Cultivo y control de microorganismos

¿Qué es un medio de cultivo y qué condiciones (nutrientes, temperatura, pH, oxígeno) se controlan al cultivar bacterias en el laboratorio? Indica la diferencia entre un medio sólido y uno líquido.

Explica qué es la técnica aséptica de trabajo en el laboratorio de microbiología y razona el sentido de dos prácticas concretas: flamear el asa de siembra hasta ponerla al rojo y trabajar cerca del mechero.

Los virus no crecen en placas de agar. Razona por qué (¿qué les falta para multiplicarse por su cuenta?) e indica qué sistemas usan los laboratorios para cultivarlos (cultivos celulares, huevos embrionados).

La gráfica representa la curva de crecimiento de un cultivo bacteriano cerrado, con sus cuatro fases señaladas con números (1 a 4). Nombra cada fase y explica qué ocurre con los nutrientes y los desechos en cada una.

Una bacteria se divide cada $20$ minutos. Partiendo de $1\,000$ células en fase exponencial, calcula cuántas habrá tras dos horas (¿cuántas generaciones caben?). Después, razona por qué el crecimiento exponencial no puede mantenerse en un cultivo cerrado (¿qué factores lo frenan?).

Diferencia esterilización, desinfección y antisepsia, y pon un ejemplo de situación (quirófano, encimera de cocina, herida superficial) en la que se aplica cada una.

Cita cuatro métodos de control microbiano en la industria alimentaria (pasteurización, esterilización UHT, refrigeración y congelación, salazón o curado) y explica el principio en que se basa cada uno (¿mata, inhibe o dificulta el crecimiento?).

Explica en qué consiste la pasteurización (temperatura y tiempo, por ejemplo $72\ \text{°C}$ durante $15$ segundos), por qué no esteriliza el alimento (¿qué sobrevive?) y qué enfermedades históricas ayudó a controlar en la leche (tuberculosis, brucelosis).

Compara la eficacia del cloro (blanqueador), el alcohol al $70\ \%$ y el jabón frente a bacterias y frente a virus envueltos. Explica por qué el alcohol al $70\ \%$ desinfecta mejor que el alcohol casi puro (papel del agua en la desnaturalización de proteínas y en la penetración) y qué hace exactamente el jabón a una envoltura vírica lipídica.

Diferencia un antibiótico bactericida de uno bacteriostático, pon un ejemplo de cada tipo (penicilina frente a tetraciclinas) y explica qué ocurre con la población bacteriana al suspender cada uno.

¿Qué es un antibiograma y cómo se realiza (discos de antibiótico sobre la placa sembrada)? Explica qué le informa al médico (sensible, intermedio, resistente) y por qué no debería recetarse un antibiótico sin esa información cuando es posible obtenerla.

Explica, aplicando la selección natural, cómo surge una población bacteriana resistente a un antibiótico cuando el tratamiento se abandona antes de tiempo, y por qué el antibiótico no «crea» la resistencia.

Muchos antibióticos son productos naturales de bacterias del suelo (estreptomicetos). Explica qué ventaja evolutiva le da a su productor fabricar un antibiótico (guerra química por los nutrientes) y analiza por qué el descubrimiento de antibióticos nuevos se ha ralentizado en las últimas décadas.

¿Qué es la transferencia genética horizontal y en qué se diferencia de la herencia «vertical» de padres a descendencia? Nombra sus tres mecanismos en bacterias.

Describe los tres mecanismos de transferencia genética horizontal bacteriana —conjugación, transformación y transducción— indicando qué vehículo transporta el ADN en cada caso y cuál interviene en la difusión de resistencias.

La colistina es un antibiótico polipeptídico que desestabiliza la membrana externa de bacterias gramnegativas y que durante años se consideró un «último recurso» médico. En 2015 se detectó en granjas porcinas el gen mcr-1, capaz de conferir resistencia a la colistina, localizado en un plásmido conjugativo.

1. a) Justifica por qué el hallazgo del gen mcr-1 en un plásmido generó una alarma sanitaria mundial incomparablemente mayor que si la resistencia se debiera a una mutación puntual en el cromosoma bacteriano.
2. b) Durante décadas, la colistina se administró en dosis bajas continuas en el ganado porcino como promotor del crecimiento. Explica desde la teoría de la selección natural cómo esta práctica zootécnica creó las condiciones idóneas para la selección y fijación del gen mcr-1.
3. c) Apoyándote en la estrategia «Una sola salud» (One Health), argumenta por qué la legislación prohibió el uso preventivo de la colistina en ganadería y rebate la postura de un productor que alegue que «las bacterias del intestino del ganado no tienen forma de llegar a los pacientes de una UCI humana».

Un biorreactor industrial produce yogur, cerveza o insulina a gran escala. Explica qué parámetros se controlan de forma continua (temperatura, pH, oxígeno disuelto, agitación, espuma) y razona qué ocurre con el producto si se descontrolan dos de ellos a tu elección.

En la UCI de un hospital se detecta un brote por Klebsiella pneumoniae resistente a carbapenémicos que afecta a cuatro pacientes ingresados con catéteres venosos y ventilación mecánica asistida.

1. a) Analiza la cadena epidemiológica del brote: identifica la fuente probable, el mecanismo de transmisión más plausible (vehículo y vector pasivo) y justifica qué factores fisiológicos hacen a estos pacientes especialmente vulnerables.
2. b) Diseña un plan de choque con medidas de control clasificadas por orden de prioridad (aislamiento y barreras físicas, cribado activo y desinfección de fómites), justificando biológicamente por qué la higiene de manos entre pacientes es más crítica para frenar la transmisión que la fumigación ambiental.
3. c) Evalúa críticamente la siguiente propuesta: «Para erradicar el brote de raíz, administraremos colistina profiláctica a todos los pacientes ingresados en la UCI, tengan o no síntomas». Predice las consecuencias selectivas y evolutivas de esta medida a medio plazo.

