Cellulosic fiber characterizations

A/ Microorganismos Patógenos (Láminas M):

1 Generalidades:

- Nos centraremos aquí en las Bacterias Patógenas, sabiendo que también existen Hongos y Animales Parásitos, y otros agentes infecciosos que ya hemos visto como los virus, viroides y priones. - Las bacterias patógenas se clasifican en cuatro grupos en función de sus Vectores de

Transmisión: Agua y Alimentos, Picadura de Artrópodos, Transmisión Sexual y Transmisión Aérea (I).

- Se diferencian también dos Mecanismos de Transmisión: Vertical y Horizontal (II). 2 Bacterias de Transmisión Aérea:

- Existe una grandísima variedad de Enfermedades causadas por Bacterias Infecciosas capaces de transmitirse por vía Aerea entre humanos (III).

- La Faringitis (-itis; inflamación) tiene un origen 30 % bacteriano y 70 % Vírico. La Faringitis Streptocócica es causada por S. pyogenes, un coco Gram + que también es responsable de Amigdalitis Streptocócica (Faringoamigdalitis) (IV, V). Algunas cepas presentan Toxina Eritrogénica, una toxina codificada por un Fago Lisogénico responsable de la Escarlatina (lengua aframbuesada). Se evita con antibióticos como la Penicilina.

- La Neumonía es una infección del Parenquima Pulmonar, cursada con tos y dolor pleural, y causada por una gran variedad de Bacterias Gram + y -, entre las que destaca Streptococcus pneumoniae y Pseudomonas (VI).

- La Difteria es una faringitis Pseudomembranosa causada exclusivamente por la bacteria Corynebacterium diphteriae. Las células de la Pseudomembrana son destruídas por la Toxina Diftérica, de forma que aumenta su volumen obstruyendo las vías respiratorias. Se trata de una Exotoxina tipo A-B (subunidades A Catalítica y B de Reconocimiento y unión a células diana) que penetra en las células inhibiendo la síntesis de proteínas y causando Necrosis. Puede extenderse por el torrente sanguíneo. La Difteria Severa son las manifestaciones sistémicas de la expansión de la bacteria o su toxina por todo el organismo. Algunos órganos diana son especialmente afectados, causando Conjuntivitis, o Cuello de Toro. La vacuna DTP (Difteria/Tétanos/Pertusis) que se encuentra incluída en el calendario obligatorio de vacunaciones. Esta vacuna incluye toxoides (toxinas inactivadas con formol) y bacteria B. pertussis muertas (VII).

- La Tosferina es una enfermedad que cursa con una tos muy intensa en ataques incontrolables y con secreciones gelatinosas. La bacteria Bordetella pertussis, bacilo Gram -, produce varias toxinas que alteran el tracto respiratorio, y por ello en la Vacuna DTP se utiliza la bacteria completa. Entre ellas se encuentran Toxina pertussis (altera la comunicación celular), Adenilato Ciclasa (inhibe a los leucocitos), Toxina Dermonecrótica (destrucción local de tejidos), y la Citotoxina traqueal. Afectan localmente a los tejidos respiratorios (VIII).

- La Tuberculosis es causada por unos peculiares bacilos Gram +, del grupo de las Micobacterias, que se caracterizan por su abundancia en ácidos Micólicos en su Pared Celular que las hace resistentes a la coloración Ácido/Alcohol: Mycobacterium tuberculosis. Se trata de una enfermedad altamente relevante y reemergente, pues entre 30 y 50 % de personas infectadas por VIH en fase SIDA la padecen, o padecen otras enfermedades relacionadas con Micobacterias. Esta enfermedad cursa en dos fases (IX, X, XI):

