Desarrollo de Tesis Carlos Anangono 1.Desbloqueado
-
Upload
cynthia3014 -
Category
Documents
-
view
27 -
download
1
description
Transcript of Desarrollo de Tesis Carlos Anangono 1.Desbloqueado
-
1
INTRODUCCIN
El uso de cidos orgnicos como preservantes en alimentacin animal y
humana es muy antiguo. De hecho, el tradicional ensilado de forrajes se basa en
las propiedades antimicrobianas del cido lctico, generado por la fermentacin
que llevan a cabo bacterias lcticas. Tambin en la Industria Alimentaria son
bien conocidos los procesos que emplean este cido como conservador, tales
como el yogur, el chucrut o el salami. Sin embargo, el empleo de acidificantes
en alimentacin animal ha adquirido un considerable inters los ltimos aos,
debido a la necesidad de encontrar alternativas al empleo de varios antibiticos,
cuyo uso como preventivo se ha prohibido en la legislacin europea. (70)
Los acidificantes pueden tener una influencia positiva en la produccin
ganadera, ya que pueden limitar la proliferacin de bacterias y otros
microorganismos patgenos o nocivos. Al mismo tiempo, es muy difcil prever
las complejas interacciones que pueden darse entre cidos orgnicos y otros
componentes del alimento, as como la influencia de stos en el metabolismo
del animal y la microflora saprfita. (15)
-
2
Como ingenieros acuicultores, tenemos el desafo de buscar nuevas
alternativas de manejo para optimizar la produccin. Anteriormente las
enfermedades las controlbamos con antibiticos que en un futuro fueron
contraproducentes porque ocasionaron efectos colaterales tales como:
resistencia, acumulacin en el fondo de las piscinas y mutacin de los
patgenos. Los cidos orgnicos son una alternativa no slo porque ayudan a
controlar las enfermedades y obtener una mejor supervivencia, sino porque
como vamos a ver ms adelante mejoran la conversin alimenticia, el peso de
cosecha, y como consecuencia un mayor rendimiento en las piscinas.
-
3
CAPITULO I
CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS ACIDOS ORGNICOS
1.1. cidos orgnicos: disociacin y propiedades.
Concepto.- Los cidos orgnicos son compuestos oxigenados
derivados de los hidrocarburos que se forman al sustituir en un carbono
primario dos hidrgenos por un oxigeno que se une al carbono mediante un
doble enlace, y el tercer hidrogeno por un grupo (OH) que se une mediante
un enlace simple, el grupo formado por esta sustitucin, que como hemos
-
4
dicho se sita siempre en un extremo de la cadena y reciben el nombre de
carboxilo y su frmula es :
Figura 1.- Frmula de un cido orgnico (C. Mortimer)
Clasificacin.- Segn el nmero de grupos carboxilo, los cidos orgnicos
se clasifican en: monocarboxilicos, dicarboxilicos y tricarboxilicos.
Figura 2.- Clasificacin segn el # de grupos carboxilos
(C. Mortimer)
-
5
Tambin los cidos orgnicos se clasifican en: alifticos, si R es una cadena
lineal de carbonos y aromticos si R es un anillo de carbonos
Figura 3.- Acido orgnico aliftico (C. Mortimer)
Figura 4.- Acido orgnico aromtico (C. Mortimer)
Nomenclatura.- El nombre qumico de los cidos se basa en el del alcano o
hidrocarburo aromtico correspondiente, anteponindose la palabra cido y
empleando la terminacin oico.
-
6
Se admiten numerosos nombres comunes para estas sustancias, por ejemplo, el
cido metanoico, presente en muchos insectos, se suele llamar frmico (lat.
formica = hormiga) y el cido etanoico se denomina actico (lat. acetum =
vinagre).
Tabla I.- Nomenclatura de algunos cidos orgnicos (C. Mortimer)
Disociacin de los cidos.- La mayora de los cidos orgnicos, como el
actico, son cidos dbiles debido a que no se encuentran totalmente
disociados en solucin acuosa. Esto significa que aporta iones al medio,
pero tambin es capaz de aceptarlos. Si representramos el cido con la
frmula general HA, en una disolucin acuosa una cantidad significativa de HA
permanece sin disociar, mientras que el resto del cido se disociar
-
7
en iones positivos y negativos , formando un equilibrio cido-base en la
siguiente forma (H. Dupont).
Las concentraciones en equilibrio de reactivos y productos se relacionan
mediante la constante de acidez ( ), cuya expresin es:
Cuanto mayor es el valor de , ms se favorece la formacin de iones , y
ms bajo es el pH de la disolucin. La de los cidos dbiles vara entre
1,8010-16 y 55,50. Los cidos con una constante menor de
1,8010-16 son cidos ms dbiles que el agua. Los cidos con una
constante de ms de 55,50 se consideran cidos fuertes y se
disocian casi en su totalidad cuando son disueltos en agua.
-
8
Tabla II.- Constantes de acidez de algunos cidos carboxlicos
(H. Dupont)
Propiedades Fsicas.-
Solubilidad.- El grupo carboxilo COOH confiere carcter polar a los cidos y
permite la formacin de puentes de hidrgeno entre la molcula de cido
carboxlico y la molcula de agua. La presencia de dos tomos de oxgeno en el
grupo carboxilo hace posible que dos molculas de cido se unan entre s por
puente de hidrgeno doble, formando un dmero cclico. Esto hace que los
primeros cuatro cidos monocarboxlicos alifticos sean lquidos completamente
solubles en agua. La solubilidad disminuye a medida que aumenta el nmero de
cidos alifticos Ka cidos aromticos Ka
Mtanoico 17,7 x 10-
5 Fenil-metanico
6,3 x 10-
5
Etanico 1,75 x 10-
5 Paranitrobenzico 36 x 10-5
Propanico 1,3 x 10-5 Metanitrobenzoico 32 x 10-5
2-
metilbutanoico
1,68 x 10-
5 Ortonitrobenzico
670 x 10-
5
-
9
tomos de carbono. A partir del cido dodecanico o cido lurico los cidos
carboxlicos son slidos blandos insolubles en agua.
Figura 5.- Solubilidad de cidos alifticos (C. Harris)
En los cidos aromticos monocarboxlicos, la relacin carbono-carbono es de
6:1 lo que provoca que la solubilidad se vea disminuida con respecto a los
cidos monocarboxlicos alifticos.
Figura 6.-Solubilidad de cidos aromticos (C. Harris)
Punto de ebullicin: Los cidos carboxlicos presentan puntos de ebullicin
elevados debido a la presencia de doble puente de hidrgeno.
-
10
Figura 7.- Punto de ebullicin de los cidos (C. Harris)
Punto de fusin: El punto de fusin vara segn el nmero de carbonos,
siendo ms elevado el de los cidos frmico y actico, al compararlos con los
cidos propinico, butrico y valrico de 3, 4 y 5 carbonos, respectivamente.
Despus de 6 carbonos el punto de fusin se eleva de manera irregular.
Esto se debe a que el aumento del nmero de tomos de carbono interfiere en
la asociacin entre las molculas. Los cidos monocarboxlicos aromticos son
slidos cristalinos con puntos de fusin altos respecto a los cidos alifticos.
Los cidos frmico y actico (1, 2 carbonos) son lquidos de olores irritantes.
Los cidos butricos, valeriano y caprico (4, 5 y 6 carbonos) presentan olores
desagradables. Los cidos con mayor cantidad de carbonos presentan poco
olor.
-
11
Tabla III.- Valores de Puntos de fusin y ebullicin de algunos cidos
(C. Harris)
Nombre
Pto. de
fusin
C
Pto. de
ebullicin
C
Solubilidad gr
en 100 gr de
agua.
Ac. metanico 8 100,5 Muy soluble
Ac. etanico 16,6 118 Muy soluble
Ac. propanico -22 141 Muy soluble
Ac. butanico -6 164 Muy soluble
Ac. etanodiico 189 239 0,7
Ac. propanodiico 135,6 Soluble
Ac.
fenilmetanico 122
Soluble
Ac. ftlico 231 250 O,34
-
12
Propiedades Qumicas.-
El comportamiento qumico de los cidos carboxlicos est determinado por el
grupo carboxilo -COOH. Esta funcin consta de un grupo carbonilo (C=O) y de
un hidroxilo
(-OH). Donde el -OH es el que sufre casi todas las reacciones: prdida de
protn (H+) o reemplazo del grupo OH por otro grupo.
Sntesis de los cidos carboxlicos.- Los cidos carboxlicos pueden obtenerse a
partir de reacciones qumicas como la oxidacin de alcoholes primarios, de los
compuestos alquil-bencnicos y por la hidrlisis de nitrilos entre otras.
En la oxidacin de alcoholes primarios para obtener cidos carboxlicos
mediante esta reaccin, el alcohol primario se trata con un agente oxidante
fuerte donde el alcohol acta como un agente reductor oxidndose hasta cido
carboxlico.
-
13
Figura 8.- Oxidacin de alcoholes primarios para obtener cidos (C. Harris)
La oxidacin de los derivados alquil-bencnicos con mezclas oxidantes fuertes
lleva a la formacin de cidos carboxlicos.
Figura 9.- Oxidacin de alquil-bencnicos para obtener
cidos (C. Harris)
Los nitrilos se hidrolizan al ser sometidos a ebullicin con cidos minerales o
lcalis en solucin acuosa, generando cidos carboxlicos mediante sustitucin
nucleoflica.
Figura 10.- Hidrlisis de nitrilos para obtener cidos (C. Harris)
-
14
1.2. Modo de accin de los cidos orgnicos: efecto antimicrobiano
Es importante sealar que los cidos ejercen sobre los microorganismos dos
tipos de efectos distintos, aunque estrechamente relacionados. En primer lugar,
existe un efecto antimicrobiano debido a la acidez en s, esto es, por un declive
del pH extracelular. El segundo tipo, ms importante en la prctica, es el efecto
antimicrobiano especfico debido a la forma no disociada, que atraviesa la
membrana celular, y causa una disminucin del pH intracelular.
Todos los microorganismos tienen un pH ptimo de crecimiento y un intervalo de
pH fuera del cual les resulta imposible proliferar. Esto se refiere al pH del medio
o extracelular, ya que el pH intracelular tiene que estar necesariamente cerca de
la neutralidad, incluso el de los organismos que crecen mejor a pH cidos
(acidfilos).
