MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA GENERAL …contenidonutricion2.com.ar/microbiologia/modulo 3/Unidad_3.pdf · La utilización de un sufijo denota la acción de los agentes antimicrobianos

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Fundación H. A. Barceló – Facultad de Medicina 2do.AÑO

MICROBIOLOGÍA Y

PARASITOLOGÍA GENERAL Y

ALIMENTARIA

Docentes

Dra. Susana Carnevali de Falke

Dra. Maria Claudia Degrossi

Módulo 3 – Metabolismo, nutrición y control del crecimiento microbiano.

UNIDAD 3: Control del crecimiento microbiano.

Microbiología y Parasitología General y Alimentaria Módulo 3 ‐ Unidad 3

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OBJETIVO

− Comprender que el estudio de los sistemas químicos y biológicos utilizados por los

microorganismos para establecer y mantener la vida y los factores ambientales que

promueven su crecimiento, sirven para interpretar los métodos que se pueden utilizar para

controlar su crecimiento.

− Comprender la cinética de muerte de los microorganismos y la utilidad de los valores D y

z.

− Estudiar y comprender los medios físicos y químicos utilizados, sus aplicaciones

prácticas y algunos mecanismos utilizados por los microorganismos para vencer los intentos

para su control.

− Analizar y entender la importancia del estudio del metabolismo, la formación de esporas,

el mecanismo de acción de los agentes antimicrobianos, la resistencia a los antibióticos y la

epidemiología.

EJES TEMÁTICOS

− Generalidades.

− Términos utilizados con mayor frecuencia

− Cinética de muerte microbiana.

− Condiciones que influyen sobre la eficacia de un agente antimicrobiano.

− Control microbiano por agentes físicos.

− Control microbiano por agentes químicos.

GENERALIDADES

Deberíamos comenzar con una pregunta: ¿Por qué es necesario controlar el crecimiento

microbiano? Si volvemos al módulo anterior y calculamos el número total de

microorganismos (por ej. Escherichia coli) que se pueden obtener en 48 horas a partir de

una sola célula de esta bacteria, veremos que su masa es mucho mayor a la masa de la

Tierra. Si bien es un ejemplo teórico, pues en la naturaleza y otros medios biológicos el

crecimiento está limitado por los nutrientes y factores ambientales, nos ayuda a ver la

dimensión que adquiere el desarrollo de los microorganismos. Si bien muchos

microorganismos son beneficiosos y necesarios para el bienestar humano, la actividad

microbiana puede tener efectos indeseables como el deterioro de los alimentos y el

desarrollo de enfermedades.


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Su control, se puede llevar a cabo de dos maneras, mediante la utilización de agentes

físicos o químicos que pueden actuar:

1. matando a los microorganismos

2. inhibiendo su crecimiento

La utilización de un sufijo denota la acción de los agentes antimicrobianos sobre los

microorganismos. Así podemos distinguir:

Microbicida: los agentes que destruyen los microorganismos, a menudo tienen el sufijo

–cida (del latín, cida, destruir). Pueden ser eficaces contra un grupo específico de

microorganismo, en cuyo caso se denominan: bactericidas, fungicidas, algicidas, viricidas.

Los germicidas son aquellos que destruyen microorganismos patógenos (y muchos no

patógenos) pero no necesariamente endosporas.

Microbiostático: los agentes que no destruyen sino que inhiben el crecimiento

microbiano, tienen el sufijo –stático (del griego statikos, que causa detención). Por ejemplo

bacteriostático, fungistático.

Estos agentes actúan destruyendo o inhibiendo microorganismos patógenos y no

patógenos. Su capacidad para reducir la población total microbiana es muy importante en

numerosas situaciones.

TÉRMINOS UTILIZADOS CON MÁS FRECUENCIA

La terminología empleada tiene una especial importancia cuando se aborda el control

microbiano. Hay términos como desinfectante y antiséptico que suelen emplearse como

sinónimos. Un tratamiento particular puede inhibir el crecimiento o destruir los

microorganismos, según las condiciones y agentes empleados. Por otro lado algunos

procesos pueden requerir la eliminación o destrucción completa de microorganismos y otros

sólo necesitan disminuir la población microbiana hasta límites aceptables. Por ello es

imprescindible utilizar una terminología adecuada, para evitar confusiones. Algunos términos

utilizados en el control de los microorganismos son:

Antisepsia (del griego anti, contra; sepsis, putrefacción): Es la destrucción o eliminación

de agentes infecciosos y contaminantes en tejidos vivos. Los antisépticos son agentes

químicos que se aplican sobre los tejidos para prevenir una infección destruyendo o

inhibiendo el crecimiento de los agentes patógenos. Como no deben dañar el tejido del

huésped, los antisépticos no suelen ser tan tóxicos como los desinfectantes.

Desinfección: es la destrucción o eliminación de agentes infecciosos y contaminantes

que se encuentran fuera del organismo, por aplicación directa de medios físicos o químicos.


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No incluye necesariamente endosporas o virus. Normalmente es un compuesto químico que

se aplica sobre un objeto o material y tiende a reducir o inhibir el crecimiento, no suele

esterilizar. Se aplica al uso de soluciones químicas sobre superficies o a la eliminación de

patógenos del agua, como en la cloración del agua.

Esterilización (del latín sterilis, incapaz de reproducirse): es el proceso de destrucción

de todas las formas de vida en un objeto o hábitat, incluidas las endosporas, virus y viroides.

Es absoluta, no hay grados de esterilidad. Un objeto o hábitat esterilizado está totalmente

libre de microorganismos viables, endosporas y otros agentes infecciosos.

Limpieza: La eliminación de tierra, residuos de alimentos, suciedad, grasa u otras

materias objetables. (Codex Alimentarius).