1. Primoinfección: Colonización de la bacteria por vía aerea, a traves de los aerosoles y escreciones salivares de un individuo infectado. Al llegar al pulmón se produce su Fagocitosis por Macrófagos alveolares. Estas bacterias en el interior del Fagosoma inhiben la unión de un Lisosoma Digestivo, e invaden los Macrófagos utilizándolos a modo de Caballo de Troya. A partir de ahí pueden dispersarse a través de la Linfa y de la Sangre. Forman Granulomas

(Tubérculos o Infiltrados) que aparecen como nubes blanquecinas en Radiografía; se trata de Agregados de Macrófagos, Monolitos, Neutrófilos… Estos granulomas pueden quedar cubiertos de Fibrina o Calcificados, quedando en su interior la bacteria latente. El 90 % de los infectados supera esta fase y acaba con la bacteria.

2. Tuberculosis Pulmonar Progresiva: Al dispersarse los Macrófagos infectados pueden formar Granulomas en distintos órganos diana, como el Riñón. En este avanzado estado se forman Cavernas o Agujeros en el pulmón, y se produce la destrucción de diversos tejidos. Los infectados muestran manifestaciones clínicas graves como dificultad para respirar, pérdida de peso, esputo sanguinolento y cansancio.

- La Tuberculosis Miliar es característica de enfermos en fase SIDA y muestra un sistema inmunne suprimido. Se producen agregados de micobacterias por medio de Ácidos Micólicos; efecto cordón.

- La Lepra es una infección que puede transmitirse tanto por vía aerea como por contacto directo con las heridas de la piel de una persona infectada. Es causada por Mycobacterium leprae, un Bacilo Hansen no cultivable en medios artificiales. Para estudiarlo se cultiva en Armadillos, y se realiza una tinción directa en corte histológico del tejido infectado. Su crecimiento es muy lento y su tg muy elevado: la incubación puede alargarse hasta 6 años desde contacto. Si la enfermedad no es tratada el deterioro es progresivo a lo largo de los años. Sus células Diana son Células Epiteliales cutáneas, Linfocitos, y Células de Shwann del Sistema Nervioso Periférico. La enfermedad puede ser tratada con mezclas de Antibióticos (pueden desarrollar dresistencia) pero el tratamiento se prolonga durante más de dos años. Cursa, al igual que la anterior, en varias fases con distintas manifestaciones (XII):

1. Lepra Difusa: Despigmentación por lesiones cutáneas (manchas planas sin color). Esta fase inicial puede evolucionar de dos formas dependiendo de la respuesta inmune.

2. Lepra Tuberculoide: Ante una respuesta inmune normal o debil. Proliferación en Fagosomas y formación de Granulomas similares a Tuberculosis. Avanzan las lesiones cutáneas y comienzan las deformidades en la cara. Comienza la afectación al sistema nervioso periférico causando atrofia muscular y pérdidas de sensibilidad en las extremidades. Puede evolucionar a (3.).

3. Lepra Lepromatosa: Ante una respuesta inmune muy debiliotada. Se produce el avance de todas las lesiones. Puede producirse pérdida completa de extremidades y partes de la cara, incluídos huesos y cartílagos (por ejemplo, de la nariz) dando lugar al aspecto leonino. - La Legionellosis es la infección característica del Bacilo Gram – Legionella pneumophila, bacteria pleomórfica capaz de cambiar de forma durante la infección, y transmisible por vía aerea, a través de diminutas gotas de agua dispersadas con el viento. Sus modos de transmisión más frecuentes son a través del aire acondicionado y de las fuentes públicas de ciudades. Recibe este nombre (enfermedad de los Legionarios) ya que el primer caso se dio durante una convención de legionarios en Philadelphia, debido al aire acondicionado del Hotel donde se albergaron. Ataca al tracto respiratorio infectando el parénquima pulmonar (que carece de Microbiota). En individuos sanos el sistema inmune es capaz de controlar la infección, pero en inmunocomprometidos o ancianos con otras coinfecciones respiratorias causa alteraciones más graves, pudiendose incluso dispersar por el torrente sanguíneo y alcanzar riñón, hígado, bazo, sistema nervioso… Es muy difícil de erradicar ya que puede desarrollarse en el interior de protozoos de aguas estancadas, como Amoebas, y puede formar Quistes de Resistencia en aguas de las fuentes y aires acondicionado (XIII).