El mantenimiento de estas condiciones adecuadas de pH se consigue
mediante diversos mecanismos de homeostasis (8)
Las bacterias entticas, como Escherichia y Salmonella slo crecen a pH
prximos a la neutralidad (neutrfilos). Dada la naturaleza logartmica de la
escala de pH, una disminucin de 1 o 2 unidades (equivalente a un aumento de
-
15
10 o 100 veces en la concentracin de protones) tiene un efecto drstico sobre
la proliferacin de microorganismos.
La mayora de las bacterias crecen mal a pH inferiores a 5, pero este nivel de
acidez no garantiza, naturalmente, la esterilidad microbiolgica: muchas
bacterias pueden sobrevivir en estas condiciones durante periodos prolongados
de tiempo (70).
Un pH extracelular muy alejado de 7 perturba el gradiente de protones, que es el
principal componente de la fuerza proto-motriz, necesaria para los procesos de
transporte a travs de la membrana, motilidad y sntesis de ATP acoplada al
proceso respiratorio. Adems, el metabolismo anaerbico de bacterias se
encuentra regulado por el pH del medio (8). El efecto de la acidificacin del
medio depende de la concentracin y fuerza del cido.
Por tanto, este tipo de efecto antimicrobiano ocurrir igual con cidos orgnicos
que inorgnicos, con la salvedad de que har falta utilizar una cantidad mayor
de un cido orgnico (dbil) que de un cido inorgnico (fuerte) para alcanzar el
mismo pH.
Otra consecuencia negativa de este proceso se debe al aumento de turgor
celular. Al producirse la disociacin del cido en el interior de la clula, la
concentracin interna de
-
16
aniones va aumentar. Esto a su vez, desencadena un mecanismo de
compensacin de la carga elctrica que obliga a la bacteria a aumentar los
niveles de Na+, K+ y/o glutamato, lo que lleva a un incremento mayor de la
fuerza inica intracelular y del turgor. Este proceso provoca un gran aumento de
la presin mecnica sobre la pared del microorganismo, lo que hace que
eventualmente estalle (28).
Naturalmente, el efecto inhibitorio a causa de la forma no disociada no tiene
lugar si la acidificacin se produce utilizando cidos inorgnicos fuertes, por la
sencilla razn de que todo el cido se encuentra disociado en disolucin. La
mayor o menor actividad inhibitoria de la forma no disociada depende, en primer
lugar, de la capacidad de sta para atravesar las membranas plasmtica y
exterior de la bacteria, por lo que, en general resultarn ms eficaces molculas
de pequeo tamao y carcter hidrofbico. Con todo, este tipo de toxicidad se
debe seguramente a otros efectos del anin en el interior de la clula y, por
tanto, su toxicidad hay que determinarla empricamente para cada cido
orgnico y cada tipo de microorganismo.
Aunque la acidificacin del medio extracelular y el efecto antimicrobiano
especfico sean muy diferentes, se encuentran ntimamente relacionados,
-
17
debido a que la concentracin de la forma no disociada de un cido dbil
depende, a su vez, del pH del medio; de acuerdo con la ecuacin:
[AH] = [AH] + [A-] / (1+10pH-pKa)
indica que la concentracin de la forma no disociada del cido dbil ser mayor
a un pH inferior al pKa correspondiente. Esta relacin entre pH y concentracin
de la forma no disociada permite disear acidificantes compuestos por dos
especies qumicas, por ejemplo, un cido inorgnico, con el objetivo de bajar el
pH y un cido orgnico dbil con buen efecto antimicrobiano. Asimismo, es
perfectamente posible emplear las sales correspondientes a los cidos
orgnicos, que al ser compuestos slidos resultan ms fciles de manejar.
1.3. cidos orgnicos en el pienso. Interacciones entre el pienso y el
cido orgnico.
Para poder evaluar las consecuencias de aadir acidificantes al alimento, hay
que tener en consideracin que los cidos orgnicos van a tener un efecto no
slo en el pienso en s, sino tambin en el estmago e intestino del animal.
-
18
Adems, estos efectos no se van a limitar a la inhibicin de microorganismos
potencialmente txicos, sino tambin a la flora microbiana del intestino y a la
fisiologa del animal. Resulta muy difcil hacer generalizaciones, porque los
efectos pueden ser totalmente distintos al variar el tipo de cido, el pienso sobre
el que se aplica y la especie y la edad del animal.
En primer lugar, debe considerarse el efecto del acidificante sobre el pienso en
s. El declive del pH ser mayor o menor dependiendo de la capacidad de
tamponacin del propio pienso. La mayora de los piensos que se utilizan en la
prctica son muy complejos qumicamente y suelen contener sustancias con
capacidad de actuar como tampn. En alimentos de origen animal, las
molculas ms importantes en este sentido son: protenas, fosfatos y el cido
lctico, mientras que en alimentos de origen vegetal, stas son los cidos
policarboxlicos y, en menor medida, protenas y fosfatos (24).
En definitiva, el efecto de un acidificante sobre el pH del alimento tiene que
medirse experimentalmente, siendo necesario ajustar la cantidad de cido en
funcin de la capacidad de tamponacin. En general, las leguminosas tienen
mayor capacidad amortiguadora del pH que los cereales.
-
19
Los efectos de un acidificante sobre el alimento del ganado no se limitan a la
accin inhibidora de microorganismos, sino que pueden producir otras
modificaciones.
Por ejemplo, a pH incluso moderadamente cidos se puede producir la
desnaturalizacin de protenas, lo que en general se traduce en un aumento de
la digestibilidad de las mismas (6).
Mayor importancia pueden tener los cambios en la palatabilidad y aceptabilidad
del alimento, factor que puede fcilmente limitar la mxima concentracin
posible de cidos orgnicos.
Una vez ingeridos, los acidificantes tambin pueden tener efectos en el
estmago del animal. Esto es importante en el caso de los lechones recin
destetados, en virtud de que los mecanismos de secrecin de HCl para acidificar
el estmago an no estn completamente desarrollados, y frecuentemente se
produce una ralentizacin del crecimiento.
Se ha comprobado experimentalmente que la adicin de acidificantes
contribuye a disminuir el pH estomacal y disminuye la incidencia de infecciones
por enterobacterias (27, 7).
-
20
La disminucin del pH estomacal tambin puede afectar a la digestin de
protenas, ya que la principal enzima proteoltica del estmago, la pepsina, tiene
un pH ptimo acdico.
Sin embargo, en la mayora de los casos este efecto tiene una importancia
secundaria, puesto que el grueso de la digestin proteica se produce en el
intestino (76).
En rumiantes, la adicin de cidos orgnicos afecta a las bacterias del rumen,
por lo que los efectos son sumamente complejos y hasta la fecha, estn mal
conocidos (57).
Por ltimo, la ingestin de cidos orgnicos va a producir efectos en el intestino
del animal, aunque no es fcil que se produzca una disminucin del pH en este
rgano. Puede pensarse en un cierto efecto de proteccin frente a
enterobacterias patgenas, mientras que la flora beneficiosa, rica en bacterias
lcticas, se ver poco afectada, de hecho, los monogstricos includo el humano
mantienen poblaciones bacterianas muy bajas en el intestino delgado, gracias a
mecanismos naturales de defensa, en particular, a la secrecin de protenas
antibacterianas (defensinas) por el epitelio intestinal. El posible sinergismo entre
cidos orgnicos y protenas antibacterianas constituye una interesante rea de
-
21
investigacin para el futuro. Como sntesis se establece que los cidos
orgnicos son metabolizables y contribuyen a la energa bruta del alimento.
En algunas ocasiones se ha determinado que la combinacin de cidos
orgnicos resulta ms efectiva que la suma de los efectos de ambos por
separado (73).
Una explicacin posible se asocia a la combinacin acidificante-antibacteriano
antes mencionada. En otros casos, la explicacin al sinergismo requerir un
mejor conocimiento del mecanismo de accin de los cidos (70)
1.4. cidos orgnicos como promotores de crecimiento
La aplicacin de cidos orgnicos y sus sales para las dietas de cerdos ha sido
extensamente estudiada. Han comenzado a utilizarse desde que la prohibicin
de promotores de crecimiento a base de antibiticos entr en vigencia en
Europa en el 2006. Numerosos estudios han demostrado su modo y magnitud
de accin y han establecido las dosis efectivas para los lechones, cerdos de
engorde y cerdas. El uso de cido frmico y su doble sal de potasio en particular
han sido objeto de intensa investigacin, con el resultado que ahora conocemos
su efecto dependiente de la dosis sobre el desempeo del crecimiento y la
conversin alimenticia en cerdos bajo un rango de diferentes condiciones
ambientales y las formulaciones de alimentos. Su principal modo de accin es
-
22
su efecto antimicrobiano, lo cual hace que sea comparable con los promotores
de crecimiento a base de antibiticos; sin embargo, los cidos orgnicos
tambin reducen el pH en el estmago, lo que optimiza las condiciones para la
actividad de la pepsina, y aumenta la digestibilidad del nitrgeno, fsforo y
algunos minerales.
Esto no es solo benfico al reservar los nutrientes, sino que tambin previene
prdidas que podran de otro modo contribuir a la contaminacin ambiental. Ms
recientemente, el uso de cidos en general y en particular los diformatos, se ha
extendido a las industrias de las aves de corral y de la Acuicultura. Sus efectos
en el mejoramiento del rendimiento en las aves de corral y los peces estn
documentados (70). Con un efecto promotor de crecimiento similar al de los
promotores de crecimiento a base de antibiticos, el paso de promotores de
crecimiento hacia los cidos orgnicos, especialmente diformato de potasio,
puede lograrse sin detrimento de la rentabilidad.
La aplicacin benfica de las sales de cidos orgnicos tambin fue demostrada
por Tung et al. (2006) quien utilizo 5 kg / Ton de citrato de sodio junto a
lactobacillos inactivados para impulsar el crecimiento del camarn de kuruma
-
23
(Masurpenaeus japonicus). Por ltimo, un informe reciente (Lckstdt, datos no
publicados) sugiere que una dosis de 2,5 kg / Ton de formiato de calcio tambin
puede aumentar las tasas de supervivencia en el cultivo de camarn de agua
dulce en Taiwn. Sin embargo, aquellos resultados obtenidos deben ser
evaluados en ms de una temporada de cultivo.
