MICROBIOLOGÍA

La microbiología es la ciencia que estudia todos los aspectos relacionados con los microorganismos: diversidad, biología, evolución...

Los microorganismos (MO) son un grupo de organismos muy variados que son de pequeño tamaño y se necesita un microscopio para verlos. Encontramos formas celulares (bacterias, hongos...) y acelulares (virus, viroides...). Se clasifican en cinco grupos: bacterias, algas, hongos, protozoos y virus.

En cuanto a sus características, la mayoría de ellas que comparten los MO se deben a su pequeño tamaño y son las siguientes:

• Su pequeño volumen permite que enzimas y reactivos estén muy próximos, acelerando las reacciones metabólicas.
• Su elevada capacidad de intercambiar nutrientes y desechos con el medio hace que alteren rápidamente su entorno.
• Su elevado metabolismo les permite una reproducción acelerada.

En cuanto a su clasificación, actualmente, se basa en buena parte en el estudio de los componentes moleculares de los organismos. Estudiando las secuencias del ARNr en numerosos organismos se ha logrado establecer el árbol evolutivo de los seres vivos. Este árbol está formado por tres dominios: Eubacteria (verdaderas bacterias), Archaea (arqueobacterias) y Eukarya (eucariotas). Todos ellos derivan de LUCA (Last Universal Common Ancestor), el último antepasado común universal.

A continuación vamos a hablar de los virus, parte importante de la microbiología:
El nombre virus (veneno) viene de los primeros indicios, datados a finales del s. XIX, en las plantas del tabaco, que se habían infectado por la enfermedad del mosaico. Wendell Stanley consiguió estudiarlo por primera vez y fue el precursor de que hoy podamos estudiar los virus con profundidad.

Los virus son formas acelulares microscópicas, formados por un ác. nucleico y una envoltura proteica. Son parásitos intracelulares obligados, ya que no pueden reproducirse por sí mismos. En su forma extracelular se denomina virión y es inerte, mientras que en su forma intracelular, libera su ác. nucleico, se inserta en el genoma celular y controla el metabolismo de la célula para fabricar nuevos virus.

Con respecto a su estructura, contienen una molécula de ácido nucleico, una cápsida proteica una envoltura y enzimas.

• Ácido nucleico. Los virus tienen ácidos nucleicos con características peculiares:

1. Puede ser ADN o ARN, pero nunca ambos.
2. Puede ser monocatenario o bicatenario.
3. Puede ser circular o lineal.
4. Puede constar de una única molécula o de varias de ellas (genoma fragmentado) como en el virus de la gripe.
5. Pueden llevar una única copia o dos copias idénticas de su genoma (retrovirus).
6. Pueden tener cadenas positivas o plus (+) (la secuencia de bases del genoma vírico tiene la misma polaridad que el ARNm vírico producido en la infección), o cadenas negativas o minus (-) (la secuencia de bases es complementaria del ARNm). Los ácidos nucleicos bicatenarios son a la vez positivos y negativos (+/-).
7. Los ácidos nucleicos víricos de contienen bases no habituales, como la 5-hidroximetilcitosina (en lugar de C).

• Cápsida. La cápsida rodea y protege al ácido nucleico. Juntos forman la nucleocápsida vírica. Está formada por capsómeros, subunidades proteicas que puede componerse de una o varias cadenas peptídicas. Según su forma se clasifica en: helicoidales (cilindros huecos, rígidos o flexibles, con capsómeros de un único tipo de proteína), poliédricas (cápsidas con forma de poliedro regular, con capsómeros formados por 3 proteínas diferentes) y complejas (cápsidas con estructuras adicionales (colas, vainas, fibras, espículas) con funciones específicas. Tienen cápsida (cabeza) icosaédrica o prismática y una cola cilíndrica o muy compleja).
• Envoltura o cubierta, presente solo en algunos virus. Está formada por una bicapa lipídica de la célula parasitada y proteínas.
• Enzimas. Algunos de los viriones llevan enzimas para facilitar la infección. Algunas de las enzimas son: neuraminidasas (para romper enlaces glucosídicos de glucoproteínas y glucolípidos de las membranas del hospedador), lisozima (para degradar la pared bacteriana y romper la célula al terminar la infección), polimerasas (para la transcripción del genoma vírico a ARNm) y retrotranscriptasa o transcriptasa inversa (para transcribir el ARN vírico a ADN intermediario).

