natural (ecología) y modos de transmisión de los virus 393 Preguntas de revisión 394 30. Patogenia y control de enfermedades virales 397 Principios de enfermedad viral 397 Patogenia de las enfermedades virales 398 Prevención y tratamiento de las infecciones virales 407 Preguntas de revisión 413 31. Parvovirus 417 Propiedades de los parvovirus 417 25. Micoplasmas y bacterias con pared defectuosa 313 Micoplasmas 313 Mycoplasma pneumoniae y neumonías atípicas 315 Mycoplasma hominis 316 Ureaplasma urealyticum 316 Mycoplasma genitalium 316 Bacterias con pared defectuosa 316 Preguntas de revisión 317 26. Rickettsia y Ehrlichia 319 Generalidades 319 Ehrlichiosis 323 Preguntas de revisión 324 27. Clamidias 327 Tracoma 330 Infecciones genitales por Chlamydia trachomatis y conjuntivitis de inclusión 331 Linfogranuloma venéreo 332 Chlamydophila pneumoniae e infecciones respiratorias 333 Chlamydia psittaci y psitacosis 334 Preguntas de revisión 336 28. Quimioterapia antimicrobiana 339 Toxicidad selectiva 339 Inhibición de la síntesis de la pared celular 339 Inhibición de la función de la membrana celular 340 Inhibición de la síntesis de proteínas 341 Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos 343 Origen de la farmacorresistencia 343 Resistencia cruzada 344 Limitación de la farmacorresistencia 344 Consecuencias clínicas de la farmacorresistencia 344 Factores que modifican la actividad antimicrobiana 346 Medición de la actividad antimicrobiana 346 Relaciones entre fármaco y microorganismo patógeno 347 Relaciones entre hospedador y microorganismo patógeno 348 Selección de los antibióticos 348 Riesgos del uso indiscriminado 349 Antimicrobianos utilizados en combinación 349 Quimioprofilaxis antimicrobiana 350 Penicilinas 352 Cefalosporinas 358 Otros lactámicos β 361
    • 7. Contenido vii Reovirus 512 Orbivirus y coltivirus 512 Calicivirus 512 Astrovirus 514 Preguntas de revisión 515 38. Enfermedades virales transmitidas por artrópodos y roedores 517 Encefalitis por togavirus y flavivirus 519 Fiebre amarilla 526 Dengue 528 Encefalitis por bunyavirus 529 Fiebre por la mosca de la arena 530 Fiebre del valle de Rift 530 Fiebre por la garrapata de Colorado 530 Enfermedades por bunyavirus 531 Enfermedades por arenavirus 532 Enfermedades por filovirus 534 Preguntas de revisión 536 39. Ortomixovirus (virus de la influenza) 539 Propiedades de los ortomixovirus 539 Infecciones por el virus de la influenza en seres humanos 544 Preguntas de revisión 550 40. Paramixovirus y virus de la rubéola 553 Propiedades de los paramixovirus 553 Infecciones por el virus de la parainfluenza 556 Infecciones por el virus sincitial respiratorio 560 Infecciones por metaneumovirus humanos 562 Infecciones por virus de la parotiditis 563 Infección por el virus del sarampión 564 Infecciones por virus Hendra y virus Nipah 568 Rubéola posnatal 568 Síndrome de rubéola congénita 570 Preguntas de revisión 571 41. Coronavirus 573 Propiedades de los coronavirus 573 Infecciones por coronavirus en seres humanos 574 Preguntas de revisión 577 42. Rabia, infecciones por virus lentos y enfermedades priónicas 579 Rabia 579 Enfermedad de Borna 585 Infecciones por virus lentos y enfermedades priónicas 585 Preguntas de revisión 588 Infecciones por parvovirus en seres humanos 418 Preguntas de revisión 421 32. Adenovirus 423 Propiedades de los adenovirus 423 Infecciones por adenovirus en seres humanos 427 Preguntas de revisión 430 33. Herpesvirus 433 Propiedades de los herpesvirus 433 Virus del herpes simple 437 Virus de varicela-zoster 442 Citomegalovirus 445 Virus de Epstein-Barr 450 Herpesvirus humano 6 453 Herpesvirus humano 7 453 Herpesvirus humano 8 453 Virus B 453 Preguntas de revisión 454 34. Poxvirus 457 Propiedades de los poxvirus 457 Infecciones por poxvirus en seres humanos: enfermedad vacuna (vaccinia) y varicela 460 Infecciones por viruela de los simios 464 Infecciones por enfermedad vacuna 465 Infecciones por viruela de búfalos 465 Infecciones por virus de ectima contagioso 465 Molusco contagioso 466 Tumores símicos por virus tanapox y yaba e infecciones por poxvirus 468 Preguntas de revisión 468 35. Virus de la hepatitis 471 Propiedades de los virus de la hepatitis 471 Infecciones por el virus de la hepatitis en seres humanos 476 Preguntas de revisión 487 36. Picornavirus (grupos de enterovirus y rinovirus) 491 Propiedades de los picornavirus 491 Poliovirus 494 Coxsackievirus 497 Otros enterovirus 500 Enterovirus en el medio ambiente 501 Grupo parechovirus 501 Grupo de los rinovirus 502 Fiebre aftosa (aftovirus del ganado) 503 Preguntas de revisión 504 37. Reovirus, rotavirus y calicivirus 507 Rotavirus 508
    • 8. viii Contenido Micotoxinas 655 Farmacoterapia antimicótica 655 Antimicóticos tópicos 660 Preguntas de revisión 661 S E C C I Ó N VI PARASITOLOGÍA 665 Judy A. Sakanari, PhD y James H. McKerrow, MD, PhD 46. Parasitología médica 665 Giardia lamblia (flagelado intestinal) 669 Entamoeba histolytica (amebas de intestino y tejidos) 670 Otras amebas intestinales 672 Cryptosporidium (esporozoos intestinales) 672 Cyclospora (esporozoos intestinales) 673 Trichomonas vaginalis (flagelado de vías genitourinarias) 673 Hemoflagelados 673 Trypanosoma brucei rhodesiense y T. B. gambiense (hemoflagelados) 674 Trypanosoma cruzi (hemoflagelados) 675 Especies de Leishmania (hemoflagelados) 675 Entamoeba histolytica (ameba tisular) —consúltese la sección de infecciones intestinales por protozoos 677 Naegleria fowleri, Acanthamoeba castellanii y Balamuthia mandrillaris (amebas libres) 677 Especies de Plasmodium (esporozoos de la sangre) 677 Babesia microti (esporozoos de la sangre) 681 Toxoplasma gondii (esporozoos tisulares) 682 Microsporidios 682 Enterobius vermicularis (oxiuro —nematodo intestinal) 683 Trichuris trichiura (tricocéfalo —nematodo intestinal) 683 Ascaris lumbricoides (verme redondo de humanos —nematodo intestinal) 684 Ancylostoma duodenale y Necator americanus (uncinariosis de humanos —nematodo intestinal) 684 Strongyloides stercoralis (estrongiloidosis humana —nematodo intestinal y tisular) 685 Trichinella spiralis (nematodo intestinal y tisular) 689 Fasciolopsis buski (duela intestinal gigante —trematodo intestinal) 690 Taenia saginata (tenia de la res —cestodo intestinal) y Taenia solium (tenia del cerdo —cestodo intesti- nal y tisular) 692 43. Virus que causan cáncer en el ser humano 591 Características generales de la carcinogénesis viral 591 Retrovirus 593 Oncogenes celulares 600 Genes supresores de tumores 600 Poliomavirus 600 Papilomavirus 602 Adenovirus 605 Herpesvirus 606 Poxvirus 606 Virus de hepatitis B y C 606 Preguntas de revisión 607 44. SIDA y lentivirus 609 Propiedades de los lentivirus 609 Infecciones por VIH en seres humanos 613 Preguntas de revisión 622 S E C C I Ó N V MICOLOGÍA 625 Thomas G. Mitchell, PhD 45. Micología médica 625 Propiedades generales y clasificación de los hongos 627 Proliferación y aislamiento de hongos 630 Micosis superficiales 630 Micosis cutáneas 630 Micosis subcutáneas 634 Esporotricosis 634 Cromoblastomicosis 635 Faeohifomicosis 637 Micetoma 637 Micosis endémicas 638 Coccidioidomicosis 639 Histoplasmosis 641 Blastomicosis 644 Paracoccidioidomicosis 646 Micosis por oportunistas 646 Candidosis 647 Criptococosis 649 Aspergilosis 651 Mucormicosis 652 Neumonía por Pneumocystis 653 Penicilosis 653 Otras micosis por oportunistas 654 Profilaxia antimicótica 654 Hipersensibilidad a hongos 654
    • 9. Contenido ix S E C C I Ó N VII CORRELACIÓN ENTRE LA MICROBIOLOGÍA MÉDICA DIAGNÓSTICA Y LA CLÍNICA 703 Karen C. Carroll, MD 47. Principios de microbiología médica diagnóstica 703 Comunicación entre el médico y el laboratorio 703 Diagnóstico de infecciones por bacterias y hongos 704 Importancia de la flora bacteriana y micótica normal 714 Medios auxiliares de laboratorio en la selección del tratamiento antimicrobiano 715 Diagnóstico de infección según el sitio anatómico 715 Infecciones por anaerobios 722 Diagnóstico de infecciones por clamidias 722 Diagnóstico de infecciones por virus 724 Preguntas de revisión 731 48. Casos y correlaciones clínicas 735 Índice alfabético 773 Diphyllobothrium latum (tenia ancha de peces —cestodo intestinal) 692 Hymenolepis nana (tenia enana —cestodo intestinal) 692 Dipylidium caninum (tenia de perros —cestodo intestinal) 693 Wuchereria bancrofti y Brugia malayi (filariosis linfática —nematodos tisulares) 693 Onchocerca volvulus (ceguera de los ríos —nematodo tisular) 693 Dracunculus medinensis (gusano de Guinea —nematodo tisular) 695 Larva migratoria (infecciones zoonóticas por larvas de nematodos) 695 Clonorchis sinensis (duela hepática china), Fasciola hepatica (duela hepática de las ovejas) y Paragonimus westermani (duela del pulmón —trematodos de tejidos) 695 Schistosoma mansoni, S. japonicum y S. haematobium (duelas de la sangre) 696 Taenia solium —cisticercosis/ neurocisticercosis 698 Echinococcus granulosus (quiste hidatídico) 698 Preguntas de revisión 698
    • 10. x Comité asesor para la revisión científica de la edición en español Cristina Eugenia Cabrera Alaix Docente asistente de la Universidad Libre, seccional Cali Docente de Inmunología y Microbiología en la Facultad de Salud. Área de Ciencias Básicas Docente asistente en la Universidad del Valle Docente de Inmunología en la Facultad de Salud, adscrita al Departamento de Microbiología José Luis Sánchez Salas Profesor del Depto. de Ciencias Químico-Biológicas Escuela de Ciencias. Universidad de las Américas, Puebla Patricia Tato Saldívar Doctora en Ciencias Biomédicas Profesora Titular B de la Facultad de Medicina, UNAM Jefa del Departamento de Microbiología y Parasitología Othón Rafael Cruz López Especialidad en Microbiología Médica, Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autónoma de México, División de Estudios de Posgrado MASS (Maestría en Administración de Servicios de Salud) Facultad de Medicina de la BUAP (Benemérita Universidad Autónoma de Puebla) Profesor de Microbiología y Parasitología, Facultad de Medicina BUAP Profesor de Microbiología y Parasitología de la Escuela de Me- dicina, Universidad Autónoma de Tlaxcala Coordinador de la Sociedad Mexicana de Parasitología AC, Sección Puebla Paula Figueroa Doctorado en Ciencias Químico-Biológicas Profesora Titular del Posgrado Institucional de Biomedicina Molecular Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional de Medicina y Homeopatía Estrella Cervantes G. Profesora de Microbiología y Parasitología, Facultad de Medicina, UNAM Laura E. García Tovar M.C. Microbiología Médica Profesora Asociada. División de Ciencias de la Salud Universidad de Monterrey