1.5. Estudios previos del uso de cidos orgnicos en camarn
cidos orgnicos como inhibidores del crecimiento de un potencial
patgeno para el camarn: vibrio harveyi (ensayo in vitro)
Saori Mine y Raj Boopathy (2011) del Departamento de Ciencias Biolgicas de
la Universidad de Nicholls estudiaron el efecto de cidos orgnicos sobre un
patgeno del camarn: El vibrio harveyi., en este estudio, se investigaron los
efectos inhibidores del crecimiento de los cidos orgnicos de cadena corta, a
saber: cido frmico, cido actico, cido propinico y cido butrico, sobre V.
Harveyi(82).
Los resultados de esta prueba de laboratorio fueron los siguientes:
-
24
Entre los cuatro cidos, el cido frmico mostr el mayor efecto inhibitorio sobre
V. harveyi seguido de cido actico, cido propinico y cido butrico:
Acido frmico >Acido actico >Acido propinico >Acido butrico
La concentracin mnima inhibitoria (MIC) de acido frmico al 0.035% suprimi
el crecimiento de V. harveyi. El principal mecanismo de inhibicin parece ser el
efecto del pH de los cidos orgnicos:
Acido frmico (0,035 %) < acido Propinico (0,06 %) < acido actico y Butrico
(0,1 %).
Los valores de la concentracin efectiva 50 (EC 50) a las 96 horas de inoculacin
para todos los cidos orgnicos se determino en 0.023, 0.041, 0.03, y 0.066%
para acido frmico, actico, propinico y butrico, respectivamente:
Acido frmico (0, 023 %) < Acido propinico (0,030 %) < Acido actico (0,041 %)
< Acido butrico (0,066 %).
Estos resultados del estudio de laboratorio son alentadores para formular
alimentos para camarones con cidos orgnicos y as controlar la infeccin por
vibrio en las granjas de camarones de acuicultura.
-
25
CAPTULO II
CARACTERSTICAS GENERALES DE LAS BACTERIAS PATGENAS
2.1. Aspectos biolgicos de las bacterias
-
26
Las bacterias son los organismos ms abundantes del planeta. Son ubicuas, se
encuentran en todos los hbitats terrestres y acuticos; crecen hasta en los ms
extremos como en los manantiales de aguas calientes y cidas, en desechos
radioactivos, en las profundidades tanto del mar como de la corteza terrestre
(29). Algunas bacterias pueden incluso sobrevivir en las condiciones extremas
del espacio exterior. Se estima que se pueden encontrar en torno a 40 millones
de clulas bacterianas en un gramo de tierra y un milln de clulas bacterianas
en un mililitro de agua dulce. En total, se calcula que hay aproximadamente
51030 bacterias en el mundo (98).
Las bacterias son imprescindibles para el reciclaje de los elementos, pues
muchos pasos importantes de los ciclos biogeoqumicos dependen de stas.
Como ejemplo cabe citar la fijacin del nitrgeno atmosfrico. Sin embargo,
solamente la mitad de los filos conocidos de bacterias tienen especies que se
pueden cultivar en el laboratorio, por lo que una gran parte (se supone que
cerca del 90%) de las especies de bacterias existentes todava no ha sido
descrita (75).
En el cuerpo humano hay aproximadamente diez veces ms clulas bacterianas
que clulas humanas, con una gran cantidad de bacterias en la piel y en el
-
27
tracto digestivo. Aunque el efecto protector del sistema inmunitario hace que la
gran mayora de estas bacterias sea inofensiva o beneficiosa, algunas bacterias
patgenas pueden causar enfermedades infecciosas, incluyendo: clera, sfilis,
lepra, tifus, difteria, escarlatina, etc. Las enfermedades bacterianas mortales
ms comunes son las infecciones respiratorias, con una mortalidad slo para la
tuberculosis de cerca de dos millones de personas al ao (83).
En todo el mundo se utilizan antibiticos para tratar las infecciones bacterianas.
Los antibiticos son efectivos contra las bacterias porque inhiben la formacin
de la pared celular o detienen otros procesos de su ciclo de vida. Tambin se
usan extensamente en la agricultura y la ganadera, lo que ocasiona que se est
generalizando la resistencia de las bacterias a los antibiticos. En la industria,
las bacterias son importantes en procesos tales como: En el tratamiento de
aguas residuales, produccin de queso, yogur, mantequilla, vinagre, y la
fabricacin de medicamentos y de otros productos qumicos (39).
-
28
Morfologa bacteriana
La forma de las bacterias es muy variada y, a menudo, una misma especie
adopta distintos tipos morfolgicos, lo que se conoce como pleomorfismo. De
todas formas, podemos distinguir tres tipos fundamentales de bacterias:
Coco (del griego kkkos, grano): de forma esfrica.
Diplococo: cocos en grupos de dos.
Tetracoco: cocos en grupos de cuatro.
Estreptococo: cocos en cadenas.
Estafilococo: cocos en agrupaciones irregulares o en racimo.
Bacilo (del latn baculus, varilla): en forma de bastoncillo.
Formas helicoidales:
Vibrio: ligeramente curvados y en forma de coma, juda o cacahuete.
Espirilo: en forma helicoidal rgida o en forma de tirabuzn.
-
29
Espiroqueta: en forma de tirabuzn (helicoidal flexible).
Algunas especies presentan incluso formas tetradricas o cbicas (30). Esta
amplia variedad de formas es determinada en ltima instancia por la
composicin de la pared celular y el citoesqueleto, siendo de vital importancia,
porque puede influir en la capacidad de la bacteria para adquirir nutrientes,
unirse a superficies o moverse en presencia de estmulos (100).
A continuacin se citan diferentes especies con diversos patrones de
asociacin:
Neisseria gonorrhoeae en forma diploide (por pares).
Streptococcus en forma de cadenas.
Staphylococcus en forma de racimos.
Actinobacteria en forma de filamentos. Dichos filamentos suelen rodearse de
una vaina que contiene multitud de clulas individuales, pudiendo llegar a
ramificarse, como el gnero Nocardia, adquiriendo as el aspecto del micelio de
un hongo, (26).
-
30
Por ltimo, cabe destacar un tipo de morfologa ms compleja an, observable
en algunos microorganismos del grupo de las mixobacterias. Cuando estas
bacterias se encuentran en un medio escaso en aminocidos son capaces de
detectar a las clulas de alrededor, en un proceso conocido como quorum
sensing, en el cual todas las clulas migran hacia las dems y se agregan,
dando lugar a cuerpos fructferos que pueden alcanzar los 0,5 mm de longitud y
contener unas 100.000 clulas (85). Una vez formada dicha estructura las
bacterias son capaces de llevar a cabo diferentes funciones, es decir, se
diferencian, alcanzando as un cierto nivel de organizacin pluricelular. Por
ejemplo, entre una y diez clulas migran a la parte superior del cuerpo fructfero
y, una vez all, se diferencian para dar lugar a un tipo de clulas latentes
denominadas mixosporas, las cuales son ms resistentes a la desecacin y, en
general, a condiciones ambientales adversas (46).
Estructura de la clula bacteriana
Las bacterias son organismos relativamente sencillos. Sus dimensiones son
muy reducidas, unos 2 m de ancho por 7-8 m de longitud en la forma
cilndrica (bacilo) de tamao medio; aunque son muy frecuentes las especies de
0,5-1,5 m.
-
31
Carecen de un ncleo delimitado por una membrana aunque presentan un
nucleoide, una estructura elemental que contiene una gran molcula circular de
ADN. El citoplasma carece de orgnulos delimitados por membranas y de las
formaciones protoplasmticas propias de las clulas eucariotas. En el
citoplasma se pueden apreciar plsmidos, pequeas molculas circulares de
ADN que coexisten con el nucleoide, contienen genes y son comnmente
usados por las bacterias en la conjugacin. El citoplasma tambin contiene
vacuolas (grnulos que contienen sustancias de reserva) y ribosomas (utilizados
en la sntesis de protenas).
Una membrana citoplasmtica compuesta de lpidos rodea el citoplasma y, al
igual que las clulas de las plantas, la mayora posee una pared celular, que en
este caso est compuesta por peptidoglicano (murena). Algunas bacterias,
adems, presentan una segunda membrana lipdica (membrana externa)
rodeando a la pared celular. El espacio comprendido entre la membrana
citoplasmtica y la pared celular (o la membrana externa si esta existe) se
denomina espacio periplsmico. Algunas bacterias presentan una cpsula y
otras son capaces de desarrollarse como endosporas, estados latentes capaces
-
32
de resistir condiciones extremas. Entre las formaciones exteriores propias de la
clula bacteriana destacan los flagelos y los pili (36).
Estructuras intracelulares
La membrana citoplasmtica bacteriana tiene una estructura similar a la de
plantas y animales. Es una bicapa lipdica compuesta fundamentalmente de
fosfolpidos en la que se insertan molculas de protenas. En las bacterias
realiza numerosas funciones entre las que se incluyen las de barrera osmtica,
transporte, biosntesis, transduccin de energa, centro de replicacin de ADN y
punto de anclaje para los flagelos. A diferencia de las membranas eucariticas,
generalmente no contiene esteroles (son excepciones micoplasmas y algunas
proteobacterias), aunque puede contener componentes similares denominados
hopanoides.
Muchas importantes reacciones bioqumicas que tienen lugar en las clulas se
producen por la existencia de gradientes de concentracin a ambos lados de
-
33
una membrana. Este gradiente crea una diferencia de potencial anloga a la de
una batera elctrica y permite a la clula, por ejemplo, el transporte de
electrones y la obtencin de energa. La ausencia de membranas internas en las
bacterias significa que estas reacciones tienen que producirse a travs de la
propia membrana citoplasmtica, entre el citoplasma y el espacio periplsmico.
(46).
Puesto que las bacterias son procariotas no tienen orgnulos citoplasmticos
delimitados por membranas y por ello presentan pocas estructuras
intracelulares. Carecen de ncleo celular, mitocondrias, cloroplastos y de los
otros orgnulos presentes en las clulas eucariotas, tales como el aparato de
Golgi y el retculo endoplasmtico (36).
Como excepcin, algunas bacterias contienen estructuras intracelulares
rodeadas por membranas que pueden considerarse primitivos orgnulos.
