Visión general/Introducción a las bacterias Vibrio
Con más de 100 especies, las bacterias Vibrio son un género que es Gram negativo y están ampliamente distribuidas en ambientes acuáticos (incluyendo aguas costeras y estuariales, etc). En estos entornos, la mayoría de las especies están asociadas a una variedad de organismos marinos, incluyendo diferentes tipos de peces y crustáceos, etc. (en estos organismos, los vibrios existen como comensales o parásitos).
De las más de 100 especies ya identificadas, sólo 12 se han asociado con enfermedades/infecciones humanas, siendo Vibrio cholerae el patógeno más común. Además de causar enfermedades/infecciones humanas, un buen número de patógenos humanos también son responsables de infecciones en una serie de organismos marinos.
Los ejemplos de especies que pertenecen al género Vibrio incluyen:
- V. cholerae,
- V. parahaemolyticus,
- V. vulnificus
- V. fluvialis
- V. furnissii
- V. hollisae
Breve historia del cólera y la bacteria Vibrio
Entre principios y mediados del siglo XIX, se registraron graves brotes de cólera en diferentes partes del mundo, desde la India en 1817 hasta partes de Europa y América en la década de 1850. Durante este período, se creía ampliamente que la epidemia era el resultado de vapores venenosos junto con partículas de materia en descomposición.
A mediados del siglo XIX, sin embargo, los estudios de investigación establecieron que las infecciones eran el resultado de un microorganismo que más tarde se conocería como Vibrio cholerae.
En 1854, John Snow, considerado uno de los pioneros de la epidemiología moderna, examinó varias muestras de agua, y observó la presencia de partículas blancas floculantes en zonas con altos casos de muertes asociadas al cólera. Aunque pudo demostrar que la propagación de la enfermedad (el cólera) estaba relacionada con el consumo de agua, no pudo identificar el organismo.
En el mismo año (1954), al investigar los cuerpos de los pacientes que murieron de la enfermedad en Florencia, Filippo Pacini, un anatomista, identificó unos elementos diminutos que denominó vibriones.
Inspeccionando las heces y la mucosa intestinal de los pacientes que murieron, Pacini observó que todas las personas que murieron de la enfermedad estaban infectadas por estos elementos, lo que le llevó a concluir que eran estos vibriones, y no el vapor venenoso, los que causaban la enfermedad.
Sin embargo, como no había realizado ningún experimento que demostrara la relación entre el vibrión y la enfermedad, sus opiniones fueron rechazadas por la comunidad científica, que sostenía que la enfermedad era el resultado del mal aire.
En la década de 1880, basándose en los trabajos de Louis Pasteur, Robert Koch, un científico alemán, desarrolló varias técnicas para cultivar y estudiar las características de diversos microorganismos. Estas técnicas le permitieron aislar y cultivar el organismo de la mucosa interna de los pacientes que murieron de la enfermedad e incluso identificar su morfología general.
Dado que Koch sólo aisló el organismo de los cuerpos de los pacientes que murieron de la enfermedad, concluyó que este microorganismo en particular era el responsable de la enfermedad.
A través de experimentos adicionales, Koch también notó que el organismo se multiplicaba en la ropa de cama húmeda y sucia, así como en la tierra húmeda, pero era incapaz de reproducir la enfermedad en los animales. A pesar de aportar pruebas significativas que demostraban la correlación entre el organismo y la enfermedad, sus hallazgos fueron ampliamente rechazados en varias partes de Europa.
Clasificación
Dominio: Bacterias – Como bacterias, los miembros del género Vibrio se caracterizan por una estructura celular simple que carece de orgánulos unidos a la membrana (procariotas). También son organismos unicelulares con una pared celular (consiste en una capa de peptidoglicano) que cubre la célula.
Phylum: Proteobacterias – Los miembros del Phylum Proteobacteria son Gram-negativos. Como ocurre con las bacterias Vibrio, algunos de los organismos de este grupo son de vida libre en el medio ambiente, mientras que otros son patógenos y, por tanto, capaces de causar enfermedades en los seres humanos y los animales.
Clase: Gammaproteobacterias – La clase Gammaproteobacterias es un grupo grande y diverso que consiste en bacterias Gram-negativas. Son organismos unicelulares y la mayoría de las especies tienen un aspecto similar a un bastón.
Orden: Vibrionales – Vibrionales es un orden formado por bacterias Gram negativas que se caracterizan por una morfología en forma de bastón recto o curvo. También se mueven mediante flagelos polares (situados en un extremo del organismo).