    • 11. xi Prefacio En la vigésima quinta edición de Jawetz, Melnick y Adelberg. Mi- crobiología médica, continúan vigentes los objetivos de la primera edición publicada en 1954: “proporcionar una fuente de informa- ción breve, concisa y actualizada de aquellos aspectos de la micro- biología médica que son de particular significado para el campo de las infecciones clínicas y la farmacoterapia”. La presente edición poseenuevascaracterísticasqueincluyenuncambioenelformato, la adición de fotografías en color y un mayor número de preguntas de repaso nuevas y revisadas, al final de cada capítulo. Todos los capítulos se han examinado de manera amplia en concordancia con la extraordinaria expansión del conocimiento médico, que le han proporcionado los mecanismos moleculares, así como los avances en nuestra comprensión de la patogenia microbiana y el descubrimiento de nuevos microorganismos patógenos. Por primera vez en la edición de esta obra interviene el doc- tor Timothy Mietzner, PhD, Profesor Asociado en el Departa- mento de Microbiología y Genética Molecular en la Escuela de Medicina de la Universidad de Pittsburgh. La gran experiencia en la patogenia molecular microbiana que él posee agregará una característica significativa a la presente edición, y a las subsi- guientes, por lo que le damos la bienvenida a su participación. El cambio en el uso del color en la impresión ha propor- cionado la oportunidad de incluir muchas y nuevas fotografías y micrografías, así como la nueva uniformidad han dado como resultado un beneficio característico en la Sección de Bacterio- logía (III). La tinción de Gram se fotografió utilizando el mismo equipo de microscopio, cámara y programa computacional. Las imágenes se recortaron para la impresión en formato de figuras cuadradas a una columna. El resultado es que el tamaño relativo de la bacteria se puede comparar entre una imagen y otra. De manera que Escherichia coli (fig. 15-1) aparece más grande que Haemophilus influenzae (fig. 18-1) y Franciscella tularensis (fig. 18-2), en gran medida como se verían cuando se observan al mi- croscopio. Los autores esperan que la comparación del tamaño relativo de las bacterias en las fotografías sea de utilidad para los estudiantes de microbiología. Geo. F. Brooks, San Francisco Karen C. Carroll, Baltimore Janet S. Butel, Houston Stephen A. Morse, Atlanta marzo 2010
    • 12. 1 1La ciencia de la microbiología C A P Í T U L O SECCIÓN I BASES DE LA MICROBIOLOGÍA INTRODUCCIÓN La microbiología es el estudio de los microorganismos, grupo grande y diverso de microorganismos microscópicos que viven en forma de células aisladas o grupos de células; también com- prende a los virus, que son microscópicos pero no son celulares. Los microorganismos influyen extensamente en la vida y consti- tución tanto física como química de nuestro planeta. Son los en- cargados de los ciclos de los elementos químicos indispensables para la vida, incluidos carbono, nitrógeno, azufre, hidrógeno y oxígeno; además, los microorganismos realizan más fotosíntesis que las plantas verdes. Se calcula que en la tierra existen 5 × 1030 células microbianas; excluyendo a la celulosa, éstas constituyen 90% de la biomasa de toda la biosfera. Los seres humanos tienen un relación estrecha con los microorganismos; más de 90% de las células del cuerpo corresponde a microbios. PRINCIPIOS BIOLÓGICOS ILUSTRADOS POR LA MICROBIOLOGÍA La diversidad biológica es más evidente en los microorganis- mos que en ninguna otra parte; estas criaturas no se pueden ver a simple vista sin ayuda. En cuanto a forma y función, ya sea una propiedad bioquímica o un mecanismo genético, el análisis de los microorganismos nos lleva hasta el límite de la comprensión biológica. Por lo tanto, la necesidad de originalidad (una prueba del mérito de una hipótesis científica) se logra por completo en la microbiología. Una hipótesis útil debe ofrecer una base para hacer una generalización y la diversidad microbiana proporcio- na el terreno donde siempre existe este reto. La predicción, que es la consecuencia práctica de la ciencia, es un producto creado por una mezcla de técnica y teoría. La bioquímica, biología molecular y genética proporcionan los recursos necesarios para el análisis de los microorganismos. A su vez, la microbiología amplía el horizonte de estas disciplinas científicas. Quizá un biólogo describiría este intercambio como mutualismo, esto es, algo que beneficia a todas las partes que contribuyen. Un ejemplo de mutualismo microbiano es el de los líquenes. Los líquenes constan de un hongo y un compañero fototrópico, ya sea un alga (eucariota) o una cianobacteria (pro- cariota). El componente fototrópico es el productor principal, mientras que el hongo proporciona sujeción y protección de los elementos. En biología, el mutualismo se denomina simbiosis, que es una relación continua de distintos organismos. Cuando el intercambio opera principalmente en beneficio de una de las partes, la relación se describe como parasitismo, en la que el hospedador proporciona el beneficio principal al parásito. Para el aislamiento y clasificación de un parásito (p. ej., una bacteria o virus patógeno) a menudo es necesario simular en el labora- torio el ambiente de crecimiento que proporcionan las células hospedadoras. Esta situación en ocasiones representa un reto importante para el investigador. Los términos “mutualismo”, “simbiosis” y “parasitismo” se relacionan con la ciencia de la ecología y los principios de la biología ambiental se encuentran implícitos en la microbiolo- gía. Los microorganismos son productos de la evolución, que es la consecuencia biológica de la selección natural que opera en una gran variedad de microorganismos distintos desde el punto de vista genético. Vale la pena tener en mente la complejidad de la historia natural antes de generalizar sobre los microorganis- mos, que forman el subgrupo más heterogéneo de las criaturas vivientes. Una división biológica importante separa a las eucariotas, microorganismos que contienen núcleo rodeado de una mem- brana, de las procariotas, en los que el DNA no se separa del
    • 13. 2 SECCIÓN I Bases de la microbiología de estructuras similares a varillas con numerosos pares de bases. Su tamaño varía de 246 a 375 nucleótidos de longitud. La varie- dad extracelular del viroide es RNA desnudo; carece de cápside de cualquier tipo. La molécula de RNA no contiene genes que codifican proteínas y, por lo tanto, el viroide depende por com- pleto de las funciones del hospedador para su multiplicación. El RNA del viroide se multiplica por medio de la RNA-polimerasa dependiente del DNA de la planta hospedadora; la prioridad de esta enzima quizá contribuye a la patogenia del viroide. Se ha demostrado que los RNA de los viroides contienen secuencias de bases repetidas invertidas en sus extremos 3′ y 5′, característica de los transposones (cap. 7) y de los retrovi- rus. De esta manera, probablemente han evolucionado a partir de transposones o retrovirus por la eliminación de secuencias internas. En el capítulo 29 se describen las propiedades generales de los virus animales patógenos para el ser humano. Los virus bac- terianos se describen en el capítulo 7. PRIONES Los grandes descubrimientos en los últimos 30 años han permi- tido la clasificación tanto molecular como genética del microor- ganismo transmisible que causa la visna de las ovejas, enferme- dad degenerativa del sistema nervioso central de las ovejas. En los estudios ha sido posible identificar a la proteína específica de esta enfermedad en preparaciones obtenidas de cerebro de ovi- no infectado con esta encefalopatía y que puede reproducir los síntomas en ovejas sanas (fig. 1-1). Los esfuerzos por identificar otros componentes, como ácidos nucleicos, no han tenido éxito. Con el fin de distinguir a este elemento de los virus y viroides, citoplasma. Como se describirá más adelante y en el capítulo 2, se pueden hacer más distinciones entre las células eucariotas y procariotas. Por ejemplo, las primeras se distinguen por su ta- maño relativamente grande y la presencia de organelos especia- lizados, rodeados por membranas como las mitocondrias. Como se describe con detalle más adelante, las células eu- cariotas (o Eukarya, desde el punto de vista filogenético) com- parten su estructura celular definida e historia filogenética. Al- gunos grupos de microorganismos eucarióticos son algas, pro- tozoarios, hongos y mohos. Las propiedades singulares de los virus los colocan en un si- tio aparte de las criaturas vivientes. Las eucariotas y procariotas son microorganismos puesto que contienen todas las enzimas necesarias para su multiplicación y poseen el equipo biológico necesario para la producción de energía metabólica. Por lo tan- to, éstos se distinguen de los virus, que dependen de las células hospedadoras para estas funciones necesarias. VIRUS Los virus carecen de muchos de los atributos de las células, in- cluida la capacidad de multiplicarse. Sólo cuando infectan una célula adquieren el atributo clave de un sistema viviente: la re- producción. Se sabe que los virus infectan cualquier célula, in- cluidas las células microbianas. Las interacciones entre hospe- dador y virus tienden a ser altamente específicas y el espectro biológico de los virus refleja la diversidad de células hospeda- doras potenciales. La diversidad de virus se expresa en su gran variedad de estrategias de multiplicación y supervivencia. Una partícula viral consta de una molécula de ácido nu- cleico, ya sea DNA o RNA, cubierta por una capa proteínica o cápside (en ocasiones también cubierta por una capa de lípidos, proteínas y carbohidratos). Las proteínas, a menudo glucopro- teínas, en la cápside establecen la especificidad de la interacción del virus con su célula hospedadora. La cápside protege al ácido nucleico y facilita la fijación y penetración del virus en la célula hospedadora. Dentro de la célula, el ácido nucleico viral redirige la maquinaria enzimática del hospedador hacia funciones vin- culadas con la multiplicación del virus. En algunos casos, la in- formación genética del virus se incorpora en forma de DNA en el cromosoma del hospedador. En otros, la información genética del virus sirve como base para la producción celular y liberación de copias del virus. Este proceso exige la multiplicación del áci- do nucleico viral y la producción de proteínas virales específicas. La maduración consiste en armar subunidades recién sintetiza- das de ácido nucleico y proteínas hasta formar partículas virales maduras, que posteriormente son liberadas hacia el ambiente extracelular. Algunos virus más pequeños necesitan la ayuda de otro virus en la célula hospedadora para su multiplicación. El elemento delta, también conocido como virus de la hepatitis D, es demasiado pequeño como para codificar incluso una sola pro- teína de la cápside y necesita ayuda del virus de la hepatitis B para su transmisión. Se sabe que los virus infectan una gran va- riedad de hospedadores tanto vegetales como animales y ade- más protistas, hongos y bacterias. Sin embargo, la mayor parte de los virus puede infectar tipos específicos de células de una sola especie de hospedador. Algunas enfermedades transmisibles de las plantas son cau- sadas por viroides, moléculas pequeñas de RNA monocatenario y circular con enlaces covalentes estrechos que existen en forma 50 μm FIGURA 1-1 Prión. Priones aislados a partir del cerebro de un hámster infectado por visna de las ovejas. Esta enfermedad neurodegenerativa es causada por un prión. (Reimpresa con autorización de Stanley B. Prusiner/Visuals Unlimited.)