Ejemplos son los tilacoides de las cianobacterias, los compartimentos que
contienen amonio monooxigenasa en nitrosomonadaceae y diversas estructuras
en planctomycetes (5)
-
34
Como todos los organismos vivos, las bacterias contienen ribosomas para la
sntesis de protenas, Muchas bacterias presentan vacuolas, grnulos
intracelulares para el almacenaje de sustancias, como por ejemplo glucgeno,
polifosfatos, azufre o polihidroxialcanoatos. (10). Ciertas especies bacterianas
fotosintticas, tales como las cianobacterias, producen vesculas internas de gas
que utilizan para regular su flotabilidad y as alcanzar la profundidad con
intensidad de luz ptima y/o unos niveles de nutrientes ptimos. Otras
estructuras presentes en ciertas especies son los carboxisomas (que contienen
enzimas para la fijacin de carbono) y los magnetosomas (para la orientacin
magntica) ( 45)
Las bacterias no tienen un ncleo delimitado por membranas. El material
gentico est organizado en un nico cromosoma situado en el citoplasma,
dentro de un cuerpo irregular denominado nucleoide (32). La mayora de los
cromosomas bacterianos son circulares, si bien existen algunos ejemplos de
cromosomas lineales, por ejemplo, Borrelia burgdorferi. El nucleoide contiene el
cromosoma junto con las protenas asociadas y ARN. El orden Planctomycetes
es una excepcin, pues una membrana rodea su nucleoide y tiene varias
estructuras celulares delimitadas por membranas (5)
-
35
Anteriormente se pensaba que las clulas procariotas no posean citoesqueleto,
pero desde entonces se han encontrado homlogos bacterianos de las
principales protenas del citoesqueleto de los eucariontes. Estos incluyen las
protenas estructurales FtsZ (que se ensambla en un anillo para mediar durante
la divisin celular bacteriana) y MreB (que determina la anchura de la clula). El
citoesqueleto bacteriano desempea funciones esenciales en la proteccin,
determinacin de la forma de la clula bacteriana y en la divisin celular (32)
Estructuras extracelulares
Las bacterias disponen de una pared celular que rodea a su membrana
citoplasmtica. Las paredes celulares bacterianas estn hechas de
peptidoglicano (llamado antiguamente murena). Esta sustancia est compuesta
por cadenas de polisacrido enlazadas por pptidos inusuales que contienen
aminocidos (84). Estos aminocidos no se encuentran en las protenas, por lo
que protegen a la pared de la mayora de las peptidasas. Las paredes celulares
bacterianas son distintas de las que tienen plantas y hongos, compuestas de
celulosa y quitina, respectivamente (96). Son tambin distintas a las paredes
celulares de Archaea, que no contienen peptidoglicano. El antibitico penicilina
-
36
puede matar a muchas bacterias inhibiendo un paso de la sntesis del
peptidoglicano..
Existen dos diferentes tipos de pared celular bacteriana denominadas Gram-
positiva y Gram-negativa, respectivamente. Estos nombres provienen de la
reaccin de la pared celular a la tincin de Gram, un mtodo tradicionalmente
empleado para la clasificacin de las especies bacterianas (47). Las bacterias
Gram-positivas tienen una pared celular gruesa que contiene numerosas capas
de peptidoglicano en las que se inserta cido teicoico. En cambio, las bacterias
Gram-negativas tienen una pared relativamente fina, consistente en unas pocas
capas de peptidoglicano, rodeada por una segunda membrana lipdica (la
membrana externa) que contiene lipopolisacridos y lipoprotenas.
Las micoplasmas son una excepcin, pues carecen de pared celular. La
mayora de las bacterias tienen paredes celulares Gram-negativas; solamente
son Gram-positivas Firmicutes y Actinobacteria. Estos dos grupos eran
antiguamente conocidos como bacterias Gram-positivas de contenido GC bajo y
bacterias Gram-positivas de contenido GC alto, respectivamente. Estas
-
37
diferencias en la estructura de la pared celular dan lugar a diferencias en la
susceptibilidad antibitica. Por ejemplo, la vancomicina puede matar solamente
a bacterias Gram-positivas y es ineficaz contra patgenos Gram-negativos, tales
como Haemophilus influenzae o Pseudomonas aeruginosa (38).
Dentro del filo Actinobacteria cabe hacer una mencin especial al gnero
Mycobacterium, el cual, si bien se encuadra dentro de las Gram positivas, no
parece serlo desde el punto de vista emprico, ya que su pared no retiene el
tinte. Esto se debe a que presentan una pared celular poco comn, rica en
cidos miclicos, de carcter hidrfobo y ceroso y bastante gruesa, lo que les
confiere una gran resistencia.
Muchas bacterias tienen una capa S de molculas de protena de estructura
rgida que cubre la pared celular. Esta capa proporciona proteccin qumica y
fsica para la superficie celular y puede actuar como una barrera de difusin
macromolecular. Las capas S tienen diversas (aunque todava no bien
comprendidas) funciones. Por ejemplo, en el gnero Campylobacter actan
-
38
como factores de virulencia y en la especie Bacillus stearothermophilus
contienen enzimas superficiales (21)
Los flagelos son largos apndices filamentosos compuestos de protenas y
utilizados para el movimiento. Tienen un dimetro aproximado de 20 nm y una
longitud de hasta 20 m. Los flagelos son impulsados por la energa obtenida de
la transferencia de iones. Esta Transferencia es impulsada por el gradiente
electroqumico que existe entre ambos lados de La membrana citoplasmtica.
Las fimbrias son filamentos finos de protenas que se distribuyen sobre la
superficie de la clula. Tienen un dimetro aproximado de 2-10 nm y una
longitud de hasta varios m. Cuando se observan a travs del microscopio
electrnico se asemejan a pelos finos. Las fimbrias ayudan a la adherencia de
las bacterias a las superficies slidas o a otras clulas y son esenciales en la
virulencia de algunos patgenos. Los pili son apndices celulares ligeramente
mayores que las fimbrias y se utilizan para la transferencia de material gentico
entre bacterias en un proceso denominado conjugacin bacteriana (48).
Muchas bacterias son capaces de acumular material en el exterior para recubrir
su superficie. Dependiendo de la rigidez y su relacin con la clula se clasifican
en cpsulas y glicocalix. La cpsula es una estructura rgida que se une
-
39
firmemente a la superficie bacteriana, en tanto que el glicocalix es flexible y se
une de forma laxa. Estas estructuras protegen a las bacterias pues dificultan que
sean fagocitadas por clulas eucariotas tales como los macrfagos. Tambin
pueden actuar como antgenos y estar implicadas en el reconocimiento
bacteriano, as como ayudar a la adherencia superficial y a la formacin de
biopelculas (90).
La formacin de estas estructuras extracelulares depende del sistema de
secrecin bacteriano. Este sistema transfiere protenas desde el citoplasma al
periplasma o al espacio que rodea a la clula. Se conocen muchos tipos de
sistemas de secrecin, que son a menudo esenciales para la virulencia de los
patgenos, por lo que son extensamente estudiados.
Ciertos gneros de bacterias Gram-positivas, tales como Bacillus, Clostridium,
Sporohalobacter, Anaerobacter y Heliobacterium, pueden formar endosporas.[79]
Las endosporas son estructuras durmientes altamente resistentes cuya funcin
primaria es sobrevivir cuando las condiciones ambientales son adversas. En
casi todos los casos, las endosporas no forman parte de un proceso
-
40
reproductivo, aunque Anaerobacter puede formar hasta siete endosporas a
partir de una clula.[80] Las endosporas tienen una base central de citoplasma
que contiene ADN y ribosomas, rodeada por una corteza y protegida por una
cubierta impermeable y rgida (67).
Las endosporas no presentan un metabolismo detectable y pueden sobrevivir a
condiciones fsicas y qumicas extremas, tales como altos niveles de luz
ultravioleta, rayos gamma, detergentes, desinfectantes, calor, presin y
desecacin. En este estado durmiente, las bacterias pueden seguir viviendo
durante millones de aos, e incluso pueden sobrevivir en la radiacin y vaco del
espacio exterior. Las endosporas pueden tambin causar enfermedades. Por
ejemplo, puede contraerse carbunco por la inhalacin de endosporas de Bacillus
anthracis y ttanos por la contaminacin de las heridas con endosporas de
Clostridium tetani (12).
Metabolismo
-
41
En contraste con los organismos superiores, las bacterias exhiben una gran
variedad de tipos metablicos. La distribucin de estos tipos metablicos dentro
de un grupo de bacterias se ha utilizado tradicionalmente para definir su
taxonoma, pero estos rasgos no corresponden a menudo con las clasificaciones
genticas modernas. El metabolismo bacteriano se clasifica con base en tres
criterios importantes: el origen del carbono, la fuente de energa y los donadores
de electrones. Un criterio adicional para clasificar a los microorganismos que
respiran es el receptor de electrones usado en la respiracin (99).
Segn la fuente de carbono, las bacterias se pueden clasificar como:
Hetertrofas, cuando usan compuestos orgnicos.
Auttrofas, cuando el carbono celular se obtiene mediante la fijacin del dixido
de carbono.
Las bacterias auttrofas tpicas son las cianobacterias fotosintticas, las
bacterias verdes del azufre y algunas bacterias prpura. Pero hay tambin
muchas otras especies quimiolitotrofas, por ejemplo, las bacterias nitrificantes y
oxidantes del azufre (102).
-
42
Segn la fuente de energa, las bacterias pueden ser:
Fototrofas, cuando emplean la luz a travs de la fotosntesis.
Quimiotrofas, cuando obtienen energa a partir de sustancias qumicas que son
oxidadas principalmente a expensas del oxgeno (respiracin aerobia) o de otros
receptores de electrones alternativos (respiracin anaerobia).
Segn los donadores de electrones, las bacterias tambin se pueden clasificar
como:
Litotrofas, si utilizan como donadores de electrones compuestos inorgnicos.
Organotrofas, si utilizan como donadores de electrones compuestos orgnicos.
Los organismos quimiotrofos usan donadores de electrones para la
conservacin de energa (durante la respiracin aerobia, anaerobia y la
fermentacin) y para las reacciones biosintticas (por ejemplo, para la fijacin
del dixido de carbono), mientras que los organismos fototrofos los utilizan
nicamente con propsitos biosintticos.
