Microbiología médica - Medical microbiology
La microbiología médica , el gran subconjunto de microbiología que se aplica a la medicina , es una rama de la ciencia médica que se ocupa de la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades infecciosas . Además, este campo de la ciencia estudia diversas aplicaciones clínicas de los microbios para la mejora de la salud. Hay cuatro tipos de microorganismos que causan enfermedades infecciosas: bacterias , hongos , parásitos y virus , y un tipo de proteína infecciosa llamada prión .
Un microbiólogo médico estudia las características de los patógenos , sus modos de transmisión, mecanismos de infección y crecimiento. La calificación académica como microbiólogo clínico / médico en un hospital o centro de investigación médica generalmente requiere una Maestría en Microbiología junto con un Ph.D. en cualquiera de las ciencias de la vida (Bioquímica, Micro, Biotecnología, Genética, etc). Con esta información, se puede diseñar un tratamiento. Los microbiólogos médicos a menudo actúan como consultores de los médicos , proporcionando identificación de patógenos y sugiriendo opciones de tratamiento. Otras tareas pueden incluir la identificación de riesgos potenciales para la salud de la comunidad o monitorear la evolución de cepas de microbios potencialmente virulentas o resistentes, educar a la comunidad y ayudar en el diseño de prácticas de salud. También pueden ayudar a prevenir o controlar epidemias y brotes de enfermedades. No todos los microbiólogos médicos estudian patología microbiana ; algunos estudian especies comunes no patógenas para determinar si sus propiedades se pueden utilizar para desarrollar antibióticos u otros métodos de tratamiento.
La epidemiología , el estudio de los patrones, causas y efectos de las condiciones de salud y enfermedad en las poblaciones, es una parte importante de la microbiología médica, aunque el aspecto clínico del campo se centra principalmente en la presencia y el crecimiento de infecciones microbianas en los individuos, sus efectos en el cuerpo humano y los métodos para tratar esas infecciones. En este sentido, todo el campo, como ciencia aplicada, puede subdividirse conceptualmente en subespecialidades académicas y clínicas, aunque en realidad existe un continuo fluido entre la microbiología de salud pública y la microbiología clínica , al igual que el estado del arte en los laboratorios clínicos. depende de las mejoras continuas en la medicina académica y los laboratorios de investigación .
Historia
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En 1676, Anton van Leeuwenhoek observó bacterias y otros microorganismos utilizando un microscopio de lente única diseñado por él mismo.
En 1796, Edward Jenner desarrolló un método que utiliza la viruela vacuna para inmunizar con éxito a un niño contra la viruela. Los mismos principios se utilizan hoy en día para desarrollar vacunas .
A raíz de esto, en 1857 Louis Pasteur también diseñó vacunas contra varias enfermedades como el ántrax , el cólera aviar y la rabia , así como la pasteurización para la conservación de alimentos.
En 1867, Joseph Lister es considerado el padre de la cirugía antiséptica . Al esterilizar los instrumentos con ácido carbólico diluido y usarlo para limpiar heridas, se redujeron las infecciones posoperatorias, lo que hizo que la cirugía fuera más segura para los pacientes.
En los años entre 1876 y 1884, Robert Koch proporcionó mucha información sobre las enfermedades infecciosas. Fue uno de los primeros científicos en centrarse en el aislamiento de bacterias en cultivo puro . Esto dio lugar a la teoría de los gérmenes , un determinado microorganismo responsable de una determinada enfermedad. Desarrolló una serie de criterios en torno a esto que se han conocido como los postulados de Koch .
Un hito importante en microbiología médica es la tinción de Gram . En 1884 Hans Christian Gram desarrolló el método de teñir bacterias para hacerlas más visibles y diferenciadas bajo un microscopio. Esta técnica se usa ampliamente en la actualidad.
En 1910 Paul Ehrlich probó múltiples combinaciones de productos químicos a base de arsénico en conejos infectados con sífilis . Entonces, Ehrlich descubrió que la arsfenamina era eficaz contra las espiroquetas de la sífilis. Las arsfenaminas se pusieron a disposición en 1910, conocidas como Salvarsan .