    • 14. CAPÍTULO 1 La ciencia de la microbiología 3 en Gran Bretaña desde que se descubrió en 1985. Una nueva variedad de CJD (vCJD) en seres humanos, se ha vinculado con la ingestión de carne de res infectada por priones en el Reino Unido y Francia. Una característica común de todas estas enfer- medades es la conversión de una sialoglucoproteína codificada por el hospedador en una forma resistente a la proteasa como consecuencia de la infección. Las enfermedades por priones en los seres humanos son singulares porque se manifiestan en forma de enfermedades es- porádicas, genéticas e infecciosas. El estudio de la biología de los priones constituye un tema nuevo importante de investigación biomédica y aún se debe aprender mucho. PROCARIOTAS Las características distintivas de las procariotas son su tamaño relativamente pequeño, casi siempre del orden de 1 μm de diá- metro, y la ausencia de una membrana nuclear. El DNA de casi todas las bacterias es un círculo con una longitud aproximada de 1 mm; este es el cromosoma procariótico. La mayor parte de las células procariotas posee un solo cromosoma. El DNA cro- mosómico se debe doblar más de 1000 veces para acomodarse dentro de la membrana celular procariótica. Existe evidencia considerable que sugiere que quizá estos dobleces se realizan en se introdujo el término prión para subrayar su naturaleza pro- teinácea e infecciosa. La forma celular de la proteína priónica (PrPc ) es codificada por el DNA cromosómico del hospedador. La PrPc es una sialoglucoproteína con un peso molecular de 33 000 a 35 000 y un alto contenido de una estructura helicoidal α secundaria que es sensible a las proteasas y soluble en deter- gente. La PrPc se expresa en la superficie de las neuronas a través del anclaje de glucosilfosfatidilinositol en cerebros tanto infec- tados como no infectados. El único componente conocido del prión es una isoforma anormal de esta proteína (PrPres ) y está vinculada con su potencial de transmisión. Posee la misma se- cuencia de aminoácidos que PrPc , pero difiere desde el punto de vista físico de la isoforma celular normal por su alto contenido de hoja o lámina β, su insolubilidad en detergentes, su tendencia a aglutinarse y su resistencia parcial a la proteólisis. Se cree que la PrPres induce a la PrPc para que se doble o se vuelva a doblar hasta adquirir la forma de prión. Existen otras enfermedades importantes causadas por prio- nes (cuadro 1-1). El kuru, la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD, Creutzfeldt-Jakob disease), la enfermedad de Gerstmann- Sträussler-Scheinker y el insomnio familiar mortal afectan a los seres humanos. La encefalopatía espongiforme ovina, que se cree que es resultado de la ingestión de alimentos y harina de huesos preparados a partir de residuos de animales del matade- ro, ha causado la muerte de más de 184 000 cabezas de ganado CUADRO 1-1 Principales enfermedades en seres humanos y animales causadas por priones Tipo Nombre Causa Enfermedades por priones en seres humanos Adquiridas Variante de enfermedad de Creutzfeldt-Jakoba Kuru Enfermedad yatrógena de Creutzfeldt-Jakobb Vinculada con la ingestión o inoculación de material infectado por priones Esporádicas Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob Se desconoce el origen de la infección Familiares Gerstmann-Sträussler-Scheinker Insomnio familiar mortal Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob Vinculadas con mutaciones específicas dentro del gen que codifica al PrP Enfermedades por priones en animales Ganado vacuno Encefalopatía espongiforme bovina Contacto con carne y alimento de harina de hueso contaminado con priones Ovejas Visna de las ovejas Ingestión de material contaminado con visna de las ovejas Venados, alces Enfermedad por desgaste crónico Ingestión de material contaminado con priones Mink Encefalopatía transmisible del mink Se desconoce la fuente de la infección Gatos Encefalopatía espongiforme felinaa Contacto con carne y alimento de harina de hueso contaminado con priones a Vinculado con el contacto con materiales contaminados por encefalopatía espongiforme bovina. b Vinculado con materiales biológicos contaminados por priones como injerto de duramadre, trasplante de córnea, hormona de crecimiento humana derivada de cadáver o instrumentos quirúrgicos contaminados por priones. Reimpreso con autorización de ASM News 3:570, Dec, 2008.
    • 15. 4 SECCIÓN I Bases de la microbiología do selección natural) se encuentra asegurada en un clon. Entre mayor sea el número de células dentro de los clones, mayor es la probabilidad de ofrecer protección fisiológica cuando menos a algún miembro del grupo. Por ejemplo, los polisacáridos ex- tracelulares confieren protección contra algunos elementos po- tencialmente mortales como los antibióticos o iones de metales pesados. La gran cantidad de polisacáridos producidos por nu- merosas células dentro de un clon permite que las que están en el interior sobrevivan al contacto con un elemento mortal a una concentración que aniquilaría a células individuales. Muchas bacterias utilizan un mecanismo de comunicación intercelular llamado percepción de quórum para regular la transcripción de los genes que participan en diversos procesos fisiológicos, como bioluminiscencia, transferencia conjugada de plásmidos y producción de los factores que confieren virulencia. La percepción de quórum depende de la producción de una o más moléculas de señales que se pueden difundir llamadas auto- inductores o feromonas y que permiten a la bacteria vigilar su propia densidad de población celular. Es un ejemplo del com- portamiento multicelular en las procariotas. Una característica distintiva de las procariotas es su capa- cidad de intercambio de pequeños paquetes de información ge- nética. Esta información es llevada en los plásmidos, elementos genéticos pequeños y especializados que se pueden multiplicar cuando menos dentro de una línea celular procariótica. En algu- nos casos, los plásmidos se transfieren de una célula a otra y por lo tanto llevan consigo grupos de información genética especia- lizada a través de una población. Algunos plásmidos exhiben un espectro amplio de hospedadores que les permite transmitir grupos de genes a distintos microorganismos. Algunos de los más importantes son los plásmidos de resistencia farmacoló- gica, que provocan que varias bacterias sean resistentes al trata- miento con antimicrobianos. La estrategia de supervivencia de una sola línea celular pro- cariótica conduce a un espectro de interacciones con otros micro- organismos. Éstas comprenden relaciones simbióticas ilustradas por intercambios nutritivos complejos entre los microorganismos dentro del intestino humano. Estos intercambios benefician tan- to a los microorganismos como a sus hospedadores humanos. Algunas veces las interacciones parasitarias son nocivas para el hospedador. La simbiosis o el parasitismo avanzado provocan la pérdida de ciertas funciones que no permiten el crecimiento del simbionte o parásito independientemente de su hospedador. Por ejemplo, los micoplasmas son parásitos procariotos que han perdido la capacidad para formar una pared celular. La adaptación de estos microorganismos a su ambiente parasitario ha tenido como resultado la incorporación de una cantidad con- siderable de colesterol en sus membranas celulares. El colesterol, que no se observa en otras procariotas, es asimilado a partir del ambiente metabólico del hospedador. La pérdida de la función también es ejemplificada por los parásitos intracelulares obliga- dos, clamidias y rickettsias. Estas bacterias son muy pequeñas (0.2 a 0.5 μm de diámetro) y dependen de la célula hospedadora para muchos metabolitos esenciales y coenzimas. Esta pérdida de la función se refleja por la presencia de un genoma más pe- queño con menos genes (cuadro 7-1). Al parecer, los ejemplos de mayor distribución de simbion- tes bacterianos son los cloroplastos y las mitocondrias, que son los organelos que liberan energía de las eucariotas. Numerosas pruebas indican que los antecesores de estos organelos eran en- dosimbiontes, procariotas que establecieron simbiosis dentro forma ordenada, acercando ciertas regiones del DNA. La región especializada de la célula que contiene al DNA se denomina nucleoide y se puede observar con un microscopio electrónico o un microscopio óptico después de someter a la célula a un tratamiento especial para poder observarlo. Por lo tanto, sería un error concluir que la diferenciación subcelular, claramente delimitada por membranas en las eucariotas, no existe en las procariotas. De hecho, estas últimas en algunos casos forman estructuras subcelulares unidas a membranas con funciones especializadas como los cromatóforos de las bacterias fotosin- téticas (cap. 2). Diversidad procariótica El tamaño tan pequeño del cromosoma procariótico limita la cantidad de información genética que puede contener. La infor- mación más reciente basada en las secuencias del genoma in- dica que el número de genes dentro de una célula procariota varía de 468 en Mycoplasma genitalium a 7825 en Streptomyces coelicolor y que muchos de estos genes se dedican a funciones básicas como generación de energía, síntesis macromolecular y multiplicación celular. Las procariotas poseen relativamente pocos genes que permiten la adaptación fisiológica del microor- ganismo a su ambiente. El espectro de ambientes procarióticos potenciales es inconcebiblemente amplio, por lo que el grupo procariótico comprende a una categoría heterogénea de espe- cialistas, cada uno adaptado a un entorno circunscrito bastante estrecho. La gama de ambientes procarióticos se ilustra al conside- rar las estrategias utilizadas para generar energía metabólica. La principal fuente de energía para la vida es la luz solar. Algunas procariotas como las bacterias púrpuras convierten la energía luminosa en energía metabólica sin producción de oxígeno. Otras, ejemplificadas por las bacterias verde-azules (cianobac- terias) producen oxígeno que proporciona energía a través de la respiración en ausencia de luz. Los microorganismos aero- bios dependen de la respiración con oxígeno para obtener ener- gía. Algunos microorganismos anaerobios utilizan aceptores de electrones distintos del oxígeno en la respiración. Muchos anaerobios llevan a cabo fermentaciones, de donde obtienen la energía a partir de la reorientación metabólica de los sustra- tos químicos para el crecimiento. La gran variedad química de sustratos potenciales para el crecimiento tanto aerobio como anaerobio se refleja en la diversidad de procariotas que se han adaptado a su utilización. Comunidades procarióticas Una estrategia útil de supervivencia para los especialistas es en- trar en consorcios, organizaciones en las que las características fisiológicas de los diferentes microorganismos contribuyen a la supervivencia del grupo como un todo. Si los microorganismos dentro de una comunidad interrelacionada desde el punto de vista físico se derivan directamente a partir de una célula, la co- munidad es un clon que contiene hasta 108 células. La biología de esta comunidad difiere considerablemente de la de una sola célula. Por ejemplo, el gran número de células prácticamente asegura que en el clon existe cuando menos una célula que po- see una variante de cualquier gen en el cromosoma. Por lo tanto, la variabilidad genética (la fuente del proceso evolutivo llama-
