Portada » Biología » Fundamentos de la Tinción y Morfología Bacteriana: Estructuras y Metabolismo Microbiano
La Tinción de Gram es uno de los métodos de tinción más importantes en el laboratorio bacteriológico y con el que el estudiante debe estar perfectamente familiarizado. Su utilidad práctica es indiscutible, y en el trabajo microscópico de rutina del Laboratorio de Microbiología, las referencias a la morfología celular bacteriana (cocos, bacilos, positivos, negativos, etc.) se basan justamente en la tinción de Gram.
Sobre la base de su reacción a la tinción de Gram, las bacterias pueden dividirse en dos grupos: grampositivas y gramnegativas (en este caso, los términos positivo y negativo no tienen nada que ver con carga eléctrica, sino que simplemente designan dos grupos morfológicos distintos de bacterias).
Las bacterias grampositivas y gramnegativas se tiñen de forma distinta debido a las diferencias constitutivas en la estructura de sus paredes celulares. La pared de la célula bacteriana sirve para dar su tamaño y forma al organismo, así como para prevenir la lisis osmótica. El material de la pared celular bacteriana que confiere rigidez es el peptidoglicano.
Debido a su importancia en taxonomía bacteriana y a que indica diferencias fundamentales de la pared celular de las distintas bacterias, describiremos aquí con algún detalle la tinción de Gram y las interpretaciones que actualmente se hacen sobre el porqué de su funcionamiento.
Las células fijadas al calor sobre un portaobjetos se tiñen siguiendo estos pasos:
La diferencia esencial entre estos dos tipos de células está en su resistencia a la decoloración. Esta resistencia se debe probablemente a:
El carácter de grampositivo no es siempre un fenómeno del todo o nada. Algunos organismos son más grampositivos que otros y algunos son gram-variables, es decir, unas veces grampositivos y otras gramnegativos.
Las paredes celulares de ciertos parásitos y bacterias contienen ácidos grasos (ácidos micólicos) de cadena larga (50 a 90 átomos de carbono) que les confieren la propiedad de resistir la decoloración con alcohol-ácido, después de la tinción con colorantes básicos. Por esto se denominan ácido-alcohol resistentes (BAAR).
Las micobacterias como M. tuberculosis y M. marinum y los parásitos coccídeos como Cryptosporidium se caracterizan por sus propiedades de ácido-alcohol resistencia. La coloración clásica de Ziehl-Neelsen requiere calentamiento para que el colorante atraviese la pared bacteriana que contiene ceras.
Se ha desarrollado una coloración de ácido-alcohol resistencia modificada que diferencia las especies de Nocardia (bacterias ramificadas filamentosas cuyas paredes celulares contienen ácidos grasos de unos 50 átomos de carbono), de los actinomiceos (muy semejantes pero no ácido-alcohol resistentes). Nocardia spp son decoloradas por la mezcla ácido-alcohol estándar, pero no por un tratamiento más suave con ácido sulfúrico 0,5 a 1%. Estos microorganismos se denominan ácido-alcohol resistentes parciales o débiles.
Los ácidos micólicos de las paredes celulares de las micobacterias poseen afinidad por los fluorocromos auramina y rodamina. Estos colorantes se fijan a las bacterias, que aparecen de color amarillo o naranja brillante contra un fondo verdoso. El permanganato de potasio, empleado como contraste, evita la fluorescencia inespecífica. Todos los microorganismos ácido-alcohol resistentes, incluyendo los esporozoarios parásitos, se tiñen con estos colorantes.
Un aspecto importante de la coloración rodamina-auramina es que luego los frotis pueden ser reteñidos con la coloración de Ziehl-Neelsen o Kinyoun directamente sobre la tinción con el fluorocromo, si se elimina antes el aceite de inmersión. De esta forma, los resultados positivos pueden ser confirmados con las coloraciones tradicionales, que además permiten la diferenciación morfológica.
Las paredes celulares de los hongos fijan el colorante blanco de calcoflúor, aumentando considerablemente su visibilidad en los tejidos y otras muestras. Según fue descrito por Hageage y Harrington, este colorante se emplea en lugar de KOH al 10% para el examen inicial de los materiales clínicos. También se emplea para aumentar la visualización de los elementos morfológicos de los cultivos puros de los hongos. En algunos laboratorios ha suplantado al azul de lactofenol en muchas aplicaciones. Los organismos fluorescen con luz blanco-azulada o verde manzana, según la fuente luminosa que se utilice.