- La Meningitis es causada principalmente por Neisseria meningiditis, diplococo Gram – que forma parte de la Microbiota Humana del tracto respiratorio superior; 30 % de la población porta la bacteria en Nasofaringe. Su acción es muy rápida, pudiendo producir la muerte en sólo 6 o 7 horas. También puede debersa a la infección de otros Neumococos y Meningococos como Sterptococcus pneumoniae, S. agalactiae, o Haemophilus influenzae serotipo b (capsulada), todas ellas transmitidas por el aire. Cursa con fiebre. Se produce el bloqueo de la Barrera Hematoencefálica, ya que la inflamación de las Meninges dificulta la circulación de la sangre en el cerebro. Puede diseminarse por

el torrente circulatorio y afectar a otros órganos diana, formando por ejemplo Exantemas Cutáneos o Petequias; manchas violáceas en la piel que ponen de manifiesto la presencia de la bacteria en la sangre, también conocido como Meningococcemia, difícil de atacar y capaz de producir la muerte (XIV).

3 Bacterias Transmitidas por Picadura de Artrópodos:

- La Peste es causada por el bacilo Gram – Yersinia pestis, y produjo la muerte del 30 % de la población mundial durante la Edada Media; se trataba de una enfermedad característica urbana transmitida por roedores de ciudad, entre los cuales se dispersaba a través de la picadura de la Pulga. Algunas ratas murieron debido a la infección, pero la especie rápidamente desarrolló resistencia. Generalmente la transmisión de la Rata al Humano es mediada por pulgas que pican a la primera y a continuación al segundo, de tal manera que el humano es un Hospedador intermediario accidental. Actualmente es propia del Ciclo Selvático, y sus reservorios y Hospedadores Intermediarios se encuentran controlados. Al infectar, esta bacteria puede establecerse y proliferar en los Ganglios Linfáticos, y dispersarse a través del sistema Liunfático. Es capaz de desarrollarse en el interior de Macrófagos sin ser Fagocitada. Forman Bubones, o hinchamientos dolorosos con virulencia de los Ganglios Linfáticos. Presenta distintas manifestaciones en función de los tejidos infectados de forma secundaria (XVI, XVII):

 Peste Neumónica: En el tracto respiratorio. Único caso donde tener lugar un contagio directo humano-humano por vía aerea.

 Peste Negra: En el Epitelio Pluriestratificado de la Piel. Forma Necrosis del tejido y ennegrecimiento de las extremidades.

 Peste Septicémica: Formación de Múltiples Bubones en diversos tejidos.

- Tifus, Fiebre de las Montañas Rocosa: Se trata de dos manifestaciones sitémicas

producidas por la infección de Rickettsias, Parásitos Endosimbiontes (intracelulares obligados), no cultivables en laboratorio sobre medios Artificiales. Las personas infectadas suelen presentar Perixantemas cutáneos, y si no son tratadas a tiempo, la dispersión de la bateria por la sangre puede dañar otros órganos diana como son Hígado, Bazo y Riñón. Presenta una elevada mortalidad, de alrededor del 6-30 %, y puede ser transmitida por una gran variedad de artrópodos como Garrapatas y Pulgas (XVIII).

- La Enfermedad de Lyne es una infección de fuerte incidencia en Estados Unidos, y muy estudiada por ello, causada por la Espiroqueta Borrelia burgdorferi. Las espiroquetas son por lo general poco infecciosas, y difícilmente observables; para ello se suele recurrir a Microscopía óptica de Campo Oscuro. Es transmitida por la Garrapata, y encuentra reservorios selváticos en Roedores silvestres. La bacteria penetra por el punto de picadura directamente a la sange, y en este punto forma un Eritema Migrans: enrojecimiento y endurecimiento de la piel que aumenta de tamaño concentricamente. Desaparece espontáneamente por lo que puede parecer una picadura inflamada, pero si no es tratado, pasados unos meses del Eritrema pueden aparecer otras complicaciones como Artritis o complicaciones neurológicas.