En 1929, Alexander Fleming desarrolló la sustancia antibiótica más utilizada tanto en ese momento como ahora: la penicilina .
En 1939, Gerhard Domagk descubrió que el rojo Prontosil protegía a ratones de estreptococos y estafilococos patógenos sin toxicidad. Domagk recibió el premio Nobel de fisiología o medicina por el descubrimiento de la sulfa .
La secuenciación del ADN , un método desarrollado por Walter Gilbert y Frederick Sanger en 1977, provocó un cambio rápido en el desarrollo de vacunas , tratamientos médicos y métodos de diagnóstico. Algunos de estos incluyen sintético insulina que se produjo en 1979 utilizando ADN recombinante y la vacuna primera ingeniería genética fue creado en 1986 para la hepatitis B .
En 1995, un equipo del Instituto de Investigación Genómica secuenció el primer genoma bacteriano ; Haemophilus influenzae . Unos meses más tarde, se completó el primer genoma eucariota . Esto resultaría invaluable para las técnicas de diagnóstico.
Enfermedades infecciosas comúnmente tratadas
Causas y transmisión de enfermedades infecciosas.
Las infecciones pueden ser causadas por bacterias , virus , hongos y parásitos . El patógeno que causa la enfermedad puede ser exógeno (adquirido de una fuente externa; ambiental, animal u otras personas, por ejemplo, influenza ) o endógeno (de la flora normal, por ejemplo, candidiasis ).
El sitio en el que un microbio ingresa al cuerpo se conoce como la puerta de entrada. Estos incluyen el tracto respiratorio , el tracto gastrointestinal , el tracto genitourinario , la piel y las membranas mucosas . La puerta de entrada de un microbio específico normalmente depende de cómo viaja desde su hábitat natural hasta el huésped.
Hay varias formas en las que la enfermedad se puede transmitir entre individuos. Éstos incluyen:
- Contacto directo: tocar a un anfitrión infectado, incluido el contacto sexual
- Contacto indirecto: tocar una superficie contaminada
- Contacto con gotitas : toser o estornudar
- Vía fecal-oral : ingerir alimentos o fuentes de agua contaminadas
- Transmisión aérea: esporas portadoras de patógenos
- Transmisión por vectores : un organismo que no causa la enfermedad en sí mismo, pero transmite la infección al transportar patógenos de un huésped a otro.
- Transmisión de fomite : un objeto o sustancia inanimado capaz de transportar gérmenes o parásitos infecciosos
- Ambiental: infección hospitalaria ( infecciones nosocomiales )
Al igual que otros patógenos, los virus utilizan estos métodos de transmisión para ingresar al cuerpo, pero los virus difieren en que también deben ingresar a las células reales del huésped. Una vez que el virus ha obtenido acceso a las células del huésped, se debe introducir el material genético del virus ( ARN o ADN ) en la célula . La replicación entre virus es muy variada y depende del tipo de genes involucrados en ellos. La mayoría de los virus de ADN se ensamblan en el núcleo, mientras que la mayoría de los virus de ARN se desarrollan únicamente en el citoplasma.
Los mecanismos de infección, proliferación y persistencia de un virus en las células del huésped son cruciales para su supervivencia. Por ejemplo, algunas enfermedades como el sarampión emplean una estrategia mediante la cual debe propagarse a una serie de huéspedes. En estas formas de infección viral, la enfermedad a menudo es tratada por la propia respuesta inmune del cuerpo y, por lo tanto, se requiere que el virus se disperse a nuevos huéspedes antes de que sea destruido por resistencia inmunológica o muerte del huésped. Por el contrario, algunos agentes infecciosos, como el virus de la leucemia felina , son capaces de resistir las respuestas inmunitarias y son capaces de lograr una residencia a largo plazo dentro de un huésped individual, al tiempo que conservan la capacidad de propagarse a los huéspedes sucesivos.
Pruebas de diagnóstico
La identificación de un agente infeccioso para una enfermedad menor puede ser tan simple como una presentación clínica; como enfermedades gastrointestinales e infecciones cutáneas. Para hacer una estimación fundamentada de qué microbio podría estar causando la enfermedad, es necesario considerar factores epidemiológicos; como la probabilidad de exposición del paciente al organismo sospechoso y la presencia y prevalencia de una cepa microbiana en una comunidad.