    • 16. CAPÍTULO 1 La ciencia de la microbiología 5 no toma en cuenta por completo la suposición por lo general aceptada de que la célula eucariótica se deriva de la fusión evo- lutiva de distintas líneas celulares procarióticas. Bacterias y arqueobacterias: subdivisiones principales dentro de las procariotas Un logro importante en la filogenia molecular ha sido demos- trar que las procariotas pertenecen a uno de dos grupos prin- cipales. La mayor parte de las investigaciones se ha orientado hacia un grupo, las bacterias. El otro grupo, las arqueobacterias, ha recibido menos atención hasta hace poco, en parte a causa de que muchos de sus representantes son difíciles de estudiar en el laboratorio. Por ejemplo, algunas arqueobacterias mueren al contacto con el oxígeno y otras crecen a una temperatura que excede la del agua en ebullición. Antes de contar con indicios moleculares, los principales subgrupos de arqueobacterias pare- cían diferentes. Las metanógenas llevan a cabo una respiración anaerobia que genera metano; las halófilas necesitan una con- centración muy elevada de sal para crecer; y las termoacidófilas necesitan una temperatura elevada y gran acidez. Ahora se sabe que estas procariotas comparten rasgos bioquímicos como la pared celular o los componentes de la membrana que los co- locan en un grupo completamente aparte del de los demás mi- croorganismos vivientes. Un rasgo intrigante que comparten las arqueobacterias y eucariotas es la presencia de intrones dentro de los genes. No se ha establecido la función de los intrones (seg- mentos de DNA que interrumpen al DNA informativo dentro de los genes). Lo que se sabe es que los intrones representan una característica fundamental que comparte el DNA de las arqueo- bacterias y eucariotas. Este rasgo común ha originado la hipóte- sis de que, al igual que las mitocondrias y cloroplastos parecen ser derivados evolutivos de las bacterias, el núcleo eucariótico se originó a partir de una arqueobacteria antecesora. PROTISTAS El “núcleo verdadero” de las eucariotas (del griego karyon, “nú- cleo”) constituye sólo una de sus características distintivas. Los organelos adheridos a la membrana, los microtúbulos y los mi- crofilamentos de las eucariotas forman una estructura intracelu- lar compleja distinta a la encontrada en las procariotas. Los ele- mentos para la motilidad de las células eucarióticas son flagelos o cilios (estructuras complejas formadas por múltiples filamen- tos que difieren de los flagelos de las procariotas). La expresión genética en los eucariotos se lleva a cabo a través de una serie de eventos que logran la integración fisiológica del núcleo con el re- tículo endoplásmico, estructura que carece de contraparte en las procariotas. Las eucariotas forman un grupo aparte por la orga- nización de su DNA celular en forma de cromosomas separados por un aparato mitótico distintivo durante la división celular. En general, la transferencia genética entre las eucariotas de- pende de la fusión de los gametos haploides para formar una célula diploide que contiene un conjunto completo de genes derivados de cada gameto. El ciclo vital de muchas eucariotas se lleva a cabo casi por completo en estado diploide, cualidad de la que carecen las procariotas. La fusión de los gametos para for- mar su progenie reproductiva constituye una función altamente específica y establece la base de la especie eucariótica. Este tér- de la membrana celular del hospedador eucariótico ancestral. La presencia de múltiples copias de los organelos quizá contribuyó al tamaño relativamente grande de las células eucarióticas y a su potencial de especialización, rasgo que finalmente se ha re- flejado en la evolución de los microorganismos multinucleares diferenciados. Clasificación de las procariotas Para comprender cualquier grupo de microorganismos, es nece- sario hacer una clasificación. Un buen sistema de clasificación permite al científico elegir las características con las que se puede categorizar con rapidez y precisión cualquier microorganismo nuevo. La categorización permite pronosticar muchos rasgos adicionales que comparten otros miembros de la misma catego- ría. En el ámbito hospitalario, la clasificación satisfactoria de un microorganismo patógeno ofrece la vía más directa para elimi- narlo. Asimismo, la clasificación permite conocer las relaciones existentes entre diversos microorganismos y esta información tiene un gran valor práctico. Por ejemplo, un microorganismo patógeno se podrá eliminar durante un tiempo relativamente largo si su hábitat es ocupado por una variedad no patógena. En el capítulo 3 se describen los principios de la clasifica- ción procariótica. Al principio es importante reconocer que cualquier característica procariótica puede servir como criterio potencial de clasificación. Sin embargo, no todos los criterios son tan efectivos para agrupar microorganismos. Por ejemplo, la posesión de DNA constituye un criterio inútil para distinguir a los microorganismos puesto que todas las células lo contienen. La presencia de un plásmido con un espectro amplio de hospe- dadores no es un criterio útil puesto que estos plásmidos existen en distintos hospedadores y no es necesario que existan todo el tiempo. Los criterios útiles pueden ser estructurales, fisiológi- cos, bioquímicos o genéticos. Las esporas, estructuras celula- res especializadas que permiten la supervivencia en ambientes extremos, son criterios estructurales útiles para la clasificación puesto que sólo subgrupos bien clasificados de bacterias forman esporas. Algunos grupos de bacterias se pueden subdividir con base en su potencial para fermentar ciertos carbohidratos. Es- tos criterios son poco efectivos cuando se aplican a otros grupos bacterianos que carecen de potencial de fermentación. Existe una prueba bioquímica, la tinción de Gram, que constituye un criterio efectivo de clasificación puesto que la respuesta al co- lorante refleja diferencias fundamentales y complejas en la su- perficie celular bacteriana que dividen a la mayor parte de las bacterias en dos grupos principales. Los criterios genéticos cada vez se utilizan más en la clasifi- cación bacteriana y muchos de estos avances han sido posibles gracias a la tecnología de DNA recombinante. Ahora es posible diseñar sondas de DNA que permiten identificar rápidamente microorganismos que poseen regiones genéticas específicas con una ascendencia común. Al comparar las secuencias del DNA de algunos genes se pudieron conocer las relaciones filogenéti- cas entre las procariotas. Es posible rastrear las líneas celulares ancestrales y agrupar a los microorganismos con base en sus afi- nidades evolutivas. A partir de estas investigaciones surgieron conclusiones sorprendentes. Por ejemplo, la comparación de las secuencias del citocromo c sugiere que todos los eucariotos, incluidos los seres humanos, se originaron a partir de uno de tres grupos de bacterias fotosintéticas púrpuras. Esta conclusión explica parcialmente el origen evolutivo de las eucariotas, pero
    • 17. 6 SECCIÓN I Bases de la microbiología Cuando los seres humanos consumen estos mariscos presentan los síntomas de la intoxicación paralítica por mariscos e inclu- so pueden morir. Protozoarios Los protozoarios son organismos protistas unicelulares no foto- sintéticos. Los protozoarios más primitivos son flagelados y se asemejan en muchos aspectos a algunos representantes de las al- gas. Probablemente los antecesores de estos protozoarios fueron algas que se tornaron heterótrofas, las necesidades alimentarias de estos microorganismos se satisfacen con compuestos orgáni- cos. La adaptación a un modo de vida heterótrofo en ocasiones se acompañó de pérdida de los cloroplastos y, de esta manera, las algas originaron a los protozoarios afines. Se han observado eventos similares en el laboratorio como resultado de una muta- ción o de una adaptación fisiológica. Al parecer, a partir de los protozoarios flagelados surgieron las variedades ameboides y ciliadas; se sabe que algunas formas intermedias poseen flagelos durante una fase de su ciclo vital y seudópodos (característicos de la ameba) en otra fase. Un cuarto grupo de protozoarios, los esporozoarios, son parásitos estrictos que casi siempre son inmóviles; la mayor parte se reproduce de manera sexual y asexual en generaciones alternas por medio de esporas. En el capítulo 46 se describen los protozoarios pará- sitos del ser humano. Hongos Los hongos son protistas no fotosintéticos que crecen en forma de aglomeración de filamentos ramificados y entrelazados (“hi- fas”) conocidos como micelios. A pesar de que las hifas poseen paredes cruzadas, éstas tienen perforaciones que permiten el paso libre del núcleo y citoplasma. Por lo tanto, el microorga- nismo completo es un cenocito (aglomeración multinucleada de citoplasma continuo) confinado dentro de una serie de tubos ra- mificados. Estos tubos, elaborados a base de polisacáridos como quitina, son homólogos con las paredes celulares. Los micelios se denominan mohos; unas cuantas variedades, las levaduras, no forman micelios pero se reconocen fácilmente como hongos por la naturaleza de su reproducción sexual y la presencia de formas de transición. Probablemente los hongos representan una rama evolutiva de los protozoarios; no tienen relación con los actinomicetos, que son bacterias con micelios a las que se parecen superficial- mente. Las subdivisiones principales (filo) de los hongos son: Chytridiomycota, Zygomycota (cigomicetos), Ascomycota (as- comicetos), Basidiomycota (basidiomicetos) y los “deuteromi- cetos” (u hongos imperfectos). La evolución de los ascomicetos a partir de los ficomicetos se observa en un grupo de transición, cuyos miembros forman un cigoto que posteriormente se transforma en ascos. Se cree que los basidiomicetos provienen a su vez de los ascomicetos. La clasificación de los hongos y su importancia médica se describen en el capítulo 45. Mohos de fango Estos microorganismos se caracterizan por la presencia, durante una fase de su ciclo vital, de una masa multinucleada ameboide mino se puede aplicar sólo en forma metafórica a las procario- tas, que intercambian fragmentos de DNA a través de la recom- binación. Los grupos taxonómicos de las eucariotas a menudo se basan en una serie de propiedades morfológicas compartidas y es importante señalar que muchos de los factores taxonómicos están ligados a la reproducción. Casi todas las especies eucarió- ticas exitosas son aquellas en las que las células afines, miem- bros de la misma especie, se pueden recombinar para formar descendencia viable. Las estructuras que contribuyen de manera directa o indirecta al proceso de la reproducción tienden a ser muy avanzadas, con modificaciones mínimas entre las especies afines, y conservadas. Las eucariotas microbianas (protistas) son miembros de cuatro grupos principales: algas, protozoarios, hongos y mohos. Es importante señalar que estos grupos no son necesariamente filogenéticos: algunos microorganismos afines se han clasificado por separado puesto que aún no se encuentran similitudes bio- químicas y genéticas de fondo. Algas El término “alga” se utiliza desde hace tiempo para referirse a los microorganismos que producen O2 como fruto de la foto- síntesis. Un subgrupo importante de estos microorganismos, las bacterias verde-azules o cianobacterias, son procariotas y ya no se llaman algas. Esta clasificación se reserva exclusivamen- te para los microorganismos eucariotos fotosintéticos. Todas las algas contienen clorofila en la membrana fotosintética de su cloroplasto subcelular. Muchas especies de algas son unicelula- res. Otras algas forman estructuras multicelulares muy grandes. Los sargazos de algas cafés miden en ocasiones varios cientos de metros de longitud. Otras algas producen toxinas que son vene- nosas para el ser humano y otros animales. Los dinoflagelados, algas unicelulares, generan las mareas rojas en el océano (fig. 1-2). La marea roja producida por el dinoflagelado de la espe- cie Gonyaulax es importante, puesto que este microorganismo produce neurotoxinas como saxitoxina y gonyautoxinas, que se acumulan en los mariscos (p. ej., almejas, mejillones, callo de hacha y ostiones) que se alimentan con este microorganismo. FIGURA 1-2 Microfotografía electrónica de un dinoflagelado Gymnodinium (4000×). (Reimpresa con autorización de David M. Phillips/Visuals Unlimited.)