Familia: Vibrionaceae – Vibrionaceae es una familia del orden Vibrionales que consiste en bacterias Gram negativas que se encuentran comúnmente en ambientes acuáticos (agua dulce y marina) donde se mueven por medio de un flagelo. La mayoría de estas especies son también anaerobios facultativos que obtienen su energía mediante la fermentación.
Género: Vibrio – Las características del género Vibrio se discuten a continuación en detalle.
Ecología y distribución
Los miembros del género Vibrio están ampliamente distribuidos en los principales océanos y en varias masas de agua dulce de todo el mundo. Según los estudios, constituyen entre el 0,5 y el 5 por ciento de la comunidad total de bacterias en los principales océanos del mundo. Se trata de una cifra significativa si se tiene en cuenta que el océano está formado por más de dos (2) millones de especies de bacterias.
Aunque pueden encontrarse en los estuarios (masas de agua negruzca conectadas a uno o más ríos, así como en el mar abierto), estas bacterias son autóctonas de los entornos marinos.
En el entorno marino, el crecimiento general, y la distribución de las bacterias Vibrio dependen de varios factores ambientales. Por ejemplo, se ha demostrado que la población de las especies de Vibrio (por ejemplo, V. vulnificus y V. parahaemolyticus, etc.) aumenta a temperaturas superiores a los 20 grados C, alcanzando su máximo entre los 20 y los 30 grados C.
También se ha demostrado que los cambios de temperatura influyen directamente en el riesgo de infección para los seres humanos. En los Estados Unidos, por ejemplo, más del 75 por ciento de las infecciones relacionadas con Vibrio se producen a temperaturas del agua superiores a 20 grados C (entre los meses de mayo y octubre).
Los miembros del género Vibrio que se encuentran en el agua dulce, en particular V. cholerae, son responsables de varios brotes especialmente en las zonas rurales. Aunque estas enfermedades/infecciones se han registrado en todas las regiones del mundo, son más comunes en los países rurales y del tercer mundo: En estas zonas, la falta de higiene es uno de los factores que contribuyen significativamente a la propagación del cólera.
En condiciones ambientales duras, se ha descubierto que algunas de las especies de las zonas marinas templadas viven en los sedimentos. Se ha demostrado que este hábitat es especialmente idóneo en tales circunstancias (condiciones duras) dado que contiene altas cantidades de materia orgánica que pueden sustentar a las bacterias durante un periodo de tiempo determinado.
En diversas superficies, por otra parte, las bacterias Vibrio sobreviven formando biopelículas que les permiten vivir y sobrevivir en diferentes entornos, incluyendo el agua y otras superficies húmedas.
* Como comensales o patógenas, las bacterias Vibrio pueden encontrarse viviendo dentro del huésped (por ejemplo, en los intestinos) o adheridas a la superficie del mismo.
Características morfológicas de las bacterias Vibrio
Al igual que muchas otras bacterias, los miembros del género Vibrio son de tamaño pequeño, oscilando entre 0,5 y 0,8 um de diámetro y 1,4 y 2,6 um de longitud. Sin embargo, en un cultivo, pueden formar colonias de entre 2 y 3 mm de diámetro.
Se caracterizan por tener una forma de varilla recta o curva (en forma de coma), así como un único flagelo polar utilizado para el movimiento. Aunque algunos de los Vibriones tienen una forma recta y parecida a una varilla, los miembros de este grupo, por ejemplo V. cholerae, son curvos, una de las características utilizadas para clasificar estas bacterias (clasificación basada en la forma/morfología).
La siguiente es una representación diagramática de una célula de la bacteria Vibrio:
La pared celular de la bacteria Vibrio, como la de muchas otras bacterias, está formada por una capa de peptidoglicanos. Las cadenas de glicanos, que componen la capa de peptidoglicano, rodean el cuerpo celular a lo ancho (alrededor del cuerpo celular como un cordón telefónico).
Cabe destacar que en algunas de las especies, las cadenas individuales no son lo suficientemente largas como para rodear completamente toda la circunferencia del cuerpo celular. Por esta razón, algunas de las cadenas pueden aparecer como fragmentos cortos que sólo recorren una cierta distancia alrededor de la circunferencia de la célula.