El diagnóstico de enfermedades infecciosas casi siempre se inicia consultando el historial médico del paciente y realizando un examen físico. Las técnicas de identificación más detalladas incluyen cultivo microbiano , microscopía , pruebas bioquímicas y genotipificación . Otras técnicas menos comunes (como rayos X , tomografías computarizadas , tomografías por emisión de positrones o RMN ) se utilizan para producir imágenes de anomalías internas resultantes del crecimiento de un agente infeccioso.
Cultivo microbiano
El cultivo microbiológico es el método principal utilizado para aislar enfermedades infecciosas para su estudio en el laboratorio. Las muestras de tejido o de fluido se prueban para la presencia de una específica de patógenos , que se determina por el crecimiento en un selectiva o diferencial medio .
Los 3 tipos principales de medios utilizados para las pruebas son:
- Cultivo sólido: se crea una superficie sólida utilizando una mezcla de nutrientes, sales y agar . Un solo microbio en una placa de agar puede luego crecer en colonias (clones donde las células son idénticas entre sí) que contienen miles de células. Estos se utilizan principalmente para cultivar bacterias y hongos.
- Cultivo líquido: las células se cultivan dentro de un medio líquido. El crecimiento microbiano está determinado por el tiempo que tarda el líquido en formar una suspensión coloidal . Esta técnica se utiliza para diagnosticar parásitos y detectar micobacterias .
- Cultivo celular: los cultivos de células humanas o animales se infectan con el microbio de interés. Luego, estos cultivos se observan para determinar el efecto que tiene el microbio en las células. Esta técnica se utiliza para identificar virus.
Microscopía
Las técnicas de cultivo a menudo utilizan un examen microscópico para ayudar en la identificación del microbio. Se pueden utilizar instrumentos como microscopios de luz compuestos para evaluar aspectos críticos del organismo. Esto se puede realizar inmediatamente después de que se toma la muestra del paciente y se usa junto con técnicas de tinción bioquímica, lo que permite la resolución de las características celulares. Los microscopios electrónicos y los microscopios de fluorescencia también se utilizan para observar microbios con mayor detalle para la investigación.
Ensayos bioquímicos
Se pueden utilizar pruebas bioquímicas rápidas y relativamente sencillas para identificar agentes infecciosos. Para la identificación bacteriana, el uso de características metabólicas o enzimáticas es común debido a su capacidad para fermentar carbohidratos en patrones característicos de su género y especie . Los ácidos, alcoholes y gases generalmente se detectan en estas pruebas cuando las bacterias crecen en medios líquidos o sólidos selectivos , como se mencionó anteriormente. Para realizar estas pruebas en masa se utilizan máquinas automatizadas. Estas máquinas realizan múltiples pruebas bioquímicas simultáneamente, utilizando tarjetas con varios pozos que contienen diferentes químicos deshidratados. El microbio de interés reaccionará con cada sustancia química de una manera específica, ayudando en su identificación.
Los métodos serológicos son pruebas de laboratorio muy sensibles, específicas y, a menudo, extremadamente rápidas que se utilizan para identificar diferentes tipos de microorganismos. Las pruebas se basan en la capacidad de un anticuerpo para unirse específicamente a un antígeno . El antígeno (generalmente una proteína o carbohidrato producido por un agente infeccioso) se une al anticuerpo, lo que permite que este tipo de prueba se utilice para organismos distintos de las bacterias. Esta unión desencadena una cadena de eventos que pueden observarse fácil y definitivamente, según la prueba. Las técnicas serológicas más complejas se conocen como inmunoensayos . Utilizando una base similar a la descrita anteriormente, los inmunoensayos pueden detectar o medir antígenos de agentes infecciosos o de las proteínas generadas por un huésped infectado en respuesta a la infección.
