Microorganismos Patógenos: Estrategias de Infección, Antibióticos y Respuesta Inmunitaria

Microorganismos Patógenos: Estrategias de Infección y Respuesta Inmunitaria

Los microorganismos patógenos son aquellos capaces de causar enfermedades en un organismo hospedador. Para lograrlo, desarrollan una serie de estrategias específicas:

1. Entrada en el Hospedador

Los microorganismos patógenos pueden transmitirse al hospedador por diversos mecanismos:

Contacto directo con un foco de infección.
Inhalación de agentes patógenos presentes en aerosoles (tos, estornudos).
Ingestión de microorganismos patógenos que contaminan agua o alimentos.
Picadura de organismos vectores o a través de la sangre (transfusiones, de la madre al feto).

2. Adhesión a los Tejidos del Hospedador

La colonización se facilita si los microorganismos pueden adherirse a las células de los tejidos. Esta adherencia suele ser específica, con los patógenos uniéndose selectivamente a receptores en las células hospedadoras.

3. Desarrollo de la Infección

Una vez que el patógeno alcanza su tejido u órgano diana, desarrolla estrategias para crecer y colonizar el área infectada. Si el patógeno se multiplica en la sangre y se disemina por todo el organismo, se produce una septicemia. Las lesiones en el hospedador pueden deberse a varias causas.

4. Producción de Toxinas

Algunos patógenos producen sustancias tóxicas para las células y los tejidos:

Exotoxinas: Proteínas solubles liberadas al exterior durante el crecimiento del microorganismo. Pueden trasladarse desde el sitio de infección a otras áreas.
Endotoxinas: Componentes del propio microorganismo (lipopolisacáridos de la membrana externa en bacterias Gram-negativas) que se liberan cuando la célula se lisa, causando efectos generales en el organismo.

Para combatir las toxinas, se han desarrollado:

Antitoxinas: Sueros con anticuerpos que neutralizan la toxina.
Toxoides: Toxinas modificadas que inducen la formación de anticuerpos (funcionan como vacunas).

5. Evasión de las Defensas del Hospedador

La capacidad infectiva de un patógeno depende de su capacidad invasora y de la capacidad inmunitaria del hospedador. Los mecanismos para evitar el reconocimiento y la acción del sistema inmunitario incluyen:

Protección frente a la fagocitosis:
- Localización en sitios inaccesibles para los fagocitos.
- Inhibición de la unión de los fagocitos.
- Producción de cápsulas o fimbrias que impiden la fagocitosis.
Supervivencia a la fagocitosis: Algunos patógenos evitan su destrucción dentro de los fagocitos.
Producción de sustancias inmunosupresoras: Daño directo a los fagocitos o supresión de la respuesta inmunitaria.
Evasión del reconocimiento: Variación antigénica (modificación de antígenos para evitar ser reconocidos).

Terapias Antimicrobianas

Antibióticos

Los antibióticos son agentes antimicrobianos producidos naturalmente por otros microorganismos (principalmente hongos). Algunos son semisintéticos (modificados químicamente). Pueden ser de amplio espectro (activos contra una gran variedad de microorganismos) o de espectro reducido (activos contra un grupo restringido).

La acción antibacteriana puede ocurrir a varios niveles:

Inhibición de la síntesis de la pared celular bacteriana.
Alteración de la permeabilidad de la membrana plasmática.
Inhibición de la síntesis de proteínas.
Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos.

Antivirales

Los virus utilizan la maquinaria del hospedador para replicarse, lo que dificulta el desarrollo de antivirales eficaces sin efectos negativos. Los interferones son proteínas producidas por células animales en respuesta a infecciones virales, que inhiben la multiplicación del virus.

Antifúngicos

Los antifúngicos más utilizados inhiben la síntesis de ergosterol, un componente de las membranas celulares de los hongos (en lugar del colesterol). Ejemplos de antiparasitarios incluyen metronidazol y cloroquina.

Aplicaciones Biotecnológicas de los Microorganismos

Producción de Alimentos

Pan

Las levaduras Saccharomyces cerevisiae realizan la fermentación alcohólica de los glúcidos de la harina de trigo, produciendo etanol y CO₂. La cocción elimina el etanol y destruye las levaduras.

Vino y Cerveza

Saccharomyces cerevisiae fermenta los azúcares del mosto (zumo de uva) en el caso del vino. En la cerveza, se requiere la germinación de semillas de cebada para obtener malta, seguida de un proceso de malteado. Se añaden aditivos como el lúpulo para dar sabor.

Queso y Leches Fermentadas

Bacterias lácticas (como Lactobacillus) fermentan glúcidos para producir ácido láctico. La elaboración del queso implica la adición de renina (cuajo) para precipitar proteínas lácticas, la separación del suero y la maduración con otras bacterias y levaduras.

Obtención de Vacunas

Las vacunas se utilizan para estimular el sistema inmunitario y generar inmunidad contra patógenos específicos. Inicialmente, se utilizaban microorganismos patógenos vivos atenuados (debilitados). Actualmente, se fabrican vacunas recombinantes mediante ingeniería genética (ej. vacuna contra la hepatitis B).