-
43
Los organismos que respiran usan compuestos qumicos como fuente de
energa, tomando electrones del sustrato reducido y transfirindolos a un
receptor terminal de electrones en una reaccin redox. Esta reaccin desprende
energa que se puede utilizar para sintetizar ATP y as mantener activo el
metabolismo. En los organismos aerobios, el oxgeno se utiliza como receptor
de electrones. En los organismos anaerobios se utilizan como receptores de
electrones otros compuestos inorgnicos tales como nitratos, sulfatos o dixido
de carbono. Esto conduce a que se lleven a cabo los importantes procesos
biogeoqumicos de la desnitrificacin, la reduccin del sulfato y la acetognesis,
respectivamente. Otra posibilidad es la fermentacin, un proceso de oxidacin
incompleta, totalmente anaerbico, siendo el producto final un compuesto
orgnico, que al reducirse ser el receptor final de los electrones. Ejemplos de
productos de fermentacin reducidos son el lactato (en la fermentacin lctica),
etanol (en la fermentacin alcohlica), hidrgeno, butirato, etc. La fermentacin
es posible porque el contenido de energa de los sustratos es mayor que el de
los productos, lo que permite que los organismos sinteticen ATP y mantengan
activo su metabolismo. Los organismos anaerobios facultativos pueden elegir
entre la fermentacin y diversos receptores terminales de electrones
dependiendo de las condiciones ambientales en las cuales se encuentren (103).
-
44
Las bacterias litotrofas pueden utilizar compuestos inorgnicos como fuente de
energa. Los donadores de electrones inorgnicos ms comunes son el
hidrgeno, el monxido de carbono, el amonaco (que conduce a la nitrificacin),
el hierro ferroso y otros iones de metales reducidos, as como varios
compuestos de azufre reducidos. En determinadas ocasiones, las bacterias
metanotrofas pueden usar gas metano como fuente de electrones y como
sustrato simultneamente, para el anabolismo del carbono.[92] En la fototrofa y
quimiolitotrofa aerobias, se utiliza el oxgeno como receptor terminal de
electrones, mientras que bajo condiciones anaerbicas se utilizan compuestos
inorgnicos. La mayora de los organismos litotrofos son auttrofos, mientras
que los organismos organotrofos son hetertrofos (19).
Adems de la fijacin del dixido de carbono mediante la fotosntesis, algunas
bacterias tambin fijan el gas nitrgeno usando la enzima nitrogenasa. Esta
caracterstica es muy importante a nivel ambiental y se puede encontrar en
bacterias de casi todos los tipos metablicos enumerados anteriormente,
aunque no es universal.[93] El metabolismo microbiano puede jugar un papel
importante en la biorremediacin pues, por ejemplo, algunas especies pueden
-
45
realizar el tratamiento de las aguas residuales y otras son capaces de degradar
los hidrocarburos, sustancias txicas e incluso radiactivas. En cambio, las
bacterias reductoras de sulfato son en gran parte responsables de la produccin
de formas altamente txicas de mercurio (metil- y dimetil-mercurio) en el
ambiente (101).
Movimiento
Algunas bacterias son inmviles y otras limitan su movimiento a cambios de
profundidad. Por ejemplo, cianobacterias y bacterias verdes del azufre contienen
vesculas de gas con las que pueden controlar su flotabilidad y as conseguir un
ptimo de luz y alimento. Las bacterias mviles pueden desplazarse por
deslizamiento, mediante contracciones o ms comnmente usando flagelos.
Algunas bacterias pueden deslizarse por superficies slidas segregando una
sustancia viscosa, pero el mecanismo que acta como propulsor es todava
desconocido. En el movimiento mediante contracciones, la bacteria usa su pilus
de tipo IV como gancho de ataque, primero lo extiende, anclndolo y despus lo
contrae con una fuerza notable (>80 Newton (unidad)|pN) (3).
-
46
El flagelo bacteriano es un largo apndice filamentoso helicoidal propulsado por
un motor rotatorio (como una hlice) que puede girar en los dos sentidos. El
motor utiliza como energa un gradiente electroqumico a travs de la
membrana. Los flagelos estn compuestos por cerca de 20 protenas, con
aproximadamente otras 30 protenas para su regulacin y coordinacin. Hay que
tener en cuenta que, dado el tamao de la bacteria, el agua les resulta muy
viscosa y el mecanismo de propulsin debe ser muy potente y eficiente. Los
flagelos bacterianos se encuentran tanto en las bacterias Gram-positivas como
Gram-negativas y son completamente diferentes de los eucariticos y, aunque
son superficialmente similares a los arqueanos, se consideran no homlogos
(62).
Segn el nmero y disposicin de los flagelos en la superficie de la bacteria se
distinguen los siguientes tipos: un solo flagelo (monotrico), un flagelo en cada
extremo (anfitrico), grupos de flagelos en uno o en los dos extremos (lofotrico) y
flagelos distribuidos sobre toda la superficie de la clula (peritricos). En un grupo
nico de bacterias, las espiroquetas, se presentan unos flagelos especializados,
denominados filamentos axiales, localizados intracelularmente en el espacio
periplsmico, entre las dos membranas. Estos producen un movimiento rotatorio
-
47
que hace que la bacteria gire como un sacacorchos desplazndose hacia
delante (62).
Muchas bacterias (tales como E. coli) tienen dos tipos de movimiento: en lnea
recta (carrera) y aleatorio. En este ltimo, se realiza un movimiento
tridimensional aleatorio al combinar la bacteria carreras cortas con virajes al
azar. Las bacterias mviles pueden presentar movimientos de atraccin o
repulsin determinados por diferentes estmulos. Estos comportamientos son
denominados taxis, e incluyen diversos tipos como la quimiotaxis, la fototaxis o
la magnetotaxis. En el peculiar grupo de las mixobacterias, las clulas
individuales se mueven juntas formando ondas de clulas, que terminarn
agregndose para formar los cuerpos fructferos caractersticos de este gnero.
El movimiento de las mixobacterias se produce solamente sobre superficies
slidas, en contraste con E. coli, que es mvil tanto en medios lquidos como
slidos (59).
Varias especies de Listeria y Shigella se mueven dentro de las clulas husped
apropindose de su citoesqueleto, que normalmente movera los orgnulos. La
polimerizacin de actina crea un empuje en un extremo de la bacteria que la
mueve a travs del citoplasma de la clula husped (46)
-
48
Reproduccin
En las bacterias, el aumento en el tamao de las clulas (crecimiento) y la
reproduccin por divisin celular estn ntimamente ligados, como en la mayor
parte de los organismos unicelulares. Las bacterias crecen hasta un tamao fijo
y despus se reproducen por fisin binaria, una forma de reproduccin asexual
(33). En condiciones apropiadas, una bacteria Gram-positiva puede dividirse
cada 2030 minutos y una Gram-negativa cada 1520 minutos, y en alrededor
de 16 horas su nmero puede ascender a unos 5.000 millones
(aproximadamente el nmero de personas que habitan la Tierra). Bajo
condiciones ptimas, algunas bacterias pueden crecer y dividirse muy rpido,
tanto como cada 9,8 minutos. En la divisin celular se producen dos clulas
hijas idnticas. Algunas bacterias, todava reproducindose asexualmente,
forman estructuras reproductivas ms complejas que facilitan la dispersin de
las clulas hijas recin formadas. Ejemplos incluyen la formacin de cuerpos
fructferos (esporangios) en las mixobacterias, la formacin de hifas en
Streptomyces y la gemacin. En la gemacin una clula forma una
protuberancia que a continuacin se separa y produce una nueva clula hija
(47).
-
49
Por otro lado, cabe destacar un tipo de reproduccin sexual en bacterias,
denominada parasexualidad bacteriana. En este caso, las bacterias son
capaces de intercambiar material gentico en un proceso conocido como
conjugacin bacteriana. Durante el proceso una bacteria donante y una bacteria
receptora llevan a cabo un contacto mediante pelos sexuales huecos o pili, a
travs de los cuales se transfiere una pequea cantidad de ADN independiente
o plsmido conjugativo. El mejor conocido es el plsmido F de E. coli, que
adems puede integrarse en el cromosoma bacteriano. En este caso recibe el
nombre de episoma, y en la transferencia arrastra parte del cromosoma
bacteriano. Se requiere que exista sntesis de ADN para que se produzca la
conjugacin. La replicacin se realiza al mismo tiempo que la transferencia.
Crecimiento
El crecimiento bacteriano sigue tres fases. Cuando una poblacin bacteriana se
encuentra en un nuevo ambiente con elevada concentracin de nutrientes que le
permiten crecer necesita un perodo de adaptacin a dicho ambiente. Esta
-
50
primera fase se denomina fase de adaptacin o fase log y conlleva un lento
crecimiento, donde las clulas se preparan para comenzar un rpido
crecimiento, y una elevada tasa de biosntesis de las protenas necesarias para
ello, como ribosomas, protenas de membrana, etc. La segunda fase de
crecimiento se denomina fase exponencial, ya que se caracteriza por el
crecimiento exponencial de las clulas. La velocidad de crecimiento durante esta
fase se conoce como la tasa de crecimiento k y el tiempo que tarda cada clula
en dividirse como el tiempo de generacin g. Durante esta fase, los nutrientes
son metabolizados a la mxima velocidad posible, hasta que dichos nutrientes
se agoten, dando paso a la siguiente fase. La ltima fase de crecimiento se
denomina fase estacionaria y se produce como consecuencia del agotamiento
de los nutrientes en el medio. En esta fase las clulas reducen drsticamente su
actividad metablica y comienzan a utilizar como fuente energtica aquellas
protenas celulares no esenciales. La fase estacionaria es un perodo de
transicin desde el rpido crecimiento a un estado de respuesta a estrs, en el
cual se activa la expresin de genes involucrados en la reparacin del ADN, en
el metabolismo antioxidante y en el transporte de nutrientes (20) .
-
51
Gentica
La mayora de las bacterias tienen un nico cromosoma circular cuyo tamao
puede ir desde slo 160.000 pares de bases en la bacteria endosimbionte
Candidatus Carsonella ruddii a los 12.200.000 pares de bases de la bacteria del
suelo Sorangium cellulosum. Las espiroquetas del gnero Borrelia (que
incluyen, por ejemplo, a Borrelia burgdorferi, la causa de la enfermedad de
Lyme) son una notable excepcin a esta regla pues contienen un cromosoma
lineal. Las bacterias pueden tener tambin plsmidos, pequeas molculas de
ADN extra-cromosmico que pueden contener genes responsables de la
resistencia a los antibiticos o factores de virulencia. Otro tipo de ADN
bacteriano proviene de la integracin de material gentico procedente de
bacterifagos (los virus que infectan bacterias). Existen muchos tipos de
bacterifagos, algunos simplemente infectan y rompen las clulas husped
bacterianas, mientras que otros se insertan en el cromosoma bacteriano. De
esta forma se pueden insertar genes del virus que contribuyan al fenotipo de la
bacteria. Por ejemplo, en la evolucin de Escherichia coli O157:H7 y Clostridium
botulinum, los genes txicos aportados por un bacterifago convirtieron a una
inofensiva bacteria ancestral en un patgeno letal (74).