A diferencia de la mayoría de los cocos y bacilos, las especies de Vibrio son altamente móviles y utilizan un flagelo para moverse de un lugar a otro. Como ya se ha mencionado, los miembros de este grupo se encuentran comúnmente en ambientes acuáticos. Aquí, pues, tener esta estructura es particularmente importante ya que les permite nadar libremente.
En general, el número y el tipo de flagelos producidos dependen en gran medida de la especie. Mientras que la mayoría de las especies tienen flagelos polares monotricos (un flagelo polar más grande y varios flagelos laterales), algunas de las especies utilizan lofotricos o peritricos para el movimiento.
* El movimiento de las bacterias Vibrio es posible gracias al mecanismo de rotación o propulsión de los flagelos.
La estructura de un flagelo consta de tres partes principales.
Estas incluyen:
- El cuerpo basal
- El gancho
- El filamento
En ambientes líquidos (ambientes acuáticos), especies como V. parahaemolyticus sólo tienen un único flagelo polar situado en un extremo de su cuerpo celular. El flagelo está cubierto por una vaina que se extiende desde la membrana celular del organismo.
En este entorno, un solo flagelo es suficiente para el movimiento. Sin embargo, en un entorno con un líquido más viscoso o un semisólido, se producen flagelos adicionales, conocidos como flagelos laterales, para permitir que el organismo se mueva con mayor eficacia. Estas estructuras son más útiles para la adhesión/adhesión, lo que a su vez permite a la bacteria moverse.
* Además de los flagelos, algunas especies producen una estructura proteica conocida como MAM7 (molécula de adhesión multivalente) que permite a la bacteria adherirse a la célula de un huésped en caso de infección.
Aunque carecen de orgánulos unidos a la membrana como los procariotas, las bacterias Vibrio tienen una serie de orgánulos y estructura importantes que incluyen:
- Nucleoide
- Riboplasma
- Citoplasma
- Pili
- Membrana celular
- Cápsula celular
* Como bacterias Gram negativas, Vibrio tiene una capa de peptidoglicano considerablemente fina en comparación con la que se encuentra en las bacterias Gram positivas. Por esta razón, no retienen la tinción primaria y por lo tanto toman el color de la contratinción. Cuando se observan al microscopio, aparecerán como elementos curvos de color rosa.
* Para estudiar las características morfológicas de las bacterias Vibrio, se recomienda la microscopía directa de campo oscuro – Utilizando esta técnica, es posible identificar las características de motilidad de estos organismos.
Lea más sobre las bacterias Gram negativas y Gram positivas
Eche un vistazo a otras técnicas de microscopía de imágenes
Nutrición
Al igual que muchas otras bacterias, las bacterias Vibrio son heterótrofas y, por tanto, incapaces de producir su propio alimento. Por esta razón, dependen de diversos materiales orgánicos como fuente de energía.
Para las diferentes especies, se ha demostrado que el metabolismo es oxidativo (donde se utiliza el oxígeno para descomponer y obtener energía de los carbohidratos) o fermentativo (degradación de la materia orgánica de forma anaeróbica para producir energía). Sin embargo, el metabolismo fermentativo es el modo más común de metabolismo para la mayoría de las especies.
* Dado que la mayoría de estas especies no son fastidiosas, pueden sobrevivir con fuentes de carbono simples como la glucosa como fuente de energía.
Aunque la mayoría de las especies existen como organismos de vida libre en entornos marinos y de agua dulce, algunas de las especies (por ejemplo, Vibrio cholerae) son patógenas y causan enfermedades en los seres humanos (otras especies causan enfermedades tanto en los seres humanos como en otros animales). Estas especies pueden encontrarse en fuentes de agua contaminadas o incluso en frutas/alimentos.
Bioluminiscencia
La bioluminiscencia se refiere a la capacidad de algunos organismos de emitir luz. Vibrio fischeri, miembro del género Vibrio es una de las pocas bacterias que producen luz.
La luz se produce a través de una reacción en la que una enzima oxidativa conocida como luciferasa (compuesta por LuxA y LuxB) transforma FMNH2 (una forma de mononucleótido de flavina), oxígeno, un aldehído alifático en mononucleótido de flavina, agua y ácido alifático. Generalmente, este proceso está regulado por el sistema de detección de quórum LuxR-LuxI.
Patogénesis y fisiopatología
Por lo general, las infecciones por Vibrio se producen cuando los individuos/animales ingieren alimentos o fuentes de agua contaminados. Esta es una de las principales razones por las que los brotes de cólera son comunes en áreas/regiones donde la gente no practica una buena higiene.