Saneamiento: las acciones destinadas a mantener o restablecer un estado de limpieza

y desinfección en las instalaciones, equipos y procesos de elaboración a los fines de

prevenir enfermedades transmitidas por alimentos. (Res.233/98 SENASA)

Sanitización: está estrechamente relacionado con desinfección. El sanitizante es el

agente que reduce el número de microorganismos a niveles bajos, de manera que no sean

riesgosos para la salud. Se utilizan sobre elementos inanimados y están generalmente

ligados a operaciones de limpieza de elementos diversos.

CINÉTICA DE MUERTE MICROBIANA

Cuando se aplica un agente letal sobre una población microbiana, ésta no muere

instantáneamente, sino que su muerte sigue una función exponencial o logarítmica, es decir

se reduce en niveles iguales a intervalos constantes (Tabla 1). Si realizamos un experimento

teórico de destrucción térmica microbiana (a 121ºC) y suponemos que partimos de una

muestra inicial que contiene 106 microorganismos vegetativos por ml y que el 90% de los

mismos se destruyen durante cada minuto de exposición, obtendremos: Minutos Nºmicroorg.al

comienzo del ensayo

Microorg. destruidos en 1 minuto (90% del total)

Microorg.al final de 1 minuto

Log.de supervivientes

1 106 9x 105 105 5

2 105 9x 104 104 4

3 104 9x 103 103 3

4 103 9x 102 102 2

5 102 9x 101 10 1

6 101 9 1 0

7 1 0.9 0.1 -1

Tabla 1 – Destrucción térmica de microorganismos


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Si graficamos el logaritmo del nº de microorganismos de la población superviviente en

función del tiempo de exposición al agente empleado, resulta una línea recta, tal como se ve

en la Figura 1.

Gráfico 1 - Cinética de muerte microbiana

-202468

0 1 2 3 4 5 6 7

tiempo

log.

nº d

e su

perv

ivie

ntes

muerte microbiana

Figura 1 – Cinética de muerte microbiana

CONDICIONES QUE INFLUYEN SOBRE LA EFICACIA DE UN AGENTE ANTIMICROBIANO

La destrucción de los microorganismos y la inhibición de su crecimiento no es sencilla

porque la eficacia de un agente antimicrobiano depende al menos de seis factores:

1.- Tamaño de la población: en cada intervalo se destruye una fracción constante de la

población microbiana. Si ésta es muy grande se necesitará más tiempo para destruirla, lo

cual se puede comprobar volviendo al ejemplo presentado en el punto anterior (Tabla 1).

2.- Composición de la población: la eficacia de un agente varía considerablemente con la

naturaleza de los microorganismos ya que estos difieren sustancialmente en cuanto a su

susceptibilidad. Las endosporas bacterianas son mucho más resistentes a la mayoría de los

agentes antimicrobianos que las formas vegetativas, y las células más jóvenes se destruyen

con más facilidad que los organismos maduros. Algunas especies son capaces de soportar

mejor que otras las condiciones adversas. Por ej. Mycobacterium tuberculosis, el agente

causal de la tuberculosis es mucho más resistente a los agentes antimicrobianos que la

mayoría de las bacterias.

3.- Concentración e intensidad del agente antimicrobiano: la eficacia de un agente

antimicrobiano normalmente no está directamente relacionada con su concentración o

intensidad. En un rango corto, un aumento pequeño en la concentración ocasiona una

elevación exponencial de la eficacia; por encima de cierto punto, los aumentos pueden que

no incrementen en absoluto la velocidad de destrucción. Esto dependerá fundamentalmente

de la naturaleza del agente empleado. Por ejemplo el etanol al 70% es más eficaz que al

95%


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4.- Duración de la exposición: cuanto más tiempo se exponga una población a la acción

de un agente antimicrobiano, más microorganismos se destruirán.

5.-Temperatura: normalmente un agente químico incrementa su eficacia al aumentar la

temperatura. Por ello, con frecuencia se puede reducir la concentración de un desinfectante

o esterilizante si se utiliza a una temperatura superior. Hay que tener en cuenta que otros

agentes pueden no ser afectados o disminuir su actividad al aumentar la temperatura.

6.- El entorno: la población a destruir no está aislada, sino rodeada de factores ambientales

que pueden ofrecer protección o facilitar su destrucción.

pH. La actividad de un agente antimicrobiano puede influenciarse por los cambios de pH.

El calor destruye más fácilmente a un pH ácido, por lo tanto los alimentos y bebidas ácidas,

como frutas y hortalizas, se pasteurizan con más facilidad que los alimentos con valores de

pH más altos, como la leche. Los agentes químicos tienen su pH óptimo de acción. Algunos

como los derivados de amonio cuaternario actúan mejor a pH neutro o ligeramente alcalino,

mientras que el cloro es más activo a pH ácido, bajo la forma de ácido hipocloroso no

disociado.

Materia orgánica. La existencia de materia orgánica en el material a tratar (p. ej.,

sangre, suero, etc.) puede proteger a los microorganismos frente al calor y los

desinfectantes químicos. Su presencia afecta negativamente la actividad de ciertos agentes

químicos hasta el punto que pueden llegar a hacerlos inactivos en cuanto a su poder

desinfectante y/o esterilizante, ya que al combinarse con la materia orgánica disminuyen su

concentración efectiva. Para que el desinfectante actúe, debe ponerse en contacto con el

microorganismo y ser absorbido por él. La suciedad, grasas, proteínas, materia orgánica,

constituyen barreras que impiden ese contacto protegiendo a los microorganismos de la

acción del desinfectante.