    • 18. CAPÍTULO 1 La ciencia de la microbiología 7 2. ¿Cuál de los siguientes carece de ácido nucleico? (A) Bacterias (B) Virus (C) Viroides (D) Priones (E) Protozoarios 3. ¿Cuál de los siguientes no es protista? (A) Bacterias (B) Algas (C) Protozoarios (D) Hongos (E) Mohos de fango 4. ¿Cuál de los siguientes contiene simultáneamente DNA y RNA? (A) Bacterias (B) Virus (C) Viroides (D) Priones (E) Plásmidos 5. Un hombre de 65 años de edad manifiesta demencia progresiva a lo largo de varios meses acompañada de ataxia y somnolencia. El pa- trón del electroencefalograma exhibe paroxismos con voltajes altos y ondas lentas sugestivas de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Esta enfermedad es causada por cuál de los siguientes: (A) Bacteria (B) Virus (C) Viroide (D) Prión (E) Plásmido Respuestas 1. B 3. A 5. D 2. D 4. A de citoplasma llamada sincicio. El sincicio de un moho de fango es análogo al micelio de un hongo verdadero. Ambos son ceno- cíticos. En este último, la circulación citoplásmica se confina a la red de tubos quitinosos, mientras que en el primero el citoplas- ma circula en cualquier dirección. Esta circulación provoca que el sincicio emigre en dirección de su fuente alimentaria, a me- nudo bacterias. En respuesta a una señal química, 3′,5′-AMP cí- clico (cap. 7), el sincicio, que alcanza un tamaño macroscópico, se diferencia para formar un cuerpo con pedúnculo que produce células móviles individuales. Estas células, flageladas o ameboi- des, empiezan una nueva ronda en el ciclo vital del moho de fango (fig. 1-3). El ciclo a menudo empieza por la fusión sexual de células aisladas. El ciclo vital de los mohos de fango ilustra un tema central de este capítulo: la interdependencia de las formas vivientes. El crecimiento de los hongos de fango depende de los nutrientes que proporcionan las bacterias o, en algunos casos, las células vegetales. La reproducción de los mohos de fango a través de sincicios depende del reconocimiento intracelular y la fusión de las células de la misma especie. Para comprender bien las ca- racterísticas de un microorganismo es importante conocer a los otros microorganismos con los que ha evolucionado y apreciar el espectro de respuestas fisiológicas que contribuyen a su su- pervivencia. PREGUNTAS DE REVISIÓN 1. ¿Cuál de los términos siguientes describe la interacción entre un hongo y un alga en un liquen? (A) Parasitismo (B) Simbiosis (C) Endosimbiosis (D) Endoparasitismo (E) Consorcio Esporas Germinación Mixamebas Sincicio Cuerpo fructífero A B Cuerpos fructíferos liberando esporas FIGURA 1-3 Mohos de fango. A: Ciclo vital de un moho de fango acelular. B: Cuerpo fructífero de un moho de fango celular. (Reimpresa con auto- rización de Carolina Biological Supply/Phototake.)
    • 19. 8 SECCIÓN I Bases de la microbiología Priola SA: How animal prions cause disease in humans. Microbe 2008;3:568. Prusiner SB: Biology and genetics of prion diseases. Annu Rev Micro- biol 1994;48:655. Reisser W (editor): Algae and Symbiosis: Plants, Animals, Fungi, Viru- ses, Interactions Explored. Biopress, 1992. Schloss PD, Handlesman J: Status of the microbial census. Microbiol Mol Biol Rev 2004;68:686. Sleigh MA: Protozoa and Other Protists. Chapman & Hall, 1990. Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ: Prokaryotes: The unseen majority. Proc Natl Acad Sci USA 1998;95:6578. [PMID: 7826022] BIBLIOGRAFÍA Belay ED: Transmissible spongiform encephalopathies in humans. Annu Rev Microbiol 1999;53:283. [PMID: 10547693] Diener TO: Viroids and the nature of viroid diseases. Arch Virol 1999;15(Suppl):203. Lederberg J (editor): Encyclopedia of Microbiology, 4 vols. Academic Press, 1992. Olsen GJ, Woese CR: Th e winds of (evolutionary) change: Breath- ing new life into microbiology. J Bacteriol 1994;176:1. [PMID: 8282683] Pelczar MJ Jr, Chan ECS, Krieg NR: Microbiology: Concepts and Applications. McGraw-Hill, 1993.
    • 20. 9 C A P Í T U L O Estructura celular 2 INTRODUCCIÓN En este capítulo se revisa la estructura y función básicas de los componentes que constituyen a las células eucariotas y proca- riotas. El capítulo inicia con el análisis del microscopio. Desde el punto de vista histórico, el microscopio reveló por primera vez la presencia de bacterias y más tarde, los secretos de la estructura celular. Hoy en día es aún una herramienta poderosa en el estu- dio de la biología celular. MÉTODOS ÓPTICOS El microscopio de luz El poder de resolución del microscopio de luz bajo condicio- nes ideales es de casi la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada. El poder de resolución es la distancia que debe se- parar dos puntos de fuentes de luz para que puedan observarse como dos imágenes distintas. Con la longitud de onda de la luz amarilla con 0.4 μm, los diámetros separados más pequeños son de casi 0.2 μm, casi la tercera parte del ancho de una célula procariota típica. La utilidad del microscopio radica en que la magnificación hace visibles las partículas más pequeñas alcan- zables en el poder de resolución. En microbiología a menudo se utilizan varios tipos de microscopios de luz: A. Microscopio de campo brillante El microscopio de campo brillante es el utilizado más a menudo en los cursos de microbiología y consiste en dos series de lentes (objetivo y ocular) que actúan en conjunto para la resolución de la imagen. Estos microscopios por lo general emplean una lente objetivo con 100 aumentos y una lente ocular con 10 aumentos, con lo que la magnificación de la muestra es de hasta 1 000 veces. Las partículas con diámetros de 0.2 μm se incrementan de ta- maño a casi 0.2 mm, por lo que se hacen claramente visibles. La magnificación adicional no brinda mayor resolución de detalle y puede reducir el área de visibilidad (campo). Con el microscopio, las muestras se tornan visibles por las di- ferencias en el contraste entre ellas y el entorno. Muchas bacterias son difíciles de observar bien por la falta de contraste con el medio circundante. Pueden utilizarse colorantes para teñir las células o sus organelos e incrementar el contraste, de forma que sean visi- bles con mayor facilidad en la microscopia de campo brillante. B. Microscopio de contraste de fases El microscopio de contraste de fases se desarrolló para mejorar las diferencias de contraste entre las células y el medio circun- dante, con lo que se hace posible observar células vivas sin tin- ción; con los microscopios de campo brillante deben utilizarse preparaciones de microorganismos muertos y teñidos. La mi- croscopia de contraste de fases toma ventaja del hecho de que la luz pasa a través de objetos transparentes, como las células, y se fusiona en diferentes fases dependiendo de las propiedades de los materiales a través de los cuales pasa. Este efecto se amplifica por medio de un anillo especial en la lente objetivo del micros- copio de contraste de fases, lo que da origen a la formación de una imagen oscura en un entorno luminoso. C. Microscopio de campo oscuro El microscopio de campo oscuro es el microscopio de luz en el cual el sistema de iluminación se ha modificado para alcanzar la muestra desde un solo lado. Esto se logra a través del uso de un condensador especial que bloquea la luz directa y la refleja a través de un espejo ubicado a un costado del condensador en un ángulo oblicuo. Esto crea un “campo oscuro” que crea un con- traste contra el borde luminoso de la muestra y da origen a que los rayos oblicuos se reflejen desde el borde de la muestra hacia el objetivo del microscopio. La resolución de la microscopia de campo oscuro es bastante alta. Así, esta técnica ha sido de par- ticular utilidad para la observación de microorganismos como Treponema pallidum, una espiroqueta con un diámetro inferior a 0.2 μm y que por tanto no puede observarse con microscopia de contraste de fases o de campo brillante (fig. 2-1A). D. Microscopio de fluorescencia El microscopio de fluorescencia se utiliza para visualizar mues- tras con efecto de fluorescencia, que tiene la capacidad de absorber luz de longitud de onda corta (ultravioleta) y emitir luz con mayor longitud de onda (luz visible). Algunos micro- organismos presentan fluorescencia natural por la presencia de sustancias fluorescentes, por ejemplo la clorofila. Aquellos que no presentan fluorescencia natural pueden teñirse con un