Algunos géneros bacterianos, entre los que destacan Clostridium y Bacillus, producen en su interior formas de resistencia denominadas endosporas. Se producen cuando las condiciones ambientales son desfavorables (agotamiento de los nutrientes, temperaturas extremas, radiaciones, compuestos tóxicos, etc.), formándose una espora por cada forma vegetativa. Al finalizar el proceso de esporogénesis, la célula vegetativa se lisa y libera la espora al exterior. Cuando el ambiente es favorable, la espora germina generando una nueva forma vegetativa. La capacidad de germinar perdura durante años.
Las endosporas poseen unas cubiertas exclusivas que las hacen resistentes a los factores ambientales adversos. Además, estas cubiertas hacen que las esporas aparezcan en el microscopio óptico como estructuras refringentes y de difícil tinción. La tinción específica de esporas requiere dos colorantes:
Las endosporas, tras la primera tinción, no perderán el colorante en el lavado con agua, y sí lo harán las formas vegetativas, que quedarán teñidas con el segundo colorante.
Son apéndices filiformes, sumamente delgados, que sobresalen a través de la pared celular, y se originan, al parecer, en una formación granular situada inmediatamente debajo de dicha pared, en el citoplasma. Están hechos de una proteína llamada flagelina, y consisten en un filamento y una región basal. La región basal tiene un gancho y un cuerpo basal que poseen una vara y anillos.
No todas las bacterias poseen flagelos. Como la motilidad de las bacterias se debe a los flagelos, y no todas las bacterias son flageladas, se deduce que hay especies móviles y especies no móviles. Las bacterias flageladas presentan un patrón específico, tanto por el lugar de fijación como por el número de dichos apéndices. Este carácter se aplica a la clasificación de las bacterias en los órdenes Pseudomonadales (flagelos polares) y Eubacteriales (flagelos peritricos).
Los flagelos son demasiado pequeños para ser vistos en estado natural con el microscopio óptico. Sin embargo, con procedimientos especiales de tinción que emplean mordientes, aumenta su diámetro y se hacen visibles. Tienen composición antigénica y química diferente al resto de la célula, por lo que provocan producción de anticuerpos (Ac) específicos.
Muchas bacterias tienen apéndices filamentosos diferentes de los flagelos. Estos apéndices, denominados fimbrias (pelos), son más pequeños, más cortos y más numerosos que los flagelos, y no forman ondulaciones regulares como hacen estos. Las fimbrias solo pueden verse por microscopía electrónica. Se encuentran tanto en las bacterias que no se mueven como en las móviles, y por consiguiente, no tienen función motora. Se supone que estos pelos sirven como órganos de adherencia.
Se une a la pared de la célula y está hecha de polisacárido o polipéptido, o una combinación de ambos, formando una capa viscosa.
Cápsula y capa viscosa no captan tinciones simples, pero pueden ser observadas por tinción negativa con Tinta de India o Nigrosina.
Algunas células bacterianas están rodeadas de una sustancia viscosa que forma una capa que cubre o envuelve la célula y está normalmente compuesta de polisacárido, polipéptido, o ambos. Esta formación se denomina Glicocálix, cápsula o cubierta mucilaginosa, siendo, al parecer, la cápsula una estructura más definida que la cubierta. La habilidad de producir una cápsula es una propiedad heredada del organismo, pero la cápsula no es un componente celular completamente esencial. La presencia de la cápsula aumenta la capacidad infecciosa en algunas bacterias patógenas; y, al contrario, de la pérdida de la cápsula puede derivarse la pérdida de virulencia.
(Nota: El texto original menciona Filamentos Axiales pero no proporciona descripción, por lo que se mantiene el encabezado sin contenido adicional).
Debajo de las sustancias extracelulares, como son las cápsulas y cubiertas mucilaginosas, y en la periferia de una delicada membrana que está en inmediato contacto con el citoplasma, se encuentra la pared celular, que es una estructura rígida que da forma a la célula. Constituyentes importantes de la pared celular son los aminoácidos, aminoazúcares, azúcares y grasas. Estas sustancias (proteínas, hidratos de carbono, grasas) están enlazadas formando el polímero complejo que forma la pared celular.