Producción de Antibióticos

La penicilina, el primer antibiótico aislado, fue producida por el hongo Penicillium. El proceso de obtención implica el crecimiento del hongo Penicillium chrysogenum en fermentadores, seguido de la purificación del antibiótico. Actualmente, se utilizan penicilinas semisintéticas. Otros antibióticos obtenidos por fermentación incluyen cefalosporinas (antibióticos β-lactámicos) y los producidos por actinomicetos.

Respuesta Inmunitaria

Tipos de Inmunidad

Inmunidad natural pasiva: Transferencia de anticuerpos de la madre al feto (placenta) y al lactante (leche materna).
Inmunidad natural activa: Se desarrolla después de superar una enfermedad infecciosa (anticuerpos y linfocitos de memoria).
Inmunidad artificial pasiva: Introducción de anticuerpos sintetizados por otra persona o animal (sueros o gammaglobulinas). Proporciona protección inmediata pero temporal.
Inmunidad artificial activa (vacunación): Estimulación del sistema inmunitario con antígenos para que el organismo produzca sus propios anticuerpos.

Vacunación (Inmunización Activa)

Estimula las defensas inmunitarias sin desarrollar la enfermedad. Las células de memoria permiten una respuesta rápida y eficaz ante un nuevo contacto con el patógeno.

Tipos de vacunas:

Atenuadas: Microorganismos vivos debilitados.
Inactivadas: Microorganismos muertos.
Acelulares: Partes o productos de microorganismos.

Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA)

El VIH (Virus de la Inmunodeficiencia Humana) infecta y destruye los linfocitos T4, células clave del sistema inmunitario. El virus se transmite a través de la sangre, el semen y las secreciones vaginales. La transcriptasa inversa permite la formación de ADN viral a partir del ARN, integrándose en el ADN celular.

Hipersensibilidad de Tipo I (Alergias)

Reacción alérgica que se desarrolla rápidamente (10-20 minutos) tras la exposición a un alérgeno. En la primera exposición, se produce la sensibilización (producción de IgE que se une a basófilos y mastocitos). En una nueva exposición, el alérgeno se une a las IgE, provocando la desgranulación (liberación de mediadores de la inflamación).

Enfermedades Autoinmunitarias

El sistema inmunitario ataca a las células propias del organismo. La tolerancia inmunológica (reconocimiento de lo propio) falla. Las causas pueden incluir cambios en los autoantígenos, aparición de antígenos extraños similares a los propios, o factores genéticos, endocrinos o externos.

Trasplantes

El rechazo es un problema común en los trasplantes, excepto en el de córnea (sin circulación linfática ni sanguínea). Los antígenos responsables del rechazo son los autoantígenos. El rechazo se produce por el ataque de linfocitos Tc, anticuerpos y macrófagos. Se utilizan inmunosupresores para evitar el rechazo.

Antígenos

Moléculas extrañas que desencadenan una respuesta inmunitaria. Clasificación:

Isoantígenos: De la misma especie.
Heteroantígenos: De distinta especie.
Autoantígenos: Del propio organismo.

Características:

Moléculas grandes (proteínas, polisacáridos).
Pueden ser moléculas libres o estructuras biológicas.
Haptenos: Moléculas pequeñas que se vuelven antigénicas al unirse a proteínas del organismo (ej. penicilina).
Reconocimiento mediante receptores antigénicos.
Unión en una zona específica: epítopo o determinante antigénico.
Antígenos univalentes (un epítopo) o polivalentes (varios epítopos).

Fagocitos

Tipos de leucocitos:

Granulocitos: Con gránulos citoplasmáticos y núcleo polilobulado.
Monocitos: Sin gránulos ni núcleo polilobulado. Se transforman en macrófagos al salir de los capilares. Los macrófagos fijos se denominan histiocitos.
Linfocitos: Defensas específicas (no fagocitan).

Funciones:

Fagocitosis: Función principal. Proceso:
1. Unión al elemento a fagocitar (favorecida por opsoninas).
2. Ingestión (formación de un fagosoma).
3. Muerte y digestión intracelular (fagolisosoma).
4. Expulsión de restos.
Liberación de productos tóxicos (desgranulación).
Liberación de histamina (basófilos y mastocitos).
Cooperación con linfocitos (macrófagos).

Linfocitos B

La teoría de la selección clonal explica la producción de anticuerpos específicos. Los linfocitos B activados se convierten en células plasmáticas (productoras de anticuerpos) o linfocitos B de memoria (reserva inmunitaria).

Anticuerpos (Inmunoglobulinas)

Proteínas con una pequeña parte glucídica. Estructura:

4 cadenas polipeptídicas (2 pesadas y 2 ligeras).
Puentes disulfuro.
Estructura en forma de Y.
Región constante: Unión a linfocitos B, fagocitos o complemento.
Región variable: Unión al antígeno (parátopo se une al epítopo del antígeno).
Valencia: Mínimo 2 (puede unirse a dos antígenos).

Tipos:

IgG: Sangre y líquidos extracelulares. Favorecen la fagocitosis, actúan como opsoninas y antitoxinas. Respuesta inmunitaria secundaria. Atraviesan la placenta.
IgA: Monoméricas (sangre) o diméricas (secreciones). Protegen las mucosas.
IgM: Sangre y superficie de linfocitos B. Activación del complemento. Respuesta inmunitaria primaria.
IgD: Membrana de linfocitos B. Reconocimiento de antígenos.
IgE: Sangre y líquidos extracelulares. Desgranulación de eosinófilos, basófilos y mastocitos (alergias).