Cuando el suministro de agua de una ciudad tiene un elevado contenido de materia

orgánica, hay que añadir más cloro para desinfectarlo.

CONTROL MICROBIANO POR AGENTES FÍSICOS

Los agentes físicos más utilizados para el control del crecimiento microbiano son:

Calor

Bajas temperaturas

Presión osmótica

Desecación

Irradiación

Filtración

CALOR: el fuego y el agua en ebullición se han utilizado para esterilizar y desinfectar desde

la época de los griegos, siendo el calor aún hoy en día uno de los métodos más comunes

para destruir microorganismos. La inactivación (total o parcial) por calor se debe a la

desnaturalización de proteínas y a la fusión de lípidos de membrana, debido a que se


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rompen muchos enlaces débiles, sobre todo los puentes de hidrógeno entre grupos C=O y

H2-N. Se puede aplicar húmedo o seco. Debería ser de primera elección para todas las

situaciones donde pueda emplearse, salvo elementos termosensibles o presencia de tejidos

vivos, ya que reúne una serie de condiciones:

♦ Simple

♦ Económico

♦ Eficaz

♦ Fácil de controlar

♦ No deja residuos sobre el material tratado

Hay que tener en cuenta el tipo de calor, el tiempo y la temperatura empleados para

asegurar la destrucción de todos los microorganismos. La temperatura letal varía con cada

microorganismo. El tiempo requerido depende del número de microorganismo, especie, naturaleza del producto, pH y temperatura. Las endosporas bacterianas son las más

resistentes y su destrucción garantiza la esterilidad.

Calor húmedo: la inactivación por calor húmedo requiere menores temperaturas que la que

se realiza en ausencia de agua. En la Tabla 2 se observan las condiciones aproximadas

necesarias para la destrucción de microorganismos utilizando el calor húmedo.

Organismo Condiciones

Bacterias* Células vegetativas Endosporas

10 minutos a 60-70ºC

de 2 a 800 minutos a 100ºC

Levaduras 5 minutos a 50-60ºC

Mohos 30 minutos a 62ºC

Esporas fúngicas Entre 5 a 30 minutos a 80ºC

Virus 30 minutos a 60ºC

*condiciones para bacterias mesófilas

Tabla 2 – Condiciones aproximadas para destruir microorganismos con calor húmedo

Los diferentes procesos que se pueden llevar a cabo mediante la utilización de calor

húmedo son:

Ebullición: una exposición al agua en ebullición durante 30 minutos es suficiente para

destruir células vegetativas y esporas de eucariotas, sin embargo es insuficiente para

eliminar las endosporas bacterianas.

Tindalización: (nombre en honor de John Tyndall) es un método de esterilización

fraccionada para materiales que se inactivan o estropean a más de 100ºC. Consiste en

someter el material a varios ciclos (normalmente 3 ó 4) de dos fases sucesivas cada uno. En

la primera el material se calienta a una temperatura entre 90 y 100ºC, durante 30 minutos;

en la segunda el material se incuba en una estufa, a 30-37ºC durante 24 horas. El primer


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ciclo destruye todos los microorganismos salvo las endosporas bacterianas, las cuales

germinarán durante la incubación posterior y se destruirán durante el segundo

calentamiento.

Pasteurización: mediante este procedimiento puede destruirse la mayoría de los

agentes infecciosos: bacterias vegetativas, hongos, protozoos, Micobacterium tuberculosis y

virus, pero los organismos termodúricos y termófilos y las esporas bacterianas no son

afectados. Este procedimiento tiene gran aplicación en la industria de alimentos. También

mediante la utilización de agua caliente o vapor de agua, se utiliza para desinfectar

instrumentos, superficies, equipos, etc.

Esterilización mediante autoclave: se realiza a 121ºC durante 15 minutos

aproximadamente, mediante la utilización del autoclave. Es un procedimiento eficaz pero

debe ser llevado a cabo en condiciones apropiadas, el material esterilizado deberá ser

conservado en condiciones adecuadas. Sustancias termolábiles pueden ser

desnaturalizadas o destruidas.

El Autoclave (introducido por Chamberland en 1884) es un aparato que permite calentar

muestras por calor húmedo a temperaturas superiores a las de ebullición del agua (sin que

ésta hierva), debido a que el tratamiento se efectúa en un compartimento estanco saturado

con vapor de agua y a presiones superiores a la atmosférica. Los parámetros de

esterilización suelen ser: temperatura 121ºC y 10-15 min. Como se puede deducir, estos

parámetros vienen fijados por la resistencia de las esporas de especies saprofitas, que son

las formas de vida que más soportan el calor sin perder viabilidad.

En la práctica, hay que emplear muchas veces condiciones diferentes; por ejemplo: si

queremos esterilizar grandes volúmenes de líquido, habrá que prolongar el tratamiento, ya

que el centro del recipiente donde va el líquido tarda más en alcanzar la temperatura de

esterilización. Los medios de cultivo que incluyen glucosa deben esterilizarse a 115ºC, ya

que a temperaturas superiores la glucosa “carameliza”; por lo tanto, en estas ocasiones, el

tiempo también es mayor).

Parámetros que caracterizan la inactivación por calor de una suspensión bacteriana

Como el calor es tan eficaz para destruir microorganismos es esencial poder disponer de

una medida precisa de su eficacia. Ésta puede expresarse como:

tiempo térmico mortal: es el tiempo mínimo requerido para destruir todos los

organismos de una suspensión microbiana a una temperatura específica y en condiciones

definidas. Como la destrucción es logarítmica y, en teoría, no es posible “destruir

completamente” los microorganismos de una muestra, incluso aumentando el tiempo de

calentamiento, se utiliza otros parámetros.