Reacción en cadena de la polimerasa
Los ensayos de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) son la técnica molecular más utilizada para detectar y estudiar microbios. En comparación con otros métodos, la secuenciación y el análisis son definitivos, fiables, precisos y rápidos. En la actualidad, la PCR cuantitativa es la técnica principal utilizada, ya que este método proporciona datos más rápidos en comparación con un ensayo de PCR estándar. Por ejemplo, las técnicas de PCR tradicionales requieren el uso de electroforesis en gel para visualizar moléculas de ADN amplificadas una vez finalizada la reacción. La PCR cuantitativa no requiere esto, ya que el sistema de detección utiliza fluorescencia y sondas para detectar las moléculas de ADN a medida que se amplifican. Además de esto, la PCR cuantitativa también elimina el riesgo de contaminación que puede ocurrir durante los procedimientos de PCR estándar (traspaso del producto de PCR a las posteriores). Otra ventaja de usar la PCR para detectar y estudiar microbios es que las secuencias de ADN de cepas o microbios infecciosos recién descubiertos se pueden comparar con las que ya figuran en las bases de datos, lo que a su vez ayuda a comprender mejor qué organismo está causando la enfermedad infecciosa y, por lo tanto, qué. Se podrían utilizar posibles métodos de tratamiento. Esta técnica es el estándar actual para detectar infecciones virales como el SIDA y la hepatitis .
Tratos
Una vez que se ha diagnosticado e identificado una infección, el médico y los microbiólogos médicos consultores deben evaluar las opciones de tratamiento adecuadas. Algunas infecciones pueden ser tratadas por el propio sistema inmunológico del cuerpo , pero las infecciones más graves se tratan con medicamentos antimicrobianos . Las infecciones bacterianas se tratan con antibacterianos (a menudo llamados antibióticos), mientras que las infecciones por hongos y virus se tratan con antifúngicos y antivirales respectivamente. Una amplia clase de medicamentos conocidos como antiparasitarios se usa para tratar enfermedades parasitarias .
Los microbiólogos médicos a menudo hacen recomendaciones de tratamiento al médico del paciente en función de la cepa del microbio y sus resistencias a los antibióticos , el sitio de la infección, la toxicidad potencial de los medicamentos antimicrobianos y las alergias a los medicamentos que tenga el paciente.
Además de que los fármacos son específicos de un determinado tipo de organismo (bacterias, hongos, etc.), algunos fármacos son específicos de un determinado género o especie de organismo y no funcionan en otros organismos. Debido a esta especificidad, los microbiólogos médicos deben considerar la efectividad de ciertos medicamentos antimicrobianos al hacer recomendaciones. Además, las cepas de un organismo pueden ser resistentes a un determinado fármaco o clase de fármaco, incluso cuando suele ser eficaz contra la especie. Estas cepas, denominadas cepas resistentes, presentan un grave problema de salud pública de creciente importancia para la industria médica a medida que empeora la propagación de la resistencia a los antibióticos . La resistencia a los antimicrobianos es un tema cada vez más problemático que provoca millones de muertes cada año.
Mientras que la resistencia a los fármacos normalmente implica que los microbios inactiven químicamente un fármaco antimicrobiano o una célula que detenga mecánicamente la absorción de un fármaco, otra forma de resistencia a los fármacos puede surgir de la formación de biopelículas . Algunas bacterias pueden formar biopelículas al adherirse a las superficies de los dispositivos implantados, como catéteres y prótesis, y crear una matriz extracelular a la que se adhieran otras células. Esto les proporciona un entorno estable desde el que las bacterias pueden dispersarse e infectar otras partes del huésped. Además, la matriz extracelular y la densa capa externa de células bacterianas pueden proteger las células bacterianas internas de los fármacos antimicrobianos.
La microbiología médica no solo se trata de diagnosticar y tratar enfermedades, también implica el estudio de microbios beneficiosos. Se ha demostrado que los microbios son útiles para combatir las enfermedades infecciosas y promover la salud. Los tratamientos se pueden desarrollar a partir de microbios, como lo demuestra el descubrimiento de la penicilina por Alexander Fleming, así como el desarrollo de nuevos antibióticos del género bacteriano Streptomyces, entre muchos otros. Los microorganismos no solo son una fuente de antibióticos, sino que algunos también pueden actuar como probióticos para proporcionar beneficios para la salud del huésped, como mejorar la salud gastrointestinal o inhibir patógenos.