    • 21. 10 SECCIÓN I Bases de la microbiología E. Microscopio diferencial de contraste de interferencia (DIC) Los microscopios diferenciales de contraste de interferencia utilizan un polarizador para producir luz polarizada, la cual se hace pasar a través de un prisma que genera dos haces distintos; estos haces pasan a través de la muestra y entran al objetivo don- de se combinan en un solo haz. Por las ligeras diferencias en el índice de refracción de las sustancias a través de las cuales pasa cada haz, los haces combinados no están por completo alinea- dos, sino que crean un efecto de interferencia, el cual intensifica diferencias útiles en la estructura celular. Estructuras como espo- ras, vacuolas y gránulos adquieren un aspecto tridimensional. La microscopia DIC es en particular útil para observar células no teñidas, por su capacidad para producir imágenes que revelan estructuras celulares internas que son menos aparentes con las técnicas de campo brillante. Microscopio electrónico El gran poder de resolución de la microscopia electrónica ha permitido a los científicos observar estructuras detalladas de células procariotas y eucariotas. La resolución superior de la microscopia electrónica se debe al hecho de que los electrones tienen una longitud de onda mucho más corta que los fotones de la luz blanca. Hay dos tipos de microscopios electrónicos para uso gene- ral: el microscopio electrónico de transmisión ( TEM, trans- mission electron microscope), que tiene muchas características en común con el microscopio de luz y el microscopio electró- nico de barrido (SEM, scanning electron microscope). El TEM fue el primero en ser desarrollado y utiliza un haz de electrones proyectados desde una fuente de electrones y se dirige a partir de un condensador electromagnético hacia una muestra delgada. Conforme los electrones golpean la muestra, son dispersados en forma diferencial por los diferentes números atómicos y masa atómica en la muestra; algunos electrones pasan a través de la muestra y son recopilados y dirigidos por una lente objetivo electromagnética, que presenta una imagen de la muestra a un sistema de proyección de lentes para su ampliación adicional. Se visualiza la imagen al permitir que se afecte la pantalla, la cual presenta fluorescencia cuando chocan los electrones. La imagen puede registrarse en película fotográfica. El TEM permite obser- var partículas con separación de 0.001 μm. Los virus con diáme- tros de 0.01 a 0.2 μm pueden observarse con facilidad. El SEM por lo común tiene menor poder de resolución que el TEM; sin embargo, es de particular utilidad para proporcionar imágenes tridimensionales de la superficie de objetos microscó- picos. Los electrones se dirigen por medio de lentes a un pun- to muy fino. La interacción de los electrones con la muestra da origen a la liberación de diferentes formas de radiación (p. ej., electrones secundarios) de la superficie del material, la cual se capta por medio de un detector apropiado, se amplifica y más tarde se presenta como imágenes en una pantalla de televisión (fig. 2-1B). Una técnica importante en la microscopia electrónica es el uso de “sombreado”. Esto consiste en el depósito de una capa delgada de metal pesado (como platino) sobre la muestra al colo- carlo en el trayecto del haz de iones metálicos en el vacío. El haz se dirige en un ángulo agudo con respecto a la muestra, de forma que adquiere una “sombra” en la forma de un área no cubierta grupo de colorantes fluorescentes denominados fluorocromos. La microscopia de fluorescencia se utiliza ampliamente para el diagnóstico microbiológico. Por ejemplo, el fluorocromo aura- mina O adquiere un color amarillo brillante cuando se expone a la luz ultravioleta y es captado en gran medida por Mycobacte- rium tuberculosis, la bacteria que causa la tuberculosis. Cuando el colorante se aplica a una muestra que se sospecha contiene M. tuberculosis y se expone a la luz ultravioleta, la bacteria puede detectarse por la aparición de microorganismos de color amari- llo brillante contra un campo oscuro. El uso principal de la microscopia de fluorescencia es la téc- nica diagnóstica denominada técnica de anticuerpos fluores- centes (FA, fluorescent-antibody) o inmunofluorescencia. En esta técnica, anticuerpos específicos (p. ej., anticuerpos contra Legionella pneumophila) se marcan por medios químicos con fluorocromos como el isotiocianato de fluoresceína (FITC, fluorescein isothiocyanate). Tales anticuerpos fluorescentes se añaden a la preparación que contiene la muestra. Si la muestra contiene L. pneumophila, los anticuerpos fluorescentes se unen a los antígenos en la superficie de la bacteria, dando origen a fluorescencia cuando haya exposición a luz ultravioleta. FIGURA 2-1 A: Examen positivo en campo oscuro. Los treponemas se identifican por su forma característica en sacacorchos y por los movimientos hacia adelante y hacia atrás con rotación sobre su eje longitudinal. (Reproducida con autorización de Charles Stratton/Visuals Unlimited). B: Microscopia de barrido electrónico de bacterias de Staphylococcus aureus (32 000×). (Reproducida con autorización de David M. Phillips/Photo Researchers, Inc.) A B
    • 22. CAPÍTULO 2 Estructura celular 11 pio de luz. En la microscopia láser confocal un haz láser se dirige a un espejo que a su vez dirige el haz a través del dispositivo de imagen. A continuación el haz láser se dirige a través de un orificio que se ajusta con precisión al plano del foco del haz para dar una capa vertical en la muestra. Al iluminar con precisión sólo un plano de la muestra, la intensidad de la iluminación dis- minuye con rapidez por arriba y por abajo del plano del foco y aleja la luz de otros planos diferentes al focal. Así, con muestras relativamente gruesas, pueden observarse varias capas al ajustar el plano del foco del haz láser. Las células a menudo se tiñen con colorantes fluorescen- tes para hacerlas más visibles. Otro método consiste en generar imágenes con color falso al ajustar el microscopio en forma tal que se obtengan diferentes capas con diferentes colores. Los mi- croscopios láser confocales están equipados con programas in- formáticos para crear imágenes digitales para su procesamiento subsiguiente. Así, las imágenes obtenidas de las diferentes ca- pas pueden almacenarse y superponerse por medios digitales para reconstruir una imagen tridimensional de la totalidad de la muestra. Microscopio de sonda de barrido Los microscopios de sonda de barrido son una nueva clase de microscopios que miden características de la superficie al despla- zar una sonda sobre la superficie del objeto. La microscopia de efecto túnel y la microscopia de fuerza atómica son ejemplos de esta nueva clase de microscopios, que permiten a los científi- cos observar átomos o moléculas en la superficie de la muestra estudiada. Por ejemplo, pueden estudiarse las interacciones en- tre las proteínas de la bacteria Escherichia coli con el empleo de un microscopio de fuerza atómica. ESTRUCTURA DE CÉLULAS EUCARIOTAS Núcleo El núcleo contiene el genoma de la célula. Está limitado por una membrana formada por un par de unidades de membrana separadas por un espacio de grosor variable. La membrana in- terna por lo común es un saco simple, pero la membrana más externa se presenta en varios sitios como una continuación del retículo endoplásmico. La membrana nuclear muestra per- meabilidad selectiva por la presencia de poros, que consisten en varias proteínas complejas cuya función es importar sus- tancias y extraer sustancias del núcleo. Los cromosomas de las células eucariotas contienen macromoléculas de DNA lineal expuestas en una doble hélice. Sólo son visibles con la micros- copia de luz cuando la célula se encuentra en división y el DNA se encuentra en una forma muy condensada; en otros momen- tos los cromosomas no se encuentran condensados y tienen el aspecto que se muestra en la figura 2-2. Las macromoléculas de DNA de las células eucariotas se asocian con proteínas básicas denominadas histonas que se unen al DNA por medio de in- teracciones iónicas. Una estructura a menudo visible en el núcleo es el nucléolo, un área rica en RNA que es el sitio de síntesis del RNA ribosó- mico (fig. 2-2). Las proteínas ribosómicas sintetizadas en el cito- plasma se transportan hacia el nucléolo y se combinan con RNA ribosómico para formar subunidades grandes y pequeñas de en el otro lado. Cuando un haz de electrones pasa a través de la preparación cubierta en el microscopio electrónico y se crea una imagen positiva a partir de una imagen “negativa” se logra un efecto tridimensional (fig. 2-22). Otra técnica importante en la microscopia electrónica in- cluye el uso de cortes ultradelgados de material incrustado, un método de congelamiento-secado de muestras que evita la distor- sión causada por los procedimientos convencionales desecados, y con el uso de tinciones negativas con un material denso para los electrones, como el ácido fosfotungsténico o sales de uranilo (fig. 42-1). Sin estas sales de metales pesados, no se lograría sufi- ciente contraste para detectar los detalles de una muestra. Microscopio láser confocal El microscopio láser confocal (CSLM, confocal scanning laser microscope) asocia una fuente luminosa láser con un microsco- NucleoloNucleolo PoresPoresPoros CromatinaCromatina Nucléolo Cromatina FIGURA 2-2 Micrografía electrónica de un corte delgado de un núcleo típico de una célula eucariota que muestra un nucléolo prominente y agregados grandes de heterocromatina contra la membrana nuclear, que es atravesada por poros (flechas). Recuadro superior izquierdo: Dos poros nucleares con los diafragmas correspondientes. Recuadro inferior derecho: La lámina fibrosa se encuentra presente en la cara interna de la envoltura nuclear. Se observan varias mitocondrias en el citoplasma. (Reproducida con autorización de Fawcett DW: Bloom and Fawcett, A Textbook of Histology, 12th ed. Copyright © 1994. Con autorización de Chapman & Hall, New York, NY.)