Un paciente diagnosticado con gripe insiste en que le receten amoxicilina «por si la infección baja al pecho», mientras que un ganadero suministra tetraciclina en dosis bajas continuas en el agua de bebida de cerdos sanos para «acelerar su engorde y prevenir diarreas».

1. a) Rebate desde la base bioquímica y citológica la exigencia del paciente: justifica por qué los antibióticos betalactámicos son totalmente inocuos para los virus y predice qué impacto selectivo inmediato causará esa amoxicilina sobre la microbiota comensal del propio paciente.
2. b) Interpreta la práctica ganadera descrita desde la perspectiva de la selección natural: explica por qué las concentraciones subterapéuticas y continuas representan el escenario óptimo para seleccionar bacterias resistentes frente a las dosis letales completas.
3. c) Explica los mecanismos de transferencia horizontal (conjugación, transformación y transducción) mediante los cuales un gen de resistencia generado en una bacteria comensal del ganado puede acabar en una cepa patógena humana en un entorno hospitalario.

Tras un banquete escolar, 48 comensales desarrollan gastroenteritis aguda por Salmonella enterica. En la inspección se toman muestras de los alimentos consumidos (mayonesa casera, pollo asado y pastel) y del personal de cocina. El laboratorio realiza el aislamiento en placa y analiza el perfil genético mediante electroforesis en gel de campo pulsado (PFGE).

1. a) El cultivo resulta positivo para S. enterica tanto en la mayonesa como en restos de pollo crudo del mostrador de la cocina. Sin embargo, el patrón de bandas de ADN de los enfermos coincide al 100 % con el aislado en la mayonesa y difiere del aislado en el pollo crudo. Interpreta este resultado y deduce el origen de la intoxicación, justificando por qué la identificación molecular es indispensable frente al simple cultivo taxonómico de especie.
2. b) La mayonesa se elaboró con huevos a las 7:30 h y permaneció a temperatura ambiente (24.0 °C) hasta su consumo a las 14:30 h (7 horas en total). Si la contaminación inicial en el lote fue de 10 bacterias/g y el tiempo de duplicación a esa temperatura es de 30 minutos, calcula la concentración teórica final por gramo y justifica cómo habría modificado el riesgo mantener el plato refrigerado a 4.0 °C desde su elaboración.
3. c) Diseña un sistema de puntos de control crítico (HACCP, o APPCC) para la cocina de la escuela que prevenga simultáneamente la contaminación biológica inicial, la contaminación cruzada y la proliferación microbiana.

En un taller de conservas caseras, dos grupos elaboran col fermentada (chucrut), cuya conservación depende de la microbiota láctica epífita (Leuconostoc y Lactobacillus):

• Grupo 1: Corta la col, añade un 2.5 % de sal común en peso, prensa la mezcla hasta que el líquido cubre por completo el vegetal y sella el frasco impidiendo la entrada de aire, manteniéndolo a 20.0 °C. A las tres semanas el preparado tiene un pH de 3.6 y un olor ácido fresco.

• Grupo 2: Corta la col, no añade sal para «hacerlo más saludable para el corazón», deja el frasco abierto al aire y añade agua caliente a 45.0 °C. A los 4 días, el pH se mantiene en 6,2, hay moho en la superficie y desprende un olor fétido.

1. a) Justifica el doble papel selectivo del 2.5 % de sal y de la inmersión anóxica en el procedimiento del Grupo 1 frente a bacterias competidoras de origen telúrico y enterobacterias.
2. b) Explica el cambio metabólico que produce la caída del pH hasta 3.6 y razona por qué este descenso inhibe el desarrollo de las endosporas de Clostridium botulinum, un bacilo anaerobio estricto que tolera la anoxigenia pero es sensible a la acidez.
3. c) Predice qué fallos bioquímicos y ecológicos provocó el protocolo del Grupo 2 y por qué la combinación de temperatura a 45.0 °C y presencia de oxígeno impidió la fermentación láctica espontánea.

Reto del tema. ¿Es tu cocina un medio de cultivo ideal para patógenos o un ambiente hostil digno de una arquea extremófila? Diseña un protocolo de bioseguridad alimentaria para tu hogar.

1. Toma de datos: Mide con un termómetro la temperatura interior de tu refrigerador y de tu encimera, o consulta la temperatura actual de tu ciudad en el sitio web del Servicio Meteorológico Nacional (NWS). Registra ambos valores (por ejemplo, $4.1\text{ }^\circ\text{C}$ y $21.8\text{ }^\circ\text{C}$).

2. Análisis microbiano: Elabora una tabla que compare el rango óptimo de proliferación de eubacterias mesófilas comunes frente a las adaptaciones de arqueobacterias extremófilas (psicrófilas o termófilas), deduciendo qué microorganismos prosperarían en cada zona medida.

3. Estrategias de control: Propón tres medidas de control del crecimiento bacteriano para alimentos cotidianos (como calor a más de $72.5\text{ }^\circ\text{C}$, salazón osmótica o refrigeración), explicando cómo alteran la viabilidad de la pared o membrana bacteriana.

4. Producto final: Redacta un informe breve de una página que recoja tus mediciones, la tabla comparativa eubacterias-arqueobacterias y tu protocolo razonado de conservación.

Se valorará:

• Registro riguroso de datos térmicos reales empleando el punto decimal.

• Diferenciación biológica correcta entre la fisiología de eubacterias y arqueobacterias.

• Justificación científica de los métodos de cultivo y control microbiano aplicados.