Una vez que el organismo es ingerido, la mayoría de ellos son destruidos por el ácido gástrico en el estómago. Los organismos supervivientes colonizan con éxito esta región adhiriéndose a la mucosa intestinal.
La adhesión de la bacteria puede producirse mediante la asociación del organismo con el moco/gel del intestino. La bacteria se adhiere a la pared epitelial. Para adherirse a las células epiteliales, se ha demostrado que estas bacterias producen estructuras proteicas como una molécula de adhesión multivalente.
Después de la adhesión, las vibriones pueden causar la enfermedad (por ejemplo, el cólera) mediante la liberación de toxinas (por ejemplo, la exotoxina proteica) que finalmente dan lugar a la diarrea acuosa. Al liberar la toxina, que consiste en una subunidad A que está unida a cinco subunidades B, la subunidad B se une a una región de la célula epitelial que, a su vez, permite que la subunidad A entre en la célula. Dentro de la célula, esta subunidad activa la adenilato ciclasa, aumentando así el AMP cíclico intracelular. Como resultado, se incrementa la secreción de cloro, lo que en última instancia provoca una diarrea acuosa.
* Según las estadísticas, hay entre 3 y 5 millones de casos de cólera al año, con hasta 100.00 a 120.000 muertes.
* Como se ha mencionado, 12 especies de Vibrio son responsables de infecciones (enfermedades gastrointestinales) en los seres humanos. Las enfermedades causadas por la bacteria Vibrio se conocen como vibriosis.
Aparte del agua y las frutas contaminadas, etc., la bacteria Vibrio también puede ser transmitida por varios organismos marinos, incluyendo mariscos, moluscos y crustáceos, entre otros.
Aquí, la bacteria se transmite a menudo a los seres humanos cuando consumen pescado y mariscos, etc., que no han sido completamente cocinados. El hecho de no mantener estos organismos marinos (pescado, etc) en frío una vez recolectados hace que se sigan dividiendo y multiplicando aumentando así el riesgo.
Aunque V. cholerae se transmite en gran medida a través del agua contaminada, los estudios han demostrado que V. parahaemolyticus y V. vulnificus son algunas de las especies de Vibrio más comunes que causan infecciones transmitidas por los alimentos.
– Los moluscos son responsables de alrededor del 45 por ciento de las infecciones transmitidas por los alimentos
– El pescado es responsable de alrededor del 38 por ciento de estos brotes
– Los crustáceos contribuyen con alrededor del 16,0 por ciento de los brotes
* Manipular adecuadamente los alimentos (especialmente los organismos marinos) y mantener una buena higiene es uno de los mejores medios para controlar la propagación de estas bacterias.
Reproducción
Ya sea en agua dulce, en el huésped humano o en ambientes marinos, la bacteria Vibrio utiliza la fisión binaria como su principal modo de reproducción. Bajo condiciones ambientales favorables, el organismo se divide para formar dos células hijas similares que tienen la capacidad de crecer hasta el tamaño de la célula original/padre permitiendo que el ciclo continúe.
Este proceso comienza con la elongación del cuerpo celular a medida que el ADN se replica con el fin de producir dos copias para ser compartidas entre las dos células hijas. A continuación, la pared celular junto con la membrana plasmática de la bacteria se invagina cerca del centro a medida que se empiezan a formar paredes transversales para separar las dos células.
En última instancia, las dos células se dividen/separan en dos para formar dos células hijas similares. En condiciones ambientales propicias (nutrición y temperatura óptima, etc.), las dos nuevas células hijas crecen y el proceso se repite.
Vuelve a Forma, tamaño y disposición de las bacterias
Más sobre Eubacterias
Vuelve de Bacterias Vibrio a la home de MicroscopeMaster
D. Lippi y E. Gotuzzo. (2013). Los mayores pasos hacia el descubrimiento de Vibrio cholerae.
Jason B Harris, Regina C LaRocque, Firdausi Qadri, Edward T Ryan, Stephen B Calderwood. (2012). Cholera.
Jeffrey L. Bose et al. (2007). La bioluminiscencia en Vibrio fischeri está controlada por el regulador redox-respuesta ArcA.
Mylea A. Echazarreta y Karl E. Klose. (2019). Vibrio Flagellar Synthesis.
Stephen Cooper. (2001). El crecimiento helicoidal y la forma curva de Vibrio cholerae.