    • 23. 12 SECCIÓN I Bases de la microbiología Algunos microorganismos eucariotas (p. ej., Trichomonas vaginalis) carecen de mitocondrias y en su lugar contienen or- ganelos respiratorios rodeados por una membrana, denomina- dos hidrogenosomas. Estos últimos también parecen haberse originado por endosimbiosis y en algunos se ha identificado que contienen DNA y ribosomas. Los hidrogenosomas, pese a que son similares en tamaño con las mitocondrias, carecen de crestas y de las enzimas del ciclo del ácido tricarboxílico. El hidrogenosoma capta al piruvato, H2 , CO2 y acetato y produce ATP. Los lisosomas son sacos rodeados por membrana que con- tienen varias enzimas digestivas que las células utilizan para des- doblar macromoléculas como proteínas, grasas y polisacáridos. Los lisosomas permiten que estas enzimas no se encuentren en contacto con el citoplasma, donde pueden destruir macromo- léculas celulares de importancia si no son contenidas en forma apropiada. Después de la hidrólisis de macromoléculas en los lisosomas, los monómeros resultantes pasan del lisosoma hacia el citoplasma donde actúan como nutrientes. El peroxisoma es una estructura rodeada por membrana cuya función consiste en producir H2 O2 por la reducción de O2 a partir de varios hidrógenos donadores. El H2 O2 producido en el peroxisoma más tarde se degrada a H2 O y O2 por acción de la enzima catalasa. El citoesqueleto es una estructura tridimensional que ocu- pa el citoplasma. Los tres tipos principales de fibras que com- prenden el citoesqueleto son microfilamentos, filamentos inter- medios y microtúbulos. Los microfilamentos tienen casi 3 a 6 nm de diámetro y son los polímeros compuestos por subunida- des de la proteína actina. Estas fibras forman andamios a través de los cuales se define y mantiene la forma de la célula. Los mi- crofilamentos pueden desplazarse por los movimientos celula- res, lo que incluye deslizamiento, contracción y citocinesis. Los microtúbulos son tubos cilíndricos, de 20 a 25 nm de diámetro y están compuestos por subunidades de la proteína tubulina. Los microtúbulos colaboran con los microfilamentos para mantener la estructura celular, formar las fibras fusiformes que separan los cromosomas durante la mitosis y también parti- cipar de manera importante en la motilidad celular. Los filamen- tos intermedios tienen casi 10 nm de diámetro y proporcionan fuerza tensil a la célula. Capas superficiales El citoplasma está rodeado por una membrana plasmática com- puesta por proteínas y fosfolípidos, similar a la membrana de las células procariotas, ilustrada más adelante (fig. 2-10). La mayor parte de las células animales no tienen otras capas superficiales; no obstante, las células vegetales tienen una pared celular exter- na compuesta por celulosa. Muchos microorganismos eucariotas también tienen una pared celular externa, que puede ser com- puesta por polisacáridos como celulosa o quitina o pueden ser inorgánicos, por ejemplo, la pared de sílice de las diatomeas. Organelos que participan en la motilidad Muchos microorganismos eucariotas tienen organelos deno- minados flagelos (p. ej., Trichomonas vaginalis) o cilios (p. ej., ribosoma eucariota. Más tarde éstas son llevadas al citoplasma donde se asocian para formar ribosomas intactos que participan en la síntesis de proteínas. Estructuras citoplásmicas El citoplasma de las células eucariotas se caracteriza por la presen- cia de un retículo endoplásmico, vacuolas, plástidos que se repro- ducen por sí mismos y un citoesqueleto complejo, compuesto por microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios. El retículo endoplásmico (ER, endoplasmic reticulum) es una red de conductos limitados por membranas que tienen con- tinuidad con la membrana del núcleo. Se identifican dos tipos de retículo endoplásmico: rugoso, al cual se unen ribosomas 80S y liso, sin dichos ribosomas (fig. 2-2). El retículo endoplás- mico rugoso es el principal productor de glucoproteínas y tam- bién produce nuevo material de membrana que se transporta a través de la célula; el retículo endoplásmico liso participa en la síntesis de lípidos y en algunos aspectos del metabolismo de los carbohidratos. El aparato de Golgi consiste en un conjunto de membranas que funcionan en combinación con el retículo en- doplásmico para modificar y organizar productos químicos del retículo endoplásmico que más tarde serán secretados y aquellos que participan en la producción de otras estructuras de la mem- brana celular. Los plástidos incluyen mitocondrias y cloroplastos. Va- rias pruebas sugieren que las mitocondrias y cloroplastos son descendientes de microorganismos procariotas antiguos y que se originaron del englobamiento de células procariotas por células de mayor tamaño (endosimbiosis). Las mitocondrias tienen el tamaño de una célula procariota y su membrana, que carece de esteroles, es mucho menos rígida que la membrana citoplásmica de las células eucariotas, las cuales contienen es- teroles. Las mitocondrias contienen dos grupos de membranas. La membrana más externa es permeable y cuenta con numero- sos conductos diminutos que permiten el paso de iones y molé- culas pequeñas (p. ej., ATP). La invaginación de la membrana externa forma un sistema de membranas plegadas internas de- nominadas crestas. Las crestas son los sitios donde se encuen- tran las enzimas que participan en la respiración y producción de ATP. También contienen proteínas de transporte específico que regulan el paso de metabolitos hacia el interior y el exte- rior de la matriz mitocondrial. Dicha matriz contiene varias enzimas, en particular aquellas que participan en el ciclo del ácido cítrico. Los cloroplastos son organelos celulares fotosin- téticos capaces de convertir la energía de la luz solar a energía química por medio de la fotosíntesis. La clorofila y todos los demás componentes necesarios para la fotosíntesis se ubican en una serie de discos aplanados de la membrana denomina- dos tilacoides. El tamaño, forma y número de cloroplastos por célula varía notablemente; a diferencia de las mitocondrias, los cloroplastos por lo general son mucho más grandes que las cé- lulas procariotas. Las mitocondrias y cloroplastos contienen su propio DNA, el cual se encuentra en forma circular cerrada por medio de enlaces covalentes y codifica algunas proteínas (no todas) y participa en la transferencia de RNA. Las mito- condrias y cloroplastos también contienen ribosomas 70S, al igual que las procariotas.
    • 24. CAPÍTULO 2 Estructura celular 13 ESTRUCTURA DE LAS CÉLULAS PROCARIOTAS La célula procariota es más simple que la eucariota al nivel de la energía, con una excepción: la envoltura celular es más com- pleja. Nucleoide Las células procariotas no tienen un núcleo verdadero; alma- cenan su DNA en una estructura conocida como nucleoide. El nucleoide puede observarse en la microscopia de luz en material teñido (fig. 2-4). Es positivo para el colorante de Feulgen, lo que indica la presencia de DNA. El DNA de carga negativa es neu- tralizado, al menos en parte, por poliaminas pequeñas y por io- nes de magnesio, pero las proteínas similares a histonas existen en bacterias y tal vez desempeñan una función similar a la de las histonas en la cromatina de las células eucariotas. Las micrografías electrónicas de células procariotas típicas, como en la figura 2-5, revelan la presencia de membrana nu- clear y de un aparato mitótico. La excepción a esta regla son los plantomicetos, un grupo de bacterias acuáticas que tienen un nucleoide rodeado por una cubierta nuclear formada por dos membranas. La diferenciación entre las células procario- tas y eucariotas es que las primeras no cuentan con un aparato similar al huso mitótico. La región nuclear (fig. 2-5) está llena con fibrillas de DNA. El nucleoide de la mayor parte de las cé- lulas bacterianas consiste en una molécula circular única y con- tinua, que varía en tamaño de 0.58 a casi 10 millones de pares de bases. Sin embargo, unas cuantas bacterias han demostrado poseer dos, tres o incluso cuatro cromosomas diferentes. Por ejemplo, Vibrio cholerae y Brucella melitensis tienen dos cro- mosomas distintos. Hay dos excepciones a esta regla de mate- rial genético circular porque algunas células procariotas (Borre- Balantidium coli) que permiten el movimiento similar a una onda que desplaza las células sobre el agua. Los flagelos eu- cariotas surgen de las regiones polares de la célula, donde los cilios, que son más cortos que los flagelos, rodean a las células. Los flagelos y los cilios de las células eucariotas tienen la misma estructura básica y composición bioquímica. Ambos consisten en grupos de microtúbulos, cilindros proteínicos huecos com- puestos por una proteína llamada tubulina y que está rodea- da por una membrana. La disposición de los microtúbulos se conoce como “sistema 9 + 2” porque está formado de nueve pares periféricos de microtúbulos rodeados por dos microtú- bulos centrales (fig. 2-3). Cabeza del rayo Brazo externo de dineína Brazo interno de dineína Rayo Vínculo de nexina Vaina central Subtúbulo B Subtúbulo A Microtúbulo central Microtúbulo doble BA FIGURA 2-3 Estructura de cilios y flagelos. A: Micrografía electrónica de un corte transversal de un cilio. Obsérvense los dos microtúbulos centrales rodeados por nueve dobletes de microtúbulos (160 000×). (Reproducida de KG Murti/Visuals Unlimited) B: Diagrama de la estructura de cilios y flagelos. (Reproducida con autorización de Willey JM, Sherwood LM, Woolverton CJ [eds]: Prescott, Harley, and Klein’s Microbiology, 7th ed. New York: McGraw-Hill; 2008.) FIGURA 2-4 Nucleoides de Bacillus cereus (2500×). (Reproducida con autorización de Robinow C: Bacteriol Rev 1956;20:207.)