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punto térmico mortal: es la temperatura mínima a la que una suspensión microbiana se

destruye en 10 minutos.

Punto térmico mortal Microorganismos

55ºC Escherichia coli

60ºC Mycobacterium tuberculosis

120ºC Endosporas de Bacillus Tabla 3 – Punto térmico mortal para distintos microorganismos

tiempo de reducción decimal (Valor D) y valores z y F: es el tiempo requerido para

reducir al 10% la densidad de la suspensión, a una determinada temperatura. Si se

representa el logaritmo del número de células supervivientes a un tratamiento térmico

(realizado a una temperatura dada) en función del tiempo de tratamiento, se obtiene un

gráfico como el de la figura 2.

Figura 2 – Cinética de termodestrucción y valor D

La recta tiene una pendiente que permite calcular la velocidad de termodestrucción. Se

define el valor D como el tiempo necesario para que el número de supervivientes caiga al

10% del valor inicial (o, lo que es lo mismo, para que el logaritmo del número de

supervivientes se reduzca en una unidad). Si consideramos N0 como el número de células al

inicio del tratamiento y Nx el número de células supervivientes después de un tratamiento de

x minutos a una temperatura t, el tiempo de destrucción decimal se calcula de la siguiente

manera:


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Las unidades del valor D se expresan en minutos. El valor D varía para cada

temperatura (de ahí el subíndice t) de forma que a mayores temperaturas el valor de D es

menor, es diferente para distintos microorganismos, distintos entornos y diferentes

condiciones fisiológicas.

Cuando se aumenta la temperatura de tratamiento, el valor de D disminuye de forma

logarítmica, esto se puede ver en la figura 3:

Figura 3 – Valor z

El valor D indica el tiempo necesario para lograr que el número de supervivientes se reduzca

al 10% de la población inicial. El valor z indica el incremento en la temperatura (medida en

número de grados) necesario para que el valor D se reduzca a la décima parte del inicial. La

fórmula incluida en la gráfica permite calcular el valor z cuando conocemos el incremento de

temperatura (t2-t1) y los respectivos valores D.

Los valores D y z varían para cada microorganismo y para cada condición.

Microorganismo Sustrato Valor D (ºC) en minutos

Valor z en ºC

Clostridium botulinum Solución amortiguadora de fosfatos

D121=0.204 10

Clostridium perfringens (cepa termorresistente)

Medio de cultivo D90=3-5 6-8

Salmonella Pollo a la King D60=0.39-0.40 4.9-5.1

Pollo a la King D90=5.15-5.37 5.2-5.8

Pavo relleno D90=15.4 6.8

Staphylococcus aureus

ClNa al 0.5% D90=2.0-2.5 5.6

Tabla 4 – Valores D y z para distintos microorganismos y distintos sustratos (Fuente: CDC

Atlanta 1979 adaptado de Prescott, Harley y Klein, Microbiología, 1999)


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Las esporas, por ejemplo, tienen valores D mucho más altos que las células vegetativas de

los mismos microorganismos. Los microorganismos presentes en los alimentos, por otra

parte, suelen tener valores D más altos que cuando se cultivan en condiciones de

laboratorio. Para poder determinar las condiciones en las que hacer un tratamiento térmico

para destruir microorganismos es necesario dominar los conceptos de los valores D y z.

Otro valor que tiene gran importancia para describir la eficacia del calentamiento es el valor F que es el tiempo, medido en minutos, a una temperatura determinada (generalmente a

121.1ºC) necesario para destruir una población microbiana o sus esporas. En la industria

alimentaria se utilizan ampliamente estos valores y es muy importante saber trabajar

correctamente con ellos.

Algunas aplicaciones principales del calor húmedo:

1. En la práctica cotidiana del laboratorio de microbiología, en la esterilización de medios de

cultivo y soluciones.

2. En la esterilización de material quirúrgico.

3. En la esterilización o inactivación parcial, en las industrias alimentarias (conservas, leche

y derivados).

Calor seco: Como ya dijimos, la esterilización por calor seco necesita recurrir a mayores

temperaturas que la efectuada por el calor húmedo, ya que al no existir agua, la rotura de

puentes de hidrógeno y la desnaturalización de proteínas, así como la fusión de

membranas, se efectúan a mayores energías. Otros efectos del calor seco son los daños

por oxidación y el provocar un aumento de la concentración de electrolitos.

Aplicaciones del calor seco:

♦ El llamado horno de Pasteur, mediante calentamiento a 160-170ºC durante 2-3 horas

permite esterilizar materiales inertes de laboratorio resistentes al calor: material de vidrio y

metálico, aceites y jaleas, etc.

♦ Flameado a la llama (hasta el rojo) de asas metálicas de siembra, con las que se

inoculan las bacterias.

♦ Incineración de materiales de desecho: para destruir cartones, telas, etc.

BAJAS TEMPERATURAS. Las bajas temperaturas (por debajo de la temperatura mínima)

retrasan el crecimiento microbiano, y aunque existen algunas bacterias que mueren por

congelación (p.ej., especies patógenas de Neisseria), el efecto de este tratamiento sobre

otras muchas es, sobre todo bacteriostático, ya que durante un almacenamiento prologando


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los psicrófilos y los psicrótrofos se multiplican y producen descomposición de los alimentos.

Ciertos microorganismos son muy sensibles al frío, y su número se reducirá en estas

circunstancias, pero el frío no produce disminución significativa de las poblaciones

microbianas totales.