-
52
Las bacterias, como organismos asexuales que son, heredan copias idnticas
de genes, es decir, son clones. Sin embargo, pueden evolucionar por seleccin
natural mediante cambios en el ADN debidos a mutaciones y a la recombinacin
gentica. Las mutaciones provienen de errores durante la rplica del ADN o por
exposicin a agentes mutagnicos. Las tasas de mutacin varan ampliamente
entre las diversas especies de bacterias e incluso entre diferentes cepas de una
misma especie de bacteria. Los cambios genticos pueden producirse al azar o
ser seleccionados por estrs, en donde los genes implicados en algn proceso
que limita el crecimiento tienen una mayor tasa de mutacin (17).
Las bacterias tambin pueden transferirse material gentico entre clulas. Esto
puede realizarse de tres formas principalmente. En primer lugar, las bacterias
pueden recoger ADN exgeno del ambiente en un proceso denominado
transformacin. Los genes tambin se pueden transferir por un proceso de
transduccin mediante el cual un bacterifago introduce ADN extrao en el
cromosoma bacteriano. El tercer mtodo de transferencia de genes es por
conjugacin bacteriana, en donde el ADN se transfiere a travs del contacto
directo (por medio de un pilus) entre clulas. Esta adquisicin de genes de otras
bacterias o del ambiente se denomina transferencia de genes horizontal y puede
-
53
ser comn en condiciones naturales. La transferencia de genes es
especialmente importante en la resistencia a los antibiticos, pues permite una
rpida diseminacin de los genes responsables de dicha resistencia entre
diferentes patgenos (18).
Interacciones con otros organismos
A pesar de su aparente simplicidad, las bacterias pueden formar asociaciones
complejas con otros organismos. Estas asociaciones se pueden clasificar como
parasitismo, mutualismo y comensalismo (97).
Comensales
Debido a su pequeo tamao, las bacterias comensales son ubicuas y crecen
sobre animales y plantas exactamente igual a como creceran sobre cualquier
otra superficie. As, por ejemplo, grandes poblaciones de estos organismos son
las causantes del mal olor corporal y su crecimiento puede verse aumentado
con el calor y el sudor.
-
54
Mutualistas
Ciertas bacterias forman asociaciones ntimas con otros organismos, que les
son imprescindibles para su supervivencia. Una de estas asociaciones
mutualistas es la transferencia de hidrgeno entre especies. Se produce entre
grupos de bacterias anaerobias que consumen cidos orgnicos tales como
cido butrico o cido propinico y producen hidrgeno, y las arqueas
metangenas que consumen dicho hidrgeno. Las bacterias en esta asociacin
no pueden consumir los cidos orgnicos cuando el hidrgeno se acumula a su
alrededor. Solamente la asociacin ntima con las arqueas mantiene una
concentracin de hidrgeno lo bastante baja para permitir que las bacterias
crezcan.
En el suelo, los microorganismos que habitan la rizosfera (la zona que incluye la
superficie de la raz y la tierra que se adhiere a ella) realizan la fijacin de
nitrgeno, convirtiendo el nitrgeno atmosfrico (en estado gaseoso) en
compuestos nitrogenados. Esto proporciona a muchas plantas, que no pueden
fijar el nitrgeno por s mismas, una forma fcilmente absorbible de nitrgeno
(89).
-
55
Muchas otras bacterias se encuentran como simbiontes en seres humanos y en
otros organismos. Por ejemplo, en el tracto digestivo proliferan unas mil
especies bacterianas. Sintetizan vitaminas tales como cido flico, vitamina K y
biotina. Tambin fermentan los carbohidratos complejos indigeribles y convierten
las protenas de la leche en cido lctico (por ejemplo, Lactobacillus). Adems,
la presencia de esta flora intestinal inhibe el crecimiento de bacterias
potencialmente patgenas (generalmente por exclusin competitiva). Muchas
veces estas bacterias beneficiosas se venden como suplementos dietticos
probiticos (34).
Patgenos
Las bacterias patgenas son una de las principales causas de las enfermedades
y de la mortalidad humana, causando infecciones tales como el ttanos, la fiebre
tifoidea, la difteria, la sfilis, el clera, intoxicaciones alimentarias, la lepra y la
tuberculosis. Hay casos en los que la etiologa o causa de una enfermedad
conocida se descubre solamente despus de muchos aos, como fue el caso de
la lcera pptica y Helicobacter pylori. Las enfermedades bacterianas son
tambin importantes en la agricultura y en la ganadera, donde existen multitud
de enfermedades como por ejemplo la mancha de la hoja, la plaga de fuego, la
-
56
paratuberculosis, el aublo bacterial de la panicula, la mastitis, la salmonela y el
carbunco.
Cada especie de patgeno tiene un espectro caracterstico de interacciones con
sus huspedes humanos. Algunos organismos, tales como Staphylococcus o
Streptococcus, pueden causar infecciones de la piel, pulmona, meningitis e
incluso sepsis, una respuesta inflamatoria sistmica que produce shock,
vasodilatacin masiva y muerte.[121] Sin embargo, estos organismos son tambin
parte de la flora humana normal y se encuentran generalmente en la piel o en la
nariz sin causar ninguna enfermedad (81).
Otros organismos causan invariablemente enfermedades en los seres humanos.
Por ejemplo, el gnero Rickettsia, que son parsitos intracelulares obligados
capaces de crecer y reproducirse solamente dentro de las clulas de otros
organismos. Una especie de Rickettsia causa el tifus, mientras que otra
ocasiona la fiebre de las Montaas Rocosas. Chlamydiae, otro filo de parsitos
obligados intracelulares, contiene especies que causan neumona, infecciones
urinarias y pueden estar implicadas en enfermedades cardacas coronarias.
-
57
Finalmente, ciertas especies tales como Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia
cenocepacia y Mycobacterium avium son patgenos oportunistas y causan
enfermedades principalmente en las personas que sufren inmunosupresin o
fibrosis qustica (25).
Las infecciones bacterianas se pueden tratar con antibiticos, que se clasifican
como bactericidas, si matan bacterias, o como bacterioestticos, si solo detienen
el crecimiento bacteriano. Existen muchos tipos de antibiticos y cada tipo inhibe
un proceso que difiere en el patgeno con respecto al husped. Ejemplos de
antibiticos de toxicidad selectiva son el cloranfenicol y la puromicina, que
inhiben el ribosoma bacteriano, pero no el ribosoma eucariota que es
estructuralmente diferente. Los antibiticos se utilizan para tratar enfermedades
humanas y en la ganadera intensiva para promover el crecimiento animal. Esto
ltimo puede contribuir al rpido desarrollo de la resistencia antibitica de las
poblaciones bacterianas. Las infecciones se pueden prevenir con medidas
antispticas tales como la esterilizacin de la piel antes de las inyecciones y con
el cuidado apropiado de los catteres. Los instrumentos quirrgicos y dentales
tambin son esterilizados para prevenir la contaminacin e infeccin por
bacterias. Los desinfectantes tales como la leja se utilizan para matar bacterias
-
58
u otros patgenos que se depositan sobre las superficies y as prevenir la
contaminacin y reducir el riesgo de infeccin (80).
Clasificacin e identificacin
La clasificacin taxonmica busca describir y diferenciar la amplia diversidad de
especies bacterianas poniendo nombres y agrupando organismos segn sus
similitudes. Las bacterias pueden clasificarse con base en diferentes criterios,
como estructura celular, metabolismo o con base en diferencias en
determinados componentes como ADN, cidos grasos, pigmentos, antgenos o
quinonas. Sin embargo, aunque estos criterios permitan la identificacin y
clasificacin de cepas bacterianas, an no quedaba claro si estas diferencias
representaban variaciones entre especies diferentes o entre distintas cepas de
la misma especie. Esta incertidumbre se deba a la ausencia de estructuras
distintivas en la mayora de las bacterias y a la existencia de la transferencia
horizontal de genes entre especies diferentes, la cual da lugar a que bacterias
muy relacionadas puedan llegar a presentar morfologas y metabolismos muy
diferentes. Por ello, y con el fin de superar esta incertidumbre, la clasificacin
bacteriana actual se centra en el uso de tcnicas moleculares modernas
(filogenia molecular), tales como la determinacin del contenido de
-
59
guanina/citosina, la hibridacin genoma-genoma o la secuenciacin de ADN
ribosmico, el cual no se ve involucrado en la transferencia horizontal (94).
El Comit Internacional de Sistemtica de Procariotas (ICSP) es el organismo
encargado de la nomenclatura, taxonoma y las normas segn las cuales son
designados los procariotas. El ICSP es responsable de la publicacin del Cdigo
Internacional de Nomenclatura de Bacterias (lista de nombres aprobados de
especies y taxones bacterianos). Tambin publica la Revista Internacional de
Bacteriologa Sistemtica (International Journal of Systematic Bacteriology). En
contraste con la nomenclatura procaritica, no hay una clasificacin oficial de los
procariotas porque la taxonoma sigue siendo una cuestin de criterio cientfico.
La clasificacin ms aceptada es la elaborada por la oficina editorial del Manual
Bergey de Bacteriologa Sistemtica (Bergey's Manual of Systematic
Bacteriology) como paso preliminar para organizar el contenido de la
publicacin. Esta clasificacin, conocida como "The Taxonomic Outline of
Bacteria and Archaea" (TOBA), est disponible en Internet. Debido a la reciente
introduccin de la filogenia molecular y del anlisis de las secuencias de
genomas, la clasificacin bacteriana actual es un campo en continuo cambio y
plena expansin (23).
-
60
La identificacin de bacterias en el laboratorio es particularmente relevante en
medicina, donde la determinacin de la especie causante de una infeccin es
crucial a la hora de aplicar un correcto tratamiento. Por ello, la necesidad de
identificar a los patgenos humanos ha dado lugar a un potente desarrollo de
tcnicas para la identificacin de bacterias.