4 Bacterias de Transmisión Sexual:

- La Sífilis es causa por la espiroqueta Treponema pallidum, no cultivable en medios artificiales, por lo que se debe realizar un diagnóstico Xenológico (ensayo inmunológico). Se transmite por contacto sexual, por medio de la heridas y abrasiones que a menudo se producen durante el propio acto. Se manifiesta en varias fases (XXII, XXIII):

1. Sífilis Primaria: Entre las dos semanas y los dos meses de contraer la infección se forma el Chancre; una úlcera indolora, elevada y dura, que desaparece antes de las 6 semanas. En mujeres esta suele ser interna y difícil de detectar, pudiendo pasar fácilmente desapercibida. La infección suele ser superada después de esta fase, aunque pueden llegar al torrente sanguíneo e infectar otros órganos si no es debidamente tratada.

2. Sífilis Secundaria: Puedes formarse Exantemas Cutáneos por toda la piel (Periodo Florido). Pueden presentarse otros síntomas sistémicos.

3. Sífilis Terciaria: Si la enfermedad no es tratada, se producen granulomas en diversos órganos, que alteran su función. Puede aparecer Neurosífilis si alcanza el sistema nervioso (similar a Meningitis).

- Además esta bacteria puede atravesar la barrera placentaria, causando las malformaciones del feto e incluso el aborto propios de la Sífilis Congénita.

- La Gonorrea (Gonococia, Blenorragia) es la infección del diplococo Gram – Neisseria gonorrhoeae, una enfermedad de transmisión sexual (ETS) de relativamente alta incidencia, debido a la facilidad de contagio por contacto sexual heterosexual (en un solo contacto el hombre tiene 20 % de posibilidad de contraerla, la mujer 50 %). No se desarrolla memoria inmunológica frente a todos sus tipos, por lo que puede haber reinfección. Sobre todo en mujeres puede cursar de forma asintomática. Puede aparecer Uretritis Gonocócica y Disuria (dolor y ardor al miccionar) con exhudado purulento poco detectable, puediéndose confundir con una inflamación urinaria. El uso de anticonceptivos vía oral altera la mucosa genital facilitando su proliferación. En varones es más facil de identificar. Se produce Uretritis con Disuria y exhudado purulento de fácil identificación. Además pueden aparecer manifestaciones sistemáticas como Faringitis gonocócica o Proctitis si la bacteria se expande por la sangre. Además puede diseminarse en el Aparato Urogenital (Útero, Ovario, Trompas de Falopio) y causar esterilidad. No puede atravesar la barrera placentaria, pero a menudo se produce una transmisión congénita o vertical durante el parto por contacto, produciendose entre otros Oftalmia Neonatal (conjuntivitis severa) (XXIV, XXV).

- El Linfogranuloma Venéreo es causado por un grupo de patógenos intracelulares obligados, no cultivables en laboratorio, y causantes de múltiples infecciones. Chlamydia trachomatis, responsable de esta enfermedad, produce Uretritis no gonocócica, pero frecuentemente Post- gonocócica (se manifiesta después de Gonorrea). Se trata en concreto de la formación de dolorosos Bubones, por acumulación bacteriana, en los ganglios inginales, produciendo hinchazón en la ingle. Esta bacteria presenta un ciclo vital característico, de forma que se replica en el interior de las células, y a continuacón las lisa para su liberación (similar a los virus). Su diagnóstico se basa en la observación en microscopía óptica de los Cuerpor elementales, o los Cuerpos Reticulados (XXVI, XXVII).