En el laboratorio, la congelación se aplica para preservar muestras bacterianas durante

largos periodos de tiempo. Para maximizar la viabilidad bacteriana el mayor tiempo posible,

es importante cómo se efectúa tanto la congelación como la descongelación. Una vez

congeladas, las bacterias supervivientes conservan su viabilidad durante mucho tiempo. Se

lo utiliza para guardar cultivos durante largas temporadas. Para preservar aún mejor las

bacterias a bajas temperaturas, se recurre a añadir a la suspensión ciertas sustancias, como

glicerina, lactosa, leche, suero, etc. que protegen a los microorganismos de los efectos

indeseables del frío.

DESECACIÓN La mayoría de los microorganismos no pueden desarrollar a una aw reducida

(<0.90). Esto es utilizado usualmente para preservar los alimentos (frutas, granos, etc.). Los

métodos involucran la remoción de agua del producto por calor, evaporación, freeze-drying,

adición de sal o azúcar

La desecación al aire (sin vacío) mata a las células vegetativas bacterianas, pero no a las

endosporas. Sin embargo algunas especies pueden conservar su viabilidad. La sensibilidad

a la desecación varía de una especie a otra.

Ejemplos: Mycobacterium tuberculosis (el bacilo tuberculoso) es muy resistente al aire (en

ausencia de luz), de ahí que pueda aguantar varios meses a partir de los esputos de

enfermos. En cambio, el vibrión colérico (Vibrio cholerae) muere expuesto al aire al cabo de

sólo dos horas.

Las causas de la muerte son, principalmente:

el aumento de concentración intracelular de sales, lo que conlleva efectos tóxicos y

desnaturalizantes de proteínas

daños por oxidación.

Los microorganismos se hacen más resistentes a la desecación cuando están embebidos en

mucosidad, heces o pus, de allí que esto es de suma importancia en hospitales donde el

polvo, uniformes y ropas de cama, pueden contener microorganismos procedentes de estos

materiales desecados (heces, pus u orina). Los virus son más resistentes, pero no tanto

como las endosporas.

Liofilización: es la desecación al vacío de una muestra previamente congelada. Aplicada a

bacterias, es uno de los métodos que mantiene por más tiempo la viabilidad bacteriana

(varios años). Para obtenerla, el cultivo bacteriano se adiciona de leche o suero se congela


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sobre hielo seco (-78ºC) y se conecta a una bomba de vacío, que provoca la desecación. La

eliminación de toda el agua sobre la muestra congelada aumenta la viabilidad de ésta, que

se guarda en ampollas cerradas de vidrio a temperatura ambiente, hasta su uso que puede

ser incluso muchos años después.

PRESIÓN OSMÓTICA: la utilización de sales y azúcares para la conservación de los

alimentos está basada en los efectos de la presión osmótica.

RADIACIONES: Algunas formas de radiación electromagnética son muy perjudiciales para

los microorganismos. Particularmente nos interesan las radiaciones ionizantes y la radiación

ultravioleta.

Efecto de las radiaciones ionizantes. Las radiaciones ionizantes son de longitud de onda

muy corta o de energía alta. En la práctica, la unidad que se emplea es el Gray (Gy).

Las fuentes de radiaciones ionizantes son los rayos X y los rayos gamma, que se emiten

durante la desintegración de los radioisótopos como el Co60 o el Cs137.

Sus efectos dependen de la dosis de exposición, o sea, de la cantidad de radiación a que se

somete un material. A dosis bajas se producen mutaciones en los microorganismos y

pueden causar indirectamente su muerte, mientras que niveles superiores son directamente

letales. Aunque los microorganismos son más resistentes a las radiaciones ionizantes que

los seres superiores, pueden ser destruidos con una dosis suficientemente grande. El

tratamiento matemático de la destrucción de microorganismos por estos procedimientos es

similar al utilizado para el tratamiento térmico.

Algunas bacterias y las endosporas bacterianas pueden sobrevivir a dosis elevadas de

radiación ionizante.

Diversos cambios producidos en las células se deben a la radiación ionizante

ruptura de los enlaces de hidrógeno;

oxidación dobles enlaces

destrucción de las estructuras en anillo

polimerización de algunas moléculas

El oxígeno aumenta estos efectos destructivos probablemente por la generación de

radicales hidroxilo (OH.).

Aunque pueden afectarse muchos tipos de constituyentes, es lógico suponer que la

destrucción del DNA sea la causa más importante de muerte celular.

Las principales aplicaciones de las radiaciones ionizantes son la esterilización de:

material farmacéutico;


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material médico-quirúrgico (guantes de cirujano, suturas de nylon, jeringas desechables,

agujas, bisturíes, catéteres, prótesis, etc.);

alimentos envasados (aunque en algunos países aún sigue abierta la polémica por parte

de ciertos grupos sobre la seguridad de este tratamiento).

Debido al gran poder penetrante de las radiaciones hay que mantener normas y controles de

seguridad muy estrictos en su manipulación: planchas protectoras de plomo y revisiones

periódicas de los manipuladores.

Ventajas:

es más controlable que el calentamiento ya que la penetración de la radiación es

profunda, instantánea y uniforme.

Mantiene las características de frescura del producto, al no producir variación de sus

características organolépticas.

La FDA acepta la irradiación como un método seguro. En 1981 el comité de expertos de la

FAO aceptó la irradiación hasta 10 kGy, declarándolo atóxico y considerando innecesarios

exámenes toxicológicos complementarios. El Codex Alimentarius, órgano de FAO que dicta

normas para las buenas prácticas de elaboración y manipulación de alimentos, tomó (marzo

de 2003) en consideración las conclusiones de FAO y OMS de 1999, y aceptó la irradiación

a dosis superiores a 10 kGy cuando existe una necesidad tecnológica justificada.