La tcnica de tincin de membranas de bacterias de Gram, desarrollada por
Hans Christian Gram en 1884, ha supuesto un antes y un despus en el campo
de la medicina, y consiste en teir con tintes especficos diversas muestras de
bacterias en un portaobjetos para saber si se han teido o no con dicho tinte
(17)
Una vez se han adicionado los tintes especficos en las muestras, y se ha
lavado la muestra pasados unos minutos para evitar confusiones, hay que
limpiarlas con unas gotas de alcohol etlico. La funcin del alcohol es la de
eliminar el tinte de las bacterias, y es aqu donde se reconocen las bacterias que
se han tomado: si la bacteria conserva el tinte, es una Gram positiva, las cuales
poseen una pared ms gruesa constituida por varias decenas de capas de
-
61
diversos componentes proteicos; en el caso de que el tinte no se mantenga, la
bacteria es una Gram negativa, la cual posee una pared de una composicin
diferente. La funcin biolgica que posee sta tcnica es la de fabricar
antibiticos especficos para esas bacterias.
Esta tincin es empleada en microbiologa para la visualizacin de bacterias en
muestras clnicas. Tambin se emplea como primer paso en la distincin de
diferentes especies de bacterias,[139] considerndose bacterias Gram positivas a
aquellas que se tornan de color violeta y Gram negativas a las que se tornan de
color rojo (78).
2.2. Principales bacterias causantes de infecciones en camarn.
La acuicultura es el sector de produccin de alimento de ms rpido crecimiento
en el mbito mundial y se establecido como una fuente de protena para
satisfacer la demanda de alimentos mundial debido a que los recurso naturales
estn sobrexplotados. Pero, en la actualidad, el mayor problema que enfrenta la
industria de la Acuicultura en el mbito mundial, son las enfermedades
-
62
causadas por varios agentes biolgicos y no biolgicos. Entre los grupos de
microorganismos que causan perdidas serias en el cultivo de camarn, los
mejores conocidos son las bacterias debido a los efectos devastadores que
tienen sobre las granjas afectadas. Las enfermedades bacterianas, debido
principalmente a Vibrio, que han sido reportadas en los sistemas de cultivo de
penaideos implican a al menos 14 especies, las cuales son: Vibrio harveyi, V.
splendidus, V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, V. anguillarum, V.
vulnificus, V. campbelli, V. fischeri, V. damsella, V. pelagicus, V. orientalis, V.
ordalii, V. mediterrani, V. logei etc.
La vibriosis es una de la enfermedades ms problemticas en la Acuicultura de
camarones y peces. La vibriosis es una enfermedad bacterial responsable de la
mortalidad del camarn de cultivo en todo el mundo (55 , 52, 50 y 13).
Las especies Vibrio estn ampliamente distribuidas en las instalaciones de
cultivo de todo el mundo. Las infecciones relacionadas con el Vibrio
frecuentemente se dan en los laboratorios, pero las epizootias tambin se dan
en las camaroneras. La vibriosis es causada por una bacteria gran-negativa de
la familia Vibrionaceae. Los brotes pueden ocurrir cuando los factores
-
63
ambientales disparan la rpida multiplicacin de las bacterias que son toleradas
a bajos niveles dentro de la sangre del camarn (87), o por la penetracin de
bacteria a las barreras del husped. El exoesqueleto provee una barrera fsica
efectiva para los patgenos que tratan de penetrar la superficie externa de los
crustceos, as como en los intestinos anterior y posterior. Sin embargo, Vibrio
spp. estn entre las bacterias quitinoclasticas asociadas con la enfermedad de
la concha (14) y puede ingresar a travs de las heridas en el exoesqueleto o
poros (44 y 1). Las branquias parecen ser susceptibles a la penetracin
bacterial debido a que estn cubiertas por exoesqueleto delgado (93), El
intestino medio, compuesto por la glndula digestiva (DG) y el tronco medio
(MGT, frecuentemente referido como el intestino, ( 58), no est revestido por un
exoesqueleto y por consiguiente parece ser el sitio probable de penetracin de
patgenos presentes en el agua, alimentos y sedimentos (77 y 42).
Vibrio harveyi, una bacteria Gram negativa, es una de los importantes agentes
etiolgicos de las mortalidades masivas de los sistemas de crianza de larvas de
Penaeus monodon. Un gran nmero de laboratorios a lo largo de la lnea
costera de nuestro pas involucrada en la produccin de semilla de camarn
frecuentemente tienen problemas debido a la enfermedad bacteriana
luminiscente y sufren enormes prdidas econmicas.
-
64
Entre los Vibrio harveyi aislados, algunos son virulentos y otros no, sugiriendo
una gran variacin molecular y gentica en este grupo de bacterias. Los
mecanismos patognicos han sido recientemente atribuidos a los bacterifagos.
La vibriosis est presente en todo el mundo y en todos los crustceos marinos,
incluido los camarones que son los ms susceptibles. Las epizootias ocurren
todos los estados de vida, pero son ms comunes en los laboratorios. Las
mayores epizootias de vibriosis han sido reportadas para P. monodon en la
regin Indo-Pacifico, P. japonicus de Japn, y P. vannamei de Ecuador, Per,
Colombia y Amrica Central (53).
La vibriosis se expresa de diferentes formas de sndromes. Estos incluyen:
vibriosis oral y entrica, vibriosis de los apndices y cuticular, vibriosis
localizadas en las heridas, enfermedad de la concha, vibriosis sistmica y
hepatopancreatitis sptica (53).
La vibriosis es causada por varias especies de Vibrio, entre las que se incluyen:
V. harveyi, V. vulnificus, V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, V. penaeicida (9 y
40). Existen reportes de vibriosis causados por V. damsela, V. fluvialis y otras
especies de Vibrio no definidas (53).
-
65
Las especies de Vibrio son parte de la microflora natural en los camarones
silvestres y de cultivo (86) y se convierten en patgenos oportunistas cuando los
mecanismos de defensa natural estn suprimidos (9). Ellos estn usualmente
asociados con mltiples agentes etiolgicos. Sin embargo, algunas especies de
Vibrio, o cepas de ciertas especies, han sido identificadas como patgenos
primarios (69, 50 y 16). Las cepas patognicas de V. harveyi, V. vulnificus y V.
parahaemolyticus han causado epidemias masivas en Tailandia (65) y Filipinas
(50). V. harveyi luminiscente parece liberar exotoxinas (56) y puede causar del
80 100% de mortalidad en los hatcheries de P. monodon (37). V. anguillarum,
V. campbelli, V. nereis, V. cholerae y V. splendidus han sido asociados con
brotes de enfermedades en camarones (13, 50, 22 y 79). La relacin entre la
luminicencia y la toxicidad de Vibrio carchariae es camarones fue investigado
por Tatsuya Nakayama en el 2005 (92).
Se presentan cinco tipos de enfermedades: necrosis de la cola, enfermedad de
la concha, enfermedad roja, sndrome de la concha suelta (LSS) y enfermedad
de intestino blanco (WGD) por la presencia de Vibrio spp. en P. monodon de los
estanques de cultivo en la costa de Andhra Pradesh (India). Entre estos, LSS,
WGD y la enfermedad roja causan mortalidades masivas en los estanques de
-
66
cultivo de camarn. Seis especies de Vibrio (V. harveyi, V. parahaemolyticus, V.
alginolyticus, V. anguillarum, V. vulnificus y V. splendidus) estn asociadas con
las enfermedades del camarn (41). La distribucin y composicin de especies
de bacterias luminosas en los hatcheries comerciales de camarones penaideos
fueron estudiadas (43). La observacin sobre la presencia de V. harveyi
(97.30%) y V. orientalis (2.70%) en el contenido de los intestinos de los
camarones evidencian que la fuente primaria de estas bacterias en un
laboratorio de camarn fue la materia fecal del stock de reproductores,
posiblemente durante el desove.
Signos Clnicos
Las mortalidades debido a la vibriosis se presentan cuando los camarones estn
estresados por factores como: Pobre calidad del agua, elevadas densidades,
alta temperatura del agua, baja concentracin del oxigeno disuelto y una baja
tasa de recambio de agua (51, 55 y 9). Las mayores mortalidades usualmente
se presentan en las postlarvas y camarones jvenes. Las larvas de P. monodon
sufren de mortalidades dentro de las 48 horas de una inmersin de desafo con
cepa de V. harveyi y V. splendidus (50). Las mortalidades relacionadas con la
vibriosis han sido reportados en P. monodon de talla comercial (2). Los
-
67
camarones adultos que sufren de vibriosis pueden parecer hipxico, mostrando
un enrojecimiento del cuerpo con branquias rojas o marrones, reduce la
alimentacin y puede ser observado nadando letrgicamente en el borde y la
superficie de los estanques (2 y 65). Vibrio spp. causa la enfermedad de los
apndices rojos, caracterizada por una coloracin roja de los pleopodos,
periopodos y branquias, en camarones juveniles y adultos, y pueden causar una
mortalidad de hasta 95% durante la estacin clida (13). La enfermedad de la
necrosis ocular es causada por V. cholerae. Los globos oculares de los
camarones infectados se vuelven marrn y se caen, la mortalidad se presenta
en pocos das (13).
Seis especies de Vibrio, incluido V. harveyi y V. splendidus causan
luminiscencia, el cual es visible durante la noche, en las postlarvas, juveniles y
adultos infectados (77 y 52). Las postlarvas infectadas pueden exhibir una
mortalidad reducida, reducido fototaxismo e intestinos vacios (13).
Patologa gruesa
Los camarones que sufren de vibriosis pueden presentar lesiones localizadas de
la cutcula que son tpicas de la enfermedad bacterial de la caparazn, las
-
68
infecciones localizadas en las heridas, perdidas de miembros, musculatura
blanda, infeccin localizada en el intestino o hepatopncreas y/o septicemia
general (52). Las lesiones de la enfermedad bacterial del caparazn son
marrones o negras y aparecen en la cutcula del cuerpo, apndices y branquias
(86).
Las postlarvas pueden presentar un hepatopncreas turbio (91). Las branquias
frecuentemente tienen un color marrn (2). La septicemia hepatopancreatitis
est caracterizada por la atrofia del hepatopncreas con necrosis multifocal e
inflamacin haemocitica.
El contenido de altas cantidades de V. parahaemolyticus o V. harveyi induce a la
unin y separacin de las clulas epiteliales de la lmina basal del MGT. Las
clulas epiteliales separadas no se presentan cuando hay bacteras no
patognica (probiticos) (13 y 31).