5 Bacterias Transmitidas por el Agua y los Alimentos:

- Dentro de este grupo se diferencian por el tiempo de infección y por lo síntomas causados tres tipos de infecciones:

 Infección alimentaria: proliferación de la bacteria viva. Se manifiesta después de un periodo

de incubación.

 Toxoinfección alimentaria: proliferación de la bacteria y liberación de toxinas. Las

manifestaciones pueden comenzar pocas horas después de la ingestión.

 Intoxicación alimentaria: ingestión de un alimento donde las bacterias han proliferado y

producido toxinas. La intoxicación se manifiesta poco tiempo después de la ingestión.

- La Gastroenteritis es una una Infección alimentaria. que puede ser causada por una gran diversidad Enterobacterias, como E. coli, Shigella (agua), Salmonella (Microbiota de animales de granja), Yersinia (Microbiota de animales de granja), o Campylobacter (no enterobacteria, agua). Producen Fermentación de la Glucosa, y se distiguen por la fermentación de la lactosa en dos tipos: Coliformes (Lac+_{), pertenecientes a la Microbiota Humana, y No Coliformes (Lac}-_{), estas últimas}

siendo responsables de este tipo de infección. Además, las anaerobias facultativas reducen el Nitrato a Nitritos. Por ejemplo, E. coli puede ser Coliforme y parte de la Microbiota, puede ser enterohemorrágica (carne de vacuno mal cocinada), o enterotoxigénica (síndrome del vijero, agua). - Otras Infecciones alimentarias son Salmonelosis, producida por Salmonella, o Listeriosis, producida por Listeria monocytogenes.

- El Cólera es una Toxoinfección relacionada con el consumo de agua, causada por Vibrio cholerae. La bacteria no penetra a través del intestino, pero produce una toxina tipo A-B (Toxina Colérica) en la luz del tubo digestivo que excita la actividad de Adenilato Ciclasa, produciendo cAMP intracelular. Esto produce la alteración del balance de electrolitos, la salida masiva de agua al intestino, y la consecuente deshidratación del organismo que puede llegar a perder hasta 20 litros por día. Se manifiesta por las heces en agua de arroz, en líquido similar al agua de cocción del arroz (XXX, XXXI).

- Las Fiebres Tifoideas y Paratifoideas son Infecciones causadas por Salmonella typhi y S. parathyfi transmitidas por el consumo de agua. Pueden pasar al torrente circulatorio, encontrando un Reservorio en la Vesícula biliar.

- La Intoxicación Alimentaria Estafilocócica es una Intoxicación producida por el coco Gram + Staphylococcus aureus capaz de producir hasta 7 exotoxinas termoestables. Se puede contagiar a través de cremas, dulces y ensaladas, y se multiplica en muchos alimentos no refrigerados. Entre 1 y 7 horas después de la ingestión se presentan síntomas similares a los de Gastroenteritis, acompañados por un fuerte dolor abdominal.

- El Botulismo es una Intoxicación severa producida por la Toxina Botulínica, liberada por el bacilo anaerobio estricto Gram + Clostridium botulinum, formador de esporas. Presenta una distribución Ubiquista y prolifera en alimentos conservados en condiciones anaerobias, como los enlatados. Al germinar las esporas en dichas condiciones, comienza la producción de toxinas y la intoxicación del alimento. Se trata de Exotoxinas tipo A-B, son en concreto Neurotoxinas, muy potentes en baja concentración, que pueden llegar a producir la muerte por parada cardiovascular. Bloquean la liberación de Neurotransmisor Acetilcolina en las sinapsis Neuro-Musculares inhibiendo la contracción, de tal manera que en personas intoxicadas suele producir Parálisis Flácida (XXXII). 6 Otros tipos de Transmisión:

- El Tétanos es la toxoinfección causada por los bacilos Clostridium tetanii, anaerobios estrictos formadores de esporas deformantes en palillo de tambor. Es transmitida por esporas a través de heridas infectadas, que al cicatrizar proporcionan el ambiene anaerobio necesario para su germinación y proliferación. Entonces comienza la producción de la Toxína Tetánica, una exotoxina tipo A-B que también actua como Neurotoxina, y tiene el efecto contrario al de la Toxina Botulínica; impide la recaptación de la Acetilcolina por inhibición de la liberación de la Glicina por la neurona inhibidora, y provoca Parálisis Espástica, muy dolorosa, y Risa Sardónica (contracción permanente de la cara). El Tétanos Neonatal puede ser transmitido por materiales no esterilizados utlizados para cortar el cordon umbilical (XXXIII).

B/ Microorganismos de Interés Industrial (Láminas N):

1 Generalidades, Microbiología industrial:

- Los microorganismos adquieren una especial importancia en multitud de procesos industriales relacionados especialmente con la Industria Alimentaria, la Industria Farmaceutica, y la Depuración de Aguas Residuales.

- La selección de los microorganismos se basa en unos criterios básicos como su cultivo fácil y barato, su rápido crecimiento, su alto rendimiento, su carácter no patógeno. Además la Ingeniería Genética jueg aquí un importante papel, de modo que se seleccionan muchos microorganismos bacterianos por su susceptibilidad a la manipulación genética.

- La función de los Microorganismos es distinta en cada caso, pero se distinguen tres procesos fundamentales que hacen de los microorganismos grandes fábricas industriales (II):

 Producción de Células: Por ejemplo levaduras para la industria alimentaria.

 Productos de Bioconversión: Utilización de la maquinaria metabólica de los

microorganismos para catalizar la síntesis de determinados productos a partir de sustratos de fácil obtención, muy difil de llevar a cabo en el laboratorio por síntesis química.

 Productos Derivados: Utilización de los productos naturales sintetizados por los

Microorganismos. Sirve para la obtención de Antibióticos, Enzimas, Alcohol (fermentaciones). - Se distinguen los metabolitos primario y secundarios en función de la fase de crecimiento de la población en la que se maximiza su síntesis a partir de Glucosa. Esta distinción debe ser tenida en cuenta para la mayor efectividad del proceso (III):

 Los Metabolitos Primarios, como los productos de la Fermentación, crecen mientras lo hace la población durante la Fase Exponencial de Crecimiento. Este es el mismo criterio a tener en cuente para la Producción de Células.

 Los Metabolitos Secundarios, como muchos Antibióticos, no son esenciales para el crecimiento y su producción se maximiza durante la Fase Estacionaria.

2 Cultivos Industriales:

- Para rebajar los costes al máximo se suelen utilizar como nutrientes para cultivos de Gran Volumen, en la medida de lo posible, los productos de desecho de otras industrias, en especial del campo agroalimentario (IV).

- Las Fuentes de Carbono más comunes son las Melaza (líquidos densos, subproductos de la cristalización del azúcar), u otros subproductos como semillas o sueros.

- Como Fuentes de Nitrógeno suelen utilizarse Amoniaco, Sales de Amonio y Nitratos, subproductos de los mataderos y fábricas de harina de Soja.

- Los Fermentadores Industriale son enormes recipientes provistos para el cultivo industrial de Microorganismos. Antes de poner en funcionamiento un Fermentador industrial, que puede contener entre 100.000 y 500.000 litros, deben realizarse ensayos y comprobar que el proceso funciona correctamente. El Fermentador precisa de Palas de Agitación que pueden producir espumas, debe estar provisto de Antiespumantes, y disponer de sistemas de Aireación y Refrigeración (V).

- Para ponerlo en marcha se procede por Escalado Industrial, aumentando progresivamente el volumen del cultivo (VI):

1. Tubo de ensayo, Matraz o Erlen-Meyer para valorar el proceso y su rendimiento.

2. Fermentador de laboratorio, utilizado como simulador del proceso a nivel industrial. Sirve para