En estos enlaces pueden obtener información sobre la irradiación de alimentos:

http://caebis.cnea.gov.ar/aplicaciones/alim/Irra1.html

http://www.eufic.org/article/es/artid/irradiacion-alimentos/

Efectos de las radiaciones ultravioleta. Pueden producir la muerte de todas las clases de

microorganismos debido a su longitud de onda corta. La más letal es la de 260 nm. que es

absorbida eficazmente por el DNA. Los rayos UV no tienen actividad ionizante. El

mecanismo principal de destrucción por radiación UV es la formación de dímeros de timina

en el DNA. Dos moléculas de timina contiguas en una cadena de DNA se unen

covalentemente inhibiendo la replicación y función del DNA. Este daño puede repararse

mediante diferentes mecanismos.

Su inconveniente es que no es penetrante y no atraviesa eficazmente el cristal, las

partículas de suciedad y otras sustancias. Debido a ello la radiación UV se utiliza como

agente esterilizante en muy pocas situaciones. La luz ultravioleta es utilizada usualmente en

la esterilización de superficies y la esterilización del aire y superficies expuestas en las

cabinas de seguridad.

Las principales aplicaciones de las radiaciones ultravioletas son:

Control de esporas de mohos en panaderías.


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Desinfección del agua para la preparación de alimentos.

Depuración del marisco.

Podría servir para desinfectar superficies, pero la protección de los MO por la materia

orgánica (grasas) puede reducir su eficacia.

Desventajas:

Pueden acelerar la rancidez por alterar los ácidos grasos insaturados.

Produce quemaduras en la piel y en los ojos.

FILTRACIÓN: Involucra la remoción física de todas las células de un líquido o gas,

especialmente importante para esterilizar soluciones que se desnaturalicen por el calor

como vitaminas, aminoácidos, antibióticos, etc.

Consiste en hacer pasar una solución a través de una membrana o filtro de un tipo de

material (normalmente nitrato de celulosa) que presenta poros de un tamaño inferior al de

cualquier célula bacteriana (diámetro de poro =0,22μ, 0.45μ, 0.80μ).

El mismo principio se utiliza en los filtros HEPA (High efficiency particulate air filters), que

retiene partículas > 0.3 μ utilizados por ejemplo en quirófanos y salas con pacientes

quemados; en bioterios; en laboratorios de microbiología.

CONTROL MICROBIANO POR AGENTES QUÍMICOS

Los agentes químicos son sustancias que matan o inhiben el crecimiento de

microorganismos. Incluyen desinfectantes, conservadores, antisépticos, y drogas utilizadas

en el tratamiento de enfermedades del hombre o de las plantas.

Los agentes antimicrobianos de origen natural o sintético, pueden ser:

Esterilizantes son aquellos que producen la inactivación total de todas las formas de

vida microbiana (o sea su "muerte").

Desinfectantes (o germicidas) son capaces de matar los microorganismos patógenos

(infecciosos) de un material. Pueden (y en muchos casos suelen) presentar efectos tóxicos

sobre tejidos vivos, por lo que se suelen emplear sólo sobre materiales inertes. No necesariamente matan las esporas. Se utilizan sobre objetos inanimados tales como

mesas, pisos, utensilios, etc. Cloro, hipoclorito, compuestos clorados, compuestos de

amonio cuaternario son algunos ejemplos.

Conservadores: son utilizados para inhibir el desarrollo microbiano, generalmente en

alimentos. Su ingesta no debe ser tóxica. Propionato de calcio, benzoato de sodio, nitritos,

dióxido de azufre son algunos ejemplos. Se establecen límites regulatorios para estas

sustancias.


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Agentes antisépticos son sustancias químicas antimicrobianas con baja actividad

tóxica hacia los tejidos vivos donde se aplican. Son lo suficientemente inocuos como para

ser aplicados sobre la piel y las mucosas, no deben ingerirse. Mercuriales, nitrato de plata,

yodo, alcohol, detergentes son algunos ejemplos.

Quimioterápicos son compuestos químicos con actividad microbicida o microbiostática,

con una toxicidad suficientemente baja como para permitir su administración a un organismo

superior, en cuyos fluidos corporales y tejidos permanece estable un cierto tiempo a

concentraciones tales que los hace eficaces como antimicrobianos dentro del organismo.

Pueden ser:

♦ quimioterápicos de síntesis: agentes antimicrobianos de origen sintético utilizados

en el tratamiento de enfermedades microbianas o víricas. Sulfonilamidas, isoniazidas,

ethambutol, AZT, cloranfenicol. Esta clasificación no incluye los agentes sintéticos utilizados

para la terapia contra enfermedades de origen no microbiano.

♦ Antibióticos: son sustancias normalmente de bajo peso molecular producidas por

seres vivos (antibióticos naturales) o modificadas artificialmente a partir de ellas (antibióticos

semisintéticos), que a pequeñas concentraciones tienen efectos antimicrobianos

(microbicidas o microbiostáticos), tras ser administrados por vía adecuada a un organismo

receptor. La mayor parte de los antibióticos proceden del metabolismo secundario de

microorganismos procariotas (actinomicetos, Bacillus, etc.) o eucariotas (hongos de los

géneros Penicillium, Cephalosporium, etc.).

Penicillium y Cephalosporium, son la fuente de los antibióticos beta-lactámicos (penicilinas y

sus derivados). Los Actinomycetes, especialmente las especies de Streptomyces, producen

una variedad de antibióticos como los aminoglucósidos (estreptomicina), macrólidos

(eritromicina) y tetraciclinas. Los bacilos formadores de esporas como Bacillus producen

antibióticos polipeptídicos tales como polimixina y bacitracina.

DESINFECTANTES Y ANTISÉPTICOS. Los agentes químicos son utilizados

frecuentemente para la desinfección y antisepsia. Los factores que influyen en su eficacia

son los expuestos anteriormente. Su utilización apropiada es fundamental para la industria,

los hospitales o centros de salud y el laboratorio.