    • 25. 14 SECCIÓN I Bases de la microbiología parar los cuerpos de inclusión del citoplasma mismo. Uno de los cuerpos de inclusión más comunes consiste en ácido poli-β hidroxibutírico (PHB, poly-β-hydroxybutyric acid), un com- puesto similar a un lípido que tiene cadenas de ácido β hidro- xibutírico conectadas a través de enlaces éster. Se produce PHB cuando la fuente de nitrógeno, sulfuro y fósforo se encuentra limitada y hay exceso de carbón en el medio (fig. 2-7A). Otro producto de almacenamiento formado por las células procario- tas cuando hay carbón en cantidades excesivas es el glucóge- no, un polímero de la glucosa. El glucógeno y PHB se utilizan como fuentes de carbono cuando se reinicia la síntesis de pro- teínas y ácidos nucleicos. Diversos procariotas son capaces de oxidar compuestos de sulfuro reducidos como ácido sulfhídri- co y tiosulfato, produciendo gránulos intracelulares de azufre elemental (fig. 2-7C). Conforme las fuentes de azufre reducido se ven limitadas, se oxidan los gránulos de azufre, por lo co- mún a sulfato y los gránulos desaparecen con lentitud. Muchas bacterias acumulan grandes reservas de fosfato inorgánico en la forma de gránulos de polifosfato (fig. 2-7B). Tales gránulos podrán degradarse y utilizarse como fuentes de fosfato para la producción de ácidos nucleicos y síntesis de fosfolípidos para mantener el crecimiento; y en ocasiones se denominan gránu- los de volutina o gránulos metacromáticos, porque se tiñen de rojo con un colorante azul. Estas son características de las corinebacterias (cap. 13). Ciertos grupos de bacterias autótrofas que fijan dióxido de carbono producen bloques de construcción bioquímica que contienen cuerpos poliédricos rodeados por una cubierta pro- teínica (carboxisomas) y contienen una enzima fundamental para la fijación de CO2 , la carboxilasa de ribulosa bifosfato(fig. 2-6B). Los magnetosomas son partículas cristalinas intracelu- lares del mineral de hierro magnetita (Fe3 O4 ) que permiten que ciertas bacterias acuáticas muestren magnetotaxis (migración u orientación de la célula con respecto al campo magnético de la lia burgdorferi y Streptomyces coelicolor) han mostrado poseer cromosomas lineales. En las bacterias, el número de nucleoides y por tanto el número de cromosomas, depende de las condiciones de proli- feración (fig. 2-4). Las bacterias con rápido crecimiento tienen nucleoides más grandes por célula que las de crecimiento lento; sin embargo, cuando se presentan múltiples copias, todas son similares (es decir, las células procariotas son haploides). Estructuras citoplásmicas Las células procariotas carecen de plástidos autónomos, como las mitocondrias y cloroplastos; las enzimas de transporte de elec- trones se localizan en la membrana citoplásmica. Los pigmentos fotosintéticos (carotenoides, bacterioclorofila) de bacterias fo- tosintéticas se encuentran contenidos en sistemas de membra- nas intracitoplásmicas de varias morfologías. Las vesículas de membrana (cromatóforos) son tipos de membrana observadas a menudo. Algunas bacterias fotosintéticas tienen estructuras especializadas rodeadas por membrana denominadas cloroso- mas. En algunas cianobacterias (antes conocidas como algas azul-verdosas) las membranas fotosintéticas a menudo forman estructuras de múltiples capas conocidas como tilacoides (fig. 2-6). Los principales pigmentos accesorios utilizados para reco- lectar luz son las ficobilinas que se encuentran en la superficie externa de las membranas de los tilacoides. Las bacterias a menudo almacenan materiales de reserva en la forma de gránulos insolubles, que tienen el aspecto de cuerpos refringentes en el citoplasma cuando se observan en un microscopio de contraste de fases. También se denominan cuerpos de inclusión y casi siempre participan en el almacena- miento de energía o como reservorio de bloques estructurales. La mayor parte de las inclusiones celulares están limitadas por una membrana delgada formada por lípidos, que sirve para se- FIGURA 2-5 Corte delgado de una célula de Escherichia coli fijada con tetróxido de osmio y fijado más tarde con acetato de uranilo acuoso, que muestra dos regiones nucleares ocupadas con fibrillas de DNA. (Reproducida con autorización de Robinow C, Kellenberger E: Microbiol Rev 1994;58:211.)
    • 26. CAPÍTULO 2 Estructura celular 15 tructuras llenas de gas rodeadas por elementos del citoplasma (fig. 2-8). Las bacterias contienen proteínas similares a la actina y proteínas del citoesqueleto diferentes a la actina de las célu- las eucariotas, como proteínas adicionales que participan en la formación del citoesqueleto (fig. 2-9). Los homólogos de la ac- tina (p. ej., MreB, Mbl) realizan varias funciones, y colaboran a establecer la forma de la célula, segregar cromosomas y locali- zar proteínas en la célula. Los homólogos diferentes a la actina (p. ej., FtsZ) y proteínas singulares del citoesqueleto bacteriano (p. ej., SecY, MinD) participan en determinar la forma celular en la regulación de la división celular y segregación de cromo- somas. Envoltura celular Las células procariotas están rodeadas por una envoltura com- pleja en capas que difiere en composición entre los principales grupos. Tales estructuras protegen al microorganismo de entor- nos ambientales hostiles, como osmolaridad extrema, químicos nocivos e incluso antibióticos. Membrana celular A. Estructura La membrana celular bacteriana, también denominada mem- brana citoplásmica, es visible en la micrografía electrónica de cortes delgados (fig. 2-8). Es una “unidad de membrana” típi- ca compuesta por fosfolípidos y hasta 200 diferentes tipos de proteínas. Las proteínas constituyen casi 70% de la masa de la membrana, una proporción considerablemente más elevada en comparación con las membranas de las células de mamífe- ros. En la figura 2-10 se ilustra un modelo de organización de la membrana. La membrana de las células procariotas se diferencia de aquella de las células eucariotas por la ausencia de esteroles y la única excepción son los micoplasmas que incorporan estero- les, como el colesterol, en sus membranas cuando se cultiva en medios que contienen esteroles. Las membranas celulares de las arqueobacterias difieren de las de las bacterias. Las membranas celulares de algunas arqueo- bacterias contienen un lípido singular, los isoprenoides en lu- gar de ácidos grasos, unidos al glicerol por un enlace éter en lugar de un enlace éster. Algunos de estos lípidos no contienen grupos fosfato y por tanto no son fosfolípidos. En otras especies las membranas celulares están constituidas por una monocapa de lípidos formada por lípidos grandes (casi el doble de la longi- tud de los fosfolípidos) con éteres de glicerol en ambos extremos (tetraéteres de diglicerol). Las moléculas se orientan a sí mismas por la presencia de grupos de glicerol polares en la superficie y cadenas de compuestos hidrocarbonos no polares en su interior. Estos lípidos poco comunes contribuyen a la capacidad de múl- tiples arqueobacterias de proliferar en condiciones ambientales, por ejemplo en presencia de grandes concentraciones de sal, pH bajo o temperaturas muy elevadas. B. Función Las principales funciones de la membrana citoplásmica son: 1) permeabilidad selectiva y transporte de solutos; 2) transporte de electrones y fosforilación oxidativa en especies aerobias; 3) ex- Tierra). Los magnetosomas están rodeados por membranas que contienen fosfolípidos, proteínas y glucoproteínas. Las vesícu- las de gas se observan, casi de manera exclusiva en microorga- nismos de hábitat acuáticos, donde proporcionan flotabilidad. Las membranas de las vesículas de gas tienen proteínas con un grosor de 2 nm, son impermeables al agua y a los solutos pero permeables a los gases; así, las vesículas de gas existen como es- Membrana plasmática Pared celular Ficobilisomas Tilacoides Ribosoma 70S1μm B A Carboxisoma t FIGURA 2-6 A: Corte delgado de Synechococcus lividus que muestra un extenso sistema tilacoide. Los ficobilisomas que recubren estos tilacoides son claramente visibles como gránulos en la ubicación t (85 000×). (Reproducida con autorización de Elizabeth Gentt/Visuals Unlimited). B: Corte delgado de Synechocystis durante la división. Muchas estructuras son visibles. (Reproducida con autorización de Carlsberg Research Communications 42:77-98, 1977, Carlsberg Laboratories.)
    • 27. 16 SECCIÓN I Bases de la microbiología ductos de desecho hacia el exterior. Estos sistemas de transporte trabajan contra gradiente de concentración con el fin de incre- mentar la concentración de nutrientes en el interior de la célula, una función que requiere alguna forma de energía. Hay tres me- canismos de transporte generales que participan en el transporte de membrana: transporte pasivo, transporte activo y translo- cación de grupo. a. Transporte pasivo. Este mecanismo depende de la difu- sión, no utiliza la energía y funciona sólo cuando el soluto se encuentra en concentraciones más elevadas fuera de la célula. La difusión simple explica la entrada de muy pocos nutrientes, lo que incluye el oxígeno disuelto, dióxido de carbono y el agua misma; no proporciona velocidad ni selectividad. La difusión facilitada no utiliza energía, de forma que el soluto nunca al- canza una concentración interna mayor que la que existe fuera de la célula. Sin embargo, esta difusión es selectiva. Los con- creción de exoenzimas hidrolíticas; 4) transporte de enzimas y moléculas que participan en la biosíntesis de DNA, polímeros de la pared celular y lípidos de la membrana, y 5) portar receptores y otras proteínas quimiotácticas y otros sistemas sensoriales de transducción. Al menos 50% de la membrana citoplásmica debe encon- trarse en estado semilíquido a fin de que ocurra la proliferación celular. Con temperaturas bajas, esto se logra al incrementar en gran medida la síntesis e incorporación de ácidos grasos no sa- turados en los fosfolípidos de la membrana celular. 1. Permeabilidad de transporte. La membrana cito- plásmica forma una barrera hidrófoba impermeable a la mayor parte de las moléculas hidrofílicas. Sin embargo, existen varios mecanismos (sistemas de transporte) que permiten que la cé- lula transporte nutrientes hacia el interior de la misma y pro- CW M N PHBPM R A Tilacoides 0.1πm B LI LII LIII LIV pm pb c pp pp C FIGURA 2-7 Cuerpos de inclusión en bacterias. A: Micrografía electrónica de Bacillus megaterium (30 500×) que muestra un cuerpo de inclusión de ácido poli-β-hidroxibutírico, PHB; pared celular, CW; nucleoide, N; membrana plasmática, PM; “mesosoma”, M; y ribosomas, R. B: ultraestructura de la cianobacteria Anacystis nidulans. La bacteria se encuentra en división y se ha formado en parte un tabique, LI y LII. Pueden observarse varias características estructurales, lo que incluye las capas de la pared celular, LIII y LIV de gránulos de polifosfato, pp; cuerpo poliédrico, pb; material de cianofisina, c; membrana plasmática, pm. C: Cromatium vinosum, una bacteria reductora de sulfato con gránulos intracelulares de azufre en microscopia de campo brillante (2000×). A: (Reproducida con autorización de Ralph A. Slepecky/Visuals Unlimited.) B: (Reproducida con autorización de National Research Council of Canada.) C: (Reproducida con autorización de The Shorter Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 8th ed, John Holt, editor, 1977. Copyright Bergey’s Manual Trust. Publicado por Williams & Wilkins.)
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    Alguien puede ayudarme hacer una fuente bibliografica de este libro , es urgente
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    gracias :D
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    Thank u so much!!
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    Gracias!
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    Buenísimo!
  8. Jose Guhuuzman Ghuilhlen
    Jose Guhuuzman Ghuilhlen
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    muchas gracias y amigos x si quieren libros mas de medicina y tambien tengo solo dejenme mesj en face =)
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    Jess Magaa Cerino
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    como lo descargo?
  10. Ingrid Ribeiro
    Ingrid Ribeiro
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    Muchas Gracias!