Entre los constituyentes de la pared celular de las bacterias Grampositivas y Gramnegativas existen importantes diferencias. Por ejemplo, las paredes de las bacterias grampositivas contienen menos aminoácidos que las gramnegativas; el contenido graso es mucho más elevado en las gramnegativas que en las grampositivas. Este hecho se ha propuesto como explicación del mecanismo de la reacción al Gram.
Tiene una capa gruesa de peptidoglicano (mureína) y dos clases de ácidos teicoicos:
Tiene una capa delgada de peptidoglicano (mureína) unida a una membrana exterior por lipoproteínas. La membrana exterior está hecha de proteína, fosfolípido y lipopolisacárido.
Inmediatamente debajo de la pared celular, existe una membrana fina, o envoltura, que se denomina membrana citoplásmica o protoplásmica y está formada por una bicapa de fosfolípido integral y proteínas periféricas empotradas. La membrana citoplásmica tiene una significación funcional de suma importancia. Se trata de una membrana semipermeable, selectiva, que controla el paso de los elementos nutritivos dentro de la célula y la salida de los productos de desecho. Tiene enzimas respiratorias y durante la división celular el cromosoma se une a la membrana de la célula en el sitio llamado Mesosoma.
El material celular contenido dentro de la membrana citoplásmica puede dividirse en tres partes: región citoplásmica, de apariencia granular, la cual es rica en RNA; región nuclear o cromatínica, que es rica en DNA; y la parte líquida que mantiene disueltos los elementos nutritivos.
Las células bacterianas no contienen el núcleo característico de las células de las plantas y animales superiores. Sin embargo, contienen en el citoplasma «cuerpos» que se consideran como una estructura nuclear. El ADN de la célula bacteriana se encuentra confinado en este espacio, es único y circular, doble hélice sin proteínas. Como no se trata de un núcleo discreto, se ha sugerido que se dé a estas estructuras las denominaciones de cuerpo cromatínico, nucleoides, equivalentes nucleares, y aun cromosomas bacterianos. Se demuestra con el método de tinción de Feulgen, específico para el DNA, y por microscopía electrónica, porque la sustancia nuclear es menos densa que el citoplasma circundante.
El RNA, combinado con proteínas, forma partículas o corpúsculos macromoleculares, de unos 200 Å de diámetro, que forman una masa densa y compacta en todo el citoplasma. Estas partículas de RNA-proteína se denominan ribosomas, y son el equivalente en las bacterias de los microsomas. Tienen estrecha relación con la síntesis de proteínas (30S y 50S para formar un complejo 70S).
Lazos extracromosómicos de ADN. Algunos codifican para la resistencia a drogas, toxinas y otros factores.
Algunas bacterias pueden transformarse en pequeños ovoides o esferas, que son formas celulares muy resistentes, denominadas esporas, o endosporas, porque se producen intracelularmente. Todos los organismos de los géneros Bacillus y Clostridium se caracterizan, en parte, por su propiedad de producir esporas. Las bacterias capaces de esporular pueden crecer y reproducirse en forma de células vegetativas durante muchas generaciones. Sin embargo, en cierto período del desarrollo del cultivo en medio nutritivo apropiado, se produce, dentro del citoplasma, la síntesis de nuevo protoplasma destinado a transformarse en espora.
Sobre un portaobjetos de vidrio, limpio y seco, se coloca una gota del material que se va a teñir (si es líquido) o se hace rodar el hisopo con que se tomó la muestra. Una vez que el hisopo ha tocado la superficie del portaobjetos, que no está estéril, ya no puede ser empleado para inocular los medios de cultivo.
Puede usarse una aguja estéril para transferir una pequeña cantidad de un cultivo bacteriano a la superficie del portaobjetos. Este material es suspendido en una gota de agua o solución salina previamente colocada sobre el portaobjetos. Cuando se trata de colonias muy pequeñas que pueden perderse en una gota de líquido, se emplea una varilla delgada de madera estéril con la cual se toca la colonia obteniéndose así una fracción apreciable del desarrollo. El material se frota directamente sobre el portaobjetos, donde puede visualizarse con facilidad.