Estos agentes intervienen en algunas etapas de la vida microbiana. Sus mecanismos de

acción no son tan simples y puntuales sino que, por lo general, son complejos, participando

muchas veces varios de ellos. Por ello se los puede agrupar de acuerdo a su acción sin

descartar que puedan ejercer otro mecanismo, simultáneamente y secuencialmente (Tabla

5)


17

Mecanismo Agente

Daños en la pared y membrana celular Aldehídos

Solventes orgánicos

Detergentes

Parabenos

Fenoles y derivados

Desnaturalización de proteínas y grupos

enzimáticos

Agentes

Halógenos

Agentes alquilantes

Alcoholes

Acidos y álcalis

Metales pesados

Daños en el material genético Agentes

Colorantes

Oxido de etileno

Tabla 5 – Desinfectantes y/o antisépticos según su mecanismo de acción

(Adaptado de D’Aquino, M; Rezk, R. “Desinfección, desinfectantes, desinfestantes,

limpieza”)

Desinfección. Se acepta como buen desinfectante aquel que reduce en 5 logaritmos la

población microbiana, o sea que provoca una mortandad del 99,999%.

En la desinfección la regla de oro es que la limpieza debe preceder a la desinfección.

Una excepción a esto es cuando se produce una contaminación accidental. En estas

circunstancias es importante desinfectar de inmediato, antes de limpiar, invirtiendo el orden,

a fin de preservar al operario y disminuir la contaminación ambiental.

Hay numerosos agentes químicos disponibles para su uso como desinfectantes pero

pueden ser afectados por diversos factores. Uno de estos factores a tener en cuenta es su

estabilidad. Los desinfectantes son estables en sus formulaciones originales, sin diluir. No

obstante algunos como las soluciones de hipoclorito sódico, requieren de valoraciones

periódicas para comprobar su concentración.

Por lo tanto la utilización de desinfectantes tiene LIMITACIONES E INCONVENIENTES. En

manos descuidadas o personas mal informadas, estos agentes químicos pueden

transformarse en FUENTES DE INFECCIÓN. Por ello al elegir a un desinfectante, se debe

conocer sus características y propiedades y tener en cuenta: su efectividad, simplicidad;

su especificidad para los microorganismos; no deben ser tóxicos ni corrosivos para los elementos a tratar; su costo (precio y concentración de uso recomendado).


18

También se deben seguir las siguientes recomendaciones:

Medir correctamente la cantidad de desinfectante y la cantidad de agua para efectuar la dilución de uso.

No volver a llenar con nuevo desinfectante, un envase que ya lo contuvo, primero lavarlo y desinfectarlo (pasteurización).

No utilizar el desinfectante preparado el día anterior, preparar una dilución fresca cada día y desechar el sobrante al finalizar la jornada de trabajo.

No usar dos desinfectantes juntos, salvo que uno de ellos sea alcohol.

No mezclar desinfectantes con detergentes.

No desinfectar sobre la suciedad. Lavar antes de desinfectar, la desinfección no reemplaza a la limpieza ni es efectiva.

Tener en cuenta las incompatibilidades entre el desinfectante y las superficies con las que se contacta (envases, materiales, etc)

Aplicarlo tratando de alcanzar las condiciones óptimas de efectividad (temperatura, pH, tiempo de contacto, etc.)

Controlar los resultados obtenidos mediante las técnicas microbiológicas adecuadas.

El no cumplimiento de estas pautas entraña un doble peligro:

♦ Falla en el proceso de desinfección.

♦ Aumento en el riesgo de infección, ya que las bacterias que sobreviven en una solución desinfectante deteriorada, pueden desarrollar en la misma, y alcanzar resistencia.

AGENTES QUIMIOTERÁPICOS. Son agentes antimicrobianos utilizados en el tratamiento

de enfermedades infecciosas.

La moderna era de la terapia antimicrobiana comenzó en 1929 con el descubrimiento de

Fleming de la penicilina y Domagk descubrió en 1935 los químicos sintéticos (sulfonamidas)

con una amplia actividad antimicrobiana. En 1940 con la necesidad de agentes

antibacteriano para ser utilizados en la Segunda Guerra Mundial, la penicilina fue aislada,

purificada e inyectada en animales de experimentación, donde se encontró que no

solamente curaban las infecciones sino que poseían una baja toxicidad. Este hecho marcó

el inicio de la era de los antibióticos e inició una intensa búsqueda de agentes similares que

poseyera una baja toxicidad y fueran efectivos en el tratamiento de las enfermedades


19

infecciosas. Le siguieron el rápido aislamiento de la estreptomicina, cloranfenicol y

tetraciclina y para 1950, estos y otros antibióticos ya eran de uso clínico.

La propiedad más importante de los agentes antimicrobianos de uso clínico, especialmente

visto desde el punto de vista del paciente, es su toxicidad selectiva, esto significa que el

agente actúa de alguna manera inhibiendo o matando las células bacterianas, pero no tiene

(o a un nivel muy pequeño) toxicidad sobre el animal que toma la droga. Esto implica que el

proceso bioquímico en la bacteria es diferente del que ocurre en las células animales y

constituye una ventaja en el uso de los antimicrobianos.

Estos agentes antimicrobianos pueden tener un efecto microbicida o estático. Su

mecanismo de acción depende del agente elegido. Algunos actúan inhibiendo la síntesis de

la pared celular, otros la síntesis de ácidos nucleicos, otros como antimetabolitos

bloqueando las rutas metabólicas, entre otros.