Patgenos como el Vibrio spp., que causan la separacin del epitelio en el MGT,
pueden generar una alta mortalidad en camarones, mediante la eliminacin de
dos capas que protegen al camarn de las infecciones: el epitelio y la membrana
peritrofica que secreta. En adicin, la prdida del epitelio puede afectar la
-
69
regulacin de agua y asimilacin de iones en el cuerpo (63 y 66).
Histopatologa
La vibriosis sistmica tpicamente resulta en la formacin de ndulos spticos
haemociticos en el rgano linfoideo, corazn y tejidos conectivos de las
branquias, hepatopncreas, glndula de la antena, nervios, telson y musculo (2,
64 y 44). Los hepatopancreas infectados pueden aparecer con pocas vacuolas,
indicando bajas reservas de lpidos y glicgeno (2). La vibriosis en P. monodon
est asociado con la formacin de esferoides en el rgano linfoide (65).
Diagnstico
El diagnstico de la infeccin de vibrio se basa en los signos clnicos y la
demostracin histolgica de la bacteria Vibrio en forma de varilla en las lesiones,
ndulos o hemolinfa. Los rganos internos y hemolinfa pueden ser estrujados en
un medio de agar marino general o selectivo para Vibrio (TCBS). Cuando se
investiga en postlarvas, todo el animal puede ser aplastado y rayado en una
-
70
placa de agar. Las colonias luminiscentes pueden ser observadas despus de
12 a 18 horas si se incuban a una temperatura de 25 a 30 oC.
El vibrio aislado puede ser identificado por varios mtodos, se incluyen la tincin
Gram, motilidad, una prueba de oxidasa, modo de utilizacin de la glucosa,
crecimiento en la presencia de NaCl, reduccin del nitrato y luminiscencia. Las
especies vibrio pueden ser identificadas rpidamente en el campo usando el
sistema API-20 NF el cual incluye el cultivo de colonias vibrio en un API-NFT y
cuentan las colonias de acuerdo a las direcciones del kit (53). Las pruebas de
sensibilidad antimicrobiana pueden ser usadas para identificar la vibriosis y
pueden implementarse usando el mtodo del disco Kirby-Bauer (DIFCO, 1986) o
el mtodo de Concentracin Inhibitoria Mnima (MIC) (53).
Transmisin
Las especies vibrio existen en el agua usada en las instalaciones de cultivo de
camarn (50) y el biofilm, el cual se forma en diferentes estructuras que estn
en contacto con el agua de laboratorio y camaroneras. La bacteria ingresa al
camarn va las heridas o grietas en la cutcula y son ingeridas con el alimento
-
71
(71 y 50). La principal fuente de V. harveyi en laboratorios parece ser el
contenido del intestino medio de las hembras en el grupo de reproductores, las
cuales estn mudando durante el desove (50).
2.3. Mecanismos de defensa en microorganismos a los cidos.
Las bacterias experimentan diferentes tipos de estrs en su vida diaria, a los
cuales deben adaptarse. Por ejemplo, una bacteria entrica tendr que
sobrevivir al pH extremadamente bajo del estmago y a la accin antibacteriana
de los cidos grasos de cadena corta presentes en el intestino. Un patgeno
intracelular, como Salmonella, tendr adems que tolerar episodios de bajo pH
cuando se encuentre en el interior del fago-lisosoma del macrfago.
El fenmeno de tolerancia inducida a estrs acdico fue descubierto inicialmente
en Escherichia y Salmonella, pero se ha generalizado despus a muchas otras
bacterias Gram (-) y Gram (+). El hecho fundamental de este mecanismo de
adaptacin estriba en que el crecimiento a un pH moderadamente acdico
induce la sntesis de protenas especficas, las cuales protegen a las clulas a
pH extremadamente cidos. Existen diferentes sistemas implicados,
dependiendo de la fase de crecimiento, medio de cultivo y tipo de estrs acdico
-
72
(88). Tal como poda esperarse, la respuesta a los cidos inorgnicos (efecto de
pH) es distinta e independiente de la desencadenada por cidos orgnicos
(efecto de la forma no disociada).
Nuestro conocimiento de los mecanismos de adaptacin a estrs acdico es an
muy incompleto, aunque ha habido un considerable progreso en los ltimos
aos en las enterobactericeas. La disminucin del pH extracelular acaba
provocando una disminucin del pH intracelular. Esto es debido a la difusin
pasiva de los protones, a pesar de que la membrana plasmtica de la clula es
bastante impermeable a estas molculas. La cada del pH intracelular activa la
expresin de genes que codifican descarboxilasas de aminocidos y estas
enzimas pueden elevar el pH interno, porque catalizan reacciones en las que se
consumen protones. Se han descrito 3 reacciones de descarboxilacin
asociadas a este fenmeno: el paso de glutamato a GABA, el de arginina a
agmatina y el de lisina a cadaverina. En todos los casos se consume un protn
por cada molcula de aminocido. Los nuevos productos as formados se
intercambian por un nuevo sustrato mediante mecanismos de tipo anti-porte.
Naturalmente, este mecanismo resulta caro para la clula desde el punto de
vista energtico.
-
73
Figura 11.-Reacciones de decarboxilacin de aminocidos asociadas al
estrs acdico (P. Rodrguez Valenzuela)
Adems, la disminucin del pH interno produce la acumulacin de dos
importantes protenas reguladoras: RpoS y PhoP. Estos reguladores controlan
distintos conjuntos de genes que estn implicados en la proteccin y reparacin
de macromolculas. Asimismo, en Salmonella typhimurium se ha descrito un
mecanismo fisiolgico de adaptacin a la accin antimicrobiana de cidos
grasos de cadena corta y esta resistencia inducida se ve reforzada en
condiciones de anaerobiosis, pH cido y exposicin prolongada a dichos cidos
(49).
-
74
2.4. Mtodo para determinar la eficiencia de un antimicrobiano:
Concentracin mnima inhibitoria.
La Concentracin mnima inhibitoria (MIC), en microbiologa, es la
concentracin ms baja de un antimicrobiano que inhibe el crecimiento visible
de un microorganismo despus de su incubacin. La concentracin mnima
inhibitoria es importante en diagnsticos de laboratorio para confirmar la
resistencia de microorganismos a un agente antimicrobiano y adems para
monitorizar la actividad de los nuevos agentes antimicrobianos.
Las concentraciones mnimas inhibitorias pueden ser determinadas mediante
mtodos de microdilucin en caldo, normalmente siguiendo las directrices de
centros de referencia tales como el CLSI (Clinical Laboratory Institute
Standards), BSAC (British Society for Antimicrobial Chemotherapy) o EUCAST
(European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing). Existen otros
mtodos basados en la difusin en agar, tales como difusin de discos, y tiras
de Etest. Las tiras de Etest son un mtodo cuantitativo de difusin en agar
comercializado por AB Biodisk, Solna, Sweden. Consiste en unas tiras de
plstico inerte que incorporan un gradiente de concentracin de antimicrobiano.
-
75
Cuando se depositan sobre las placas de agar inoculadas, el antimicrobiano
difunde en el medio, y tras la incubacin, se determina la CMI en el punto de
interseccin de la elipse de inhibicin del crecimiento.
En medicina, la concentracin mnima inhibitoria no slo se usa para determinar
la concentracin de antimicrobiano que recibir el paciente sino tambin el tipo
de antimicrobianos a utilizar, lo que a su vez reduce la oportunidad de
resistencia microbiana a agentes antimicrobianos especficos.
-
76
CAPTULO III.- Materiales y Mtodos.
En base a los resultados alentadores de las diferentes pruebas llevadas a cabo
con el uso de cidos orgnicos en diferentes especies animales, se decidi
realizar el estudio en la camaronera del Sr Luis Encalada, ubicada en la zona de
Cien Familias, Balao Chico, Guayas; buscando mejorar los resultados obtenidos
con diferentes protocolos de manejo anteriores.
El manejo tcnico estaba a cargo del Ing. Marco Noblecilla, siguiendo un
protocolo ya establecido por la gerencia, el cual consista principalmente del uso
de antibiticos cuando se presentaban los sntomas de enfermedades.
El objetivo era comparar los resultados tanto en verano como en invierno con el
uso de cidos orgnicos y el protocolo anterior, para ello se escogieron 6
piscinas al azar para cada estacin: 3 de prueba y 3 de control (Tabla 4);
-
77
procurando que no haya mucha diferencia con las reas, fechas y densidades
de siembra para verano (Tabla V) e invierno (Tabla VI).
Tabla IV: Diseo experimental del ensayo
Fuente: Investigacin realizada
|
CONTROL
PRUEBA
Pisc. 7B
Pisc. 5B
Protocolo
cido
Normal
orgnico
Pisc. 10 B
Pisc. 9B
Protocolo
cido
Normal
orgnico
Pisc. 8B
Pisc. 6B
Protocolo
cido
Normal
orgnico
-
78
Tabla V: reas de las piscinas seleccionadas y sus tratamientos en verano.
Fuente: Investigacin realizada
PISCINAS AREA (Ha.)
FECHA DE SIEMBRA
DENSIDAD DE SIEMBRA (Pl/Ha.)
DAS DE CULTIVO
PESO INICIAL (g)
PESO FINAL (g)
7B 11,7 2011-08-
09 100.000 106 Pl 12 13,20
CONTROL 10B 10,5 2011-08-
11 100.000 107 Pl 12 12,50
8B 9,2 2011-08-
30 100.000 110 Pl 12 16,00
PROMEDIOS 10,47 100000,00 108 13,90
5B 13,4 2011-08-
25 100.000 111 Pl 12 17,00
TRATAMIENTO 9B 8,95 2011-09-
08 100.000 106 Pl 12 12,10
6B 8,77 2011-09-
08 100.000 110 Pl 12 13,30
PROMEDIOS 10,37 100000,00 109 14,13
-
79
Tabla VI: reas de las piscinas seleccionadas y sus tratamientos en invierno
PISCINAS
AREA (Ha.)
FECHA DE SIEMBRA
DENSIDAD DE SIEMBRA (Pl/Ha.)
DAS DE CULTIVO
PESO INICIAL (g)
PESO FINAL (g)
7B 11,7 2012-01-
17 100.000 109 Pl 12 14,30
CONTROL 10B 10,5 2012-01-
15 100.000 104 Pl 12 11,50
8B 9,2 2012-01-
2