En cuanto a su clasificación, se siguen diversos criterios:

1. Según la estructura de la cápsida:

• Helicoidales: Rabia, Ébola...
• Poliédricos: Adenovirus y poliovirus.
• Complejos: bacteriófagos (tienen una cápsida poliédrica, una cola cilíndrica, una placa basal con fibras articuladas, espículas y ganchos de anclaje).

2. Según la presencia o ausencia de envoltura:

• Virus envueltos: tienen envoltura. Pueden ser helicoidales con envoltura (gripe) o poliédricos con envoltura (herpes simple).
• Virus desnudos: sin envoltura.

3. Según la célula infectada:

• Bacteriófagos: infectan a bacterias
• Virus animales: infectan a células animales.
• Virus vegetales: infectan células vegetales.

4. Según el ácido nucleico:

• Virus de ADN: ds o ss
• Virus de ARN: ds, ss, +, - con o sin retrotranscriptasa.

El coronavirus, un virus que actualmente nos está haciendo vivir esta situación, es un virus de ARN  monocatenario positivo, envuelto, infecta a animales y diría que es helicoidal.

Los virus tienen un ciclo viral, que es el conjunto de procesos por el que pasa el virión hasta dar lugar a otros muchos viriones idénticos. Se puede dividir en varias fases:

• Fijación o adsorción: los viriones se encuentran una célula huésped por casualidad y se fijan a su superficie con sus receptores celulares complementarios de moléculas de la cápsida o envoltura víricas.
• Penetración y descapsidación: consiste en la entrada total o parcial de la estructura del virión. Depende del tipo del virus y de hospedador. En virus envueltos, se fusiona la cubiera vírica y la membrana celular, liberando la cápsida desnuda al citoplasma; o entran por endocitosis; en virus desnudos, entran por penetración directa, liberando el ácido nucleico al interior celular y quedando normalmente la cápsida fuera. La descapsidación es la separación del ácido nucleico de la envoltura proteica y depende del tipo de penetración, pudiendo ser simultánea o posterior a la misma.
• Biosíntesis: fase en la que se dan la replicación del ác. nucleico, la transcripción a ARNm y la traducción para formar proteínas víricas. Esta fase es denominada eclipse porque la célula sigue haciendo sus funciones normales. La replicación en virus con ADN es una copia simple, mientras que en virus con ARN (retrovirus) puede llevarse a cabo mediante una retrotranscriptasa. En todo caso, el ADN vírico formado se integrará en el ADN celular y se duplicará, transcribirá y traducirá por los mecanismos habituales en la célula.Toda la energía y materiales necesarios para este proceso, son aportados por la célula huésped.
• Ensamblaje o encapsidación: los componentes ya fabricados por la célula huésped se autoensamblan y forman nuevos viriones en el interior celular.
• Liberación: el virus sale al exterior celular. En virus desnudos, se liberan por lisis y la célula huésped muere y en virus envueltos, se liberan por exocitosis o gemación, llevándose parte de la membrana celular para formar la nueva envoltura.

Según la duración del periodo de biosíntesis se distinguen dos tipos de ciclos virales:

• Ciclo lítico, virulento o normal, que conlleva generalmente la muerte celular. Estos virus se denominan virus virulentos.
• Ciclo lisogénico, temperado o avirulento, en el que los virus no salen al exterior y no causan la muerte celular. Son virus atenuados, lisogénicos o atemperados que se encuentran el el interior celular en forma de provirus o profagos, es decir, su ácido nucleico está incorporado al ADN celular y se multiplica con él. Durante el ciclo lisogénico la célula no puede ser infectada por otro virus del mismo tipo: inmunidad a la superinfección. Ejemplos de virus lisogénicos son los bacteriófagos y otros como el del SIDA.

Los agentes infecciosos más pequeños conocidos son los viroides y priones.

• Los viroides son moléculas pequeñas de ARN de cadena simple, circular y desnudo que carecen de proteínas o lípidos. No codifican proteínas y no se sabe como actúan exactamente pero parece ser que interfieren en el splicing de eucariotas. Se conocen unos 300 viroides, todos patógenos de vegetales como el del atrofiamiento del tomate.
• Los priones son glucoproteínas de estructura anómala que ocasionan enfermedades neurodegenerativas transmisibles. Su estructura primaria es idéntica a la de otras proteínas normales pero en la estructura secundaria y terciaria se altera su plegamiento, formando una proteína anómala que tiene la capacidad de inducir esta anomalía en las proteínas no priónicas. Los priones afectan al sistema nervioso central, ocasionando encepalopatías espongiformes en humanos y ganado. La mayoría de los priones conocidos afectan a mamíferos: enfermedad de las vacas locas etc.