El rango de bacterias u otros microorganismos sobre los que actúa efectivamente el

antibiótico se denomina su espectro de acción. Aquellos antibióticos que son efectivos

contra un amplio rango de microorganismos Gram-positivos y Gram-negativos, se dice que

tienen un amplio espectro.

Resistencia bacteriana a los antibióticos. La resistencia bacteriana puede ser:

Inherente o natural Las bacterias Gram-negativas tienen una membrana externa que

establece una permeabilidad contra el antibiótico. Un organismo puede carecer del sistema

de transporte para un ATB, o carecer del objetivo o punto de acción del mismo.

Resistencia adquirida resulta de cambios en el genoma bacteriano y es regida por dos

procesos: mutación y selección e intercambios de genes entre cepas y especies.

Sobre la resistencia bacteriana y sus consecuencias es interesante la lectura del artículo

que figura en Lecturas sugeridas.

LECTURA OBLIGATORIA

Capítulo 7 Control del crecimiento microbiano del libro Introducción a la Microbiología de

Tórtora-Funke-Case.

BIBLIOGRAFÍA

1. D’Aquino, M; Rezk, R. “Desinfección, desinfectantes, desinfestantes, limpieza” Eudeba,

1995, Buenos Aires, Argentina

2. D’Aquino, M; “Saneamiento: Higiene y sanidad” Ediciones H.Macchi. 1999. Buenos

Aires, Argentina


20

3. Ingraham, J. L.;Ingraham, C.A. Introducción a la Microbiología (Vol I y II), 1998. Editorial

Reverté, Barcelona, España

4. Madigan M.T., Martinko J.M.,Parker J. Brock. Biología de los Microorganismos. 2004.

Ed. Pearson Alhambra. 10ª. Edición.

5. Prescott,L.M.; Harley,J.P.; Klein, D.A. Microbiología. 1999, McGraw Hill-Interamericana.

Madrid, España

6. Tortora, G.J., Funke, B. R., Case, C.L. Introducción a la Microbiología. 2007. Editorial

Médica Panamericana, 9ª.Edición.

ACTIVIDADES

1. ¿Cómo podemos saber cuando un microorganismo está muerto?

2. Distinga y compare los siguientes términos: esterilización, sanitización, pasteurización,

limpieza, tindalización, desinfección, antisepsia, saneamiento. ¿Cuál es la definición del

Codex Alimentarius para desinfección?

3. ¿Cuál es la ventaja del calor frente a otros métodos de esterilización?

4. Compare el uso del calor húmedo con el calor seco desde el punto de vista de: su

aplicación, mecanismo de acción, eficiencia. Utilice una tabla o esquema.

5. Interprete los datos para Staphylococcus aureus que figuran en la tabla 4.

6. Investigue los distintos tipos de pasteurización y esterilización utilizados en la industria

alimentaria. ¿A qué se denomina esterilización comercial?

7. Se estudió la resistencia térmica de 2 patógenos: Escherichia coli O157:H7 y Listeria

monocytogenes en un jugo de uvas concentrado (58°Brix, pH 3.3). Se obtuvieron los

siguientes valores:

Microorganismo Valores D

Escherichia coli O157:H7 D62°C = 2 ± 0.3 min

Listeria monocytogenes D62°C = 1 ± 0.1 min

¿Cuál de los patógenos es más resistente al proceso térmico en esas condiciones?

8. Luego de la lectura del siguiente texto conteste a las consignas formuladas.

En una planta de lácteos se trabaja en el diseño del proceso de pasteurización de la leche.

Se pretende emplear un tiempo de pasteurización de 12 minutos a una temperatura de

60ºC. La materia prima (leche fresca) de la cual se parte contiene una población inicial de

1000000 UFC/l. El D60ºC de Salmonella spp. en la leche es de 4 min.

Consigna 1. ¿Cuál será la población de supervivientes luego del proceso?

Para mejorar la calidad del producto se quiere llegar a una población de 1 UFC/l.


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Consigna 2. ¿Cuánto tiempo se deberá prolongar el tratamiento, partiendo de la misma

población inicial?

En la semana siguiente durante el proceso se detectaron fallas en el equipo, y la

temperatura descendió a 56ºC. Teniendo en cuenta un valor z: 4ºC.

Consigna 3. ¿Cuántos minutos serán necesarios para obtener un producto final con una

población de 1 UFC/l?

9. Se afirma que los detergentes actúan por efectos humectantes y emulsionantes. ¿Cómo

lo explicaría?

10. Investigue y compare el uso de compuestos clorados, ozono, alcohol desde el punto de

vista de: su aplicación, mecanismo de acción, ventajas y desventajas. Utilice una tabla o

esquema y tenga en cuenta las condiciones que debe cumplir un agente antimicrobiano.

11. Compare el uso de las radiaciones ionizantes con la luz ultravioleta desde el punto de

vista de: su aplicación, mecanismo de acción, ventajas y desventajas. Utilice una tabla o

esquema.

12. En un artículo aparece la siguiente afirmación: “El frío es un tratamiento microbiostático”.

¿Está de acuerdo o en desacuerdo con la misma? ¿Por qué se descomponen algunos

alimentos mantenidos en refrigeración? Justifique su respuesta.

13. ¿Sobre que productos o en qué circunstancias utilizaría la filtración?

14. Investigue sobre los distintos tipos de cabinas de flujo laminar, sus aplicaciones y

alcances. ¿Qué es una cabina de seguridad biológica?

15. Discuta la utilización de la desecación y salazón en la conservación de alimentos.

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MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA GENERAL …contenidonutricion2.com.ar/microbiologia/modulo 3/Unidad_3.pdf · La utilización de un sufijo denota la acción de los agentes antimicrobianos