El material colocado en el portaobjetos se deja secar al aire o bien se pasa varias veces por la zona azul de la llama de un mechero de Bunsen hasta que el vidrio esté tan caliente que moleste al tacto pero no queme. Según la manipulación que efectuemos sobre la muestra a observar y según los colorantes que empleemos durante el proceso, podemos hablar de diferentes modalidades de tinción.
No se utiliza ningún tipo de colorante. Las muestras se extienden directamente sobre la superficie de un portaobjetos para su observación. El material que es demasiado espeso para permitir la diferenciación de sus elementos puede diluirse con igual volumen de solución salina fisiológica estéril. Se deposita suavemente un cubreobjetos sobre la superficie del material. Este tipo de preparación se emplea para detectar:
Se utiliza un solo colorante, por lo que todas las estructuras celulares se tiñen con la misma tonalidad (Tinta china, Azul de Metileno de Loeffler, Azul de lactofenol).
Se utilizan varios colorantes combinados. Las estructuras celulares se diferencian en función de los diferentes colorantes que fijan de acuerdo con su propia constitución química. Los ejemplos clásicos serían la tinción de Gram o la de Ziehl-Neelsen.
La Glucosa es fosforilada, desarmada y reorganizada en 2-3 compuestos de carbono que finalmente forman 2 ácidos pirúvicos, y en el proceso producen 2 ATP y 2 NADH.
Es un paso adicional a la glicólisis donde el ácido pirúvico acepta electrones del NADH para formar ácido láctico, etanol, butanol, etc. (dependiendo del organismo), mientras genera NAD+ para la glicólisis. La fermentación no produce ningún ATP más que los 2 ATP formados en la glicólisis.
En los procariotas tiene lugar en la membrana citoplásmica, mientras que en los eucariotas sucede en la membrana mitocondrial interna.
En los procariotas, la respiración aeróbica produce 38 ATP, pero en los eucariotas el rendimiento es de 36 ATP. En eucariotas, 2 NADH de la glicólisis tienen que ser transportados a las mitocondrias y eso requiere un ATP por NADH.
Cuando en una biopsia encontramos los hepatocitos en aspecto de vidrio esmerilado, significa que el virus se está reproduciendo en él (infección aguda). Estos tienen la propiedad de captar la Orceína, coloreándose en marrón. Este es un método menos específico que la peroxidasa, pero es más económico. Es una técnica que puede hacerse de rutina.
Los hongos son células eucariotas que presentan:
Además, son heterótrofos, es decir, se nutren de compuestos orgánicos; presentan pared rígida y su reproducción puede ser asexuada y sexuada.
La ramificación de las hifas forman una masa algodonosa y entrelazada de hifas secundarias y terciarias denominadas micelio. La parte del micelio que penetra en el sustrato se denomina micelio vegetativo y la parte libre micelio aéreo reproductor. Las esporas presentan dos membranas: una interna denominada endosporina y otra externa, exosporina. La estructura, formación y pigmentación de las esporas ayuda mucho a la identificación de los hongos. Algunos hongos son dimórficos, es decir, pueden aparecer en forma de levadura o en forma micelial dependiendo de las condiciones donde se desarrollen.
Los hongos tienen escasas necesidades nutricionales por lo que pueden crecer fácilmente. El lugar más frecuente es el suelo, a temperatura entre 10 y 50ºC dependiendo de la especie, aunque algunos pueden crecer indistintamente a bajas o altas temperaturas. Por otra parte, su pH varía entre 4,5 y 8 y se ven favorecidos por cierto grado de humedad. En medios de cultivo necesitan para crecer una fuente de carbono y una fuente de nitrógeno.
Los hongos se clasifican, por su morfología, en: Esporas, Hifas filamentosas y Filamentos de esporas. Cuando, mediante la técnica histológica, queremos demostrar que existen hongos es muy difícil su identificación específica. En general los hongos son:
Una de las técnicas más usadas para su demostración es la Técnica de Plata Metenamina que, junto con el PAS, colorea los hidratos de carbono de las cápsulas.
Esta técnica implica:
Otras técnicas:
