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TEMA 1: ESTRUCTURA BACTERIANA
1.CONCEPTO ACTUAL DE LA MICROBIOLOGÍA
La microbiología como ciencia pura es la parte de la Biología que estudia el mundo de los microrganismos, por lo que son y lo que significan como tales seres vivos, su hábitat y comportamiento.
2. IMPORTANCIA DE LOS MICRORGANISMOS Los microrganismos son importantes, intrínsicamente y transcendentemente para cualquier ser vivo que exista, piense o no piense, tenga o no tenga conciencia de la existencia de este mundo microbiano y de sus múltiples funciones y cometidos en la Biosfera, pues de ellos dependió el nacimiento de la vida primigenia y de su mandamiento hasta nuestros días. 3. PRINCIPALES CAUSAS DE MUERTE 1.Enfermedades cardiovasculares 31 %
- Enfermedades infecciosas 25 %
- Cánceres 13 %
- Traumatismos 11 %
- Enfermedades respiratorias y digestivas 9%
- Otras 6 %
- Mortalidad materna 5 % 4. CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS En la clasificación de Woese y sus colaboradores encontramos 3 grupos: 1.Dominio Eucarya, en el que encontramos animales, plantas, hongos, algas y protozoos.
- Dominio bacteria, en el que encontramos mycoplasma, cyanobacteria, bacterias gram positivas y bacterias gram negativas.
- Dominio archaea, en el que encontramos el reino Euryarchaeota y el reino Crenarchaeota.
5. COMPONENTES BACTERIANOS.
1.PARED BACTERIANA
Es un elemento obligado , excepto en los micoplasmas. Le va a dar forma a la bacteria. El grosor es variable , dependiendo de si son Gram positivas o Gram negativas. El grosor es un método de tinción , y dependiendo de si se tiñe o no será una bacteria u otra. 1.1.ESTRUCTURA DE LAS GRAM POSITIVAS Contiene un peptidoglicano o mureína, formado por: 1.Cadenas largas de polisacáridos, formadas por N-acetil-glucosamina y N-acetil- murámico. 2.Cadenas cortas de polipéptidos, formadas por Acido diaminopimélico. También contiene ácido teicoico, que atraviesa este peptidoglicano y que está formado por ribitol y glicerol. Finalmente, destacamos el ácido lipoteicoico, el cual está formado por un polialcohol y lípidos y nos lo vamos a encontrar sólo en algunas ocasiones, atravesando completamente el peptidoglicano hasta llegar a la membrana citoplasmática.
1.3. FUNCIONES DE LA PARED BACTERIANA.
- Mecánica, la cual le proporciona forma a la bacteria, morfología.
- Filtro, sólo deja pasar sustancias de bajo peso molecular.
- Resistencia, para soportar la elevada presión osmótica tanto externa como interna. Hay veces que la bacteria pierde la pared(por antibióticos, por ejemplo). Cuando la pierde, estamos ante un protoplasto, los cuales son incapaces de crecer y de multiplicarse por lo que pierden vitalidad, se destruyen muy fácilmente. Otras veces no la pierden entera, sólo una parte, por lo que estamos ante un esferoplasto, los cuales son capaces de sintetizar su pared y de multiplicarse. 1.4.MORFOLOGÍA BACTERIANA La forma de una bacteria puede ser de varios tipos:
- Cocos, de 1 micra de tamaño.
- Bacilo, de 1,5 micras aproximadamente.
- Helicoidal, en forma de espiral, de 5 micras a 12 o 13. 2. MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Es unelemento obligado que carece de esteroles. Está formada por:
- Bicapa lipídica, cuyos lípidos pueden ser hidrófilos o hidrófobos.
- Proteínas, que las podemos encontrar en la parte superior o inferior de la membrana o atravesándola completamente. 2.1.FUNCIONES DE LA MEMBRANA
- Membrana semipermeable. Realizan una selectividad molecular a través de las proteínas que atraviesan completamente la membrana. Éstas van a ser las permeasas y cada una de ellas se une a cada sustancia que quiere atravesar.
- Se producen reacciones de fosforilación oxidativa, en las que el ADP pasa a ATP.
- Metaboliza los polímeros de la pared y cápsula. 3. MESOSOMAS Los mesosomas forman parte de la membrana, por lo que tienen su misma estructura. 3.1. FUNCIONES
- Función secretora de exoenzimas, como las catalasas o las oxidasas.
- Función que contribuye a la división bacteriana, en la que encontramos: 2.1. La síntesis del tabique 2.2. La división del cromosoma bacteriano. 4.LA CÁPSULA Es un elemento facultativo, algunas las tienen, otras no. Toda bacteria que tenga la capacidad de elaborar cápsulas recibe el nombre de bacteria capsulada. Esto quiere decir que puede sintetizar la cápsula, pero no tiene por qué presentarla obligatoriamente. Si la bacteria presenta la cápsula, decimos que está en fase lisa(fase S), en cambio, si la pierde, decimos que está en fase rugosa(fase R). Esta cápsula puede ser más grande o menos, y dependiendo de su tamaño hablamos de:
2.3. Flagelos anfítricos, los cuales contienen 2 mechones de flagelos cada uno situados en 1 polo. Estos flagelos anfítricos son propios de las bacterias dl agua, pero no nos afectan. El flagelo también es antigénico, y corresponde al antígeno H. 6.FIMBRIAS O PILIS Le denominamos fimbrias o pilis comunes cuando la bacteria presenta gran cantidad de ellos. Este pilis no es hueco y sirve para la adherencia de las bacterias(muy importante). Le denominamos pilis sexual cuando presenta sólo uno. Este pilis sexual es hueco y es un elemento único, que se va a sintetizar sólo cuando la bacteria presenta plásmido transmisible y va a intervenir en el fenómeno de conjugación bacteriana. Aquellas bacterias que presentan fimbrias presentan antígeno F(Ag F). 7.CROMOSOMA BACTERIANO Es un elemento obligado formado por una cadena de DNA de doble hélice. Se caracteriza porque es un elemento único, enrollado y sin extremos libres. Si lo rompiéramos y abriéramos, tendría el tamaño de 1 milímetro.
8.PLÁSMIDO
Es un elemento facultativo y extracromosómico, es decir, un trozo de DNA circular. Los plásmidos pueden ser de 2 tipos:
- Plásmido transmisible. Es el que induce su propia transferencia mediante la formación de un pilis sexual y mediante un fenómeno de conjugación bacteriana. Dentro de este plásmido encontramos dos tipos: 1.1. Plásmido F, que transfiere características genéticas. 1.2. Plásmido R, que transfiere resistencia a los antibióticos. Cuando ingerimos antibióticos, si hay un plásmido R, éste se lo transfiere al resto, y todos sus plásmidos van a ser inmunes a los antibióticos.
- Plásmido no transmisible, los cuales no inducen su propia transferencia, sino que para transferirse lo hacen mediante un fenómeno de transformación o fenómeno de transducción. A veces, cuando el plásmido se transfiere, éste no se queda libre, sino que se incorpora al cromosoma de la bacteria. Cuando el plásmido se incorpora al cromosoma de la bacteria, se denomina episoma. 9.RIBOSOMAS. La única diferencia que tienen los ribosomas es que la constante de sedimentación va a ser de 70 s y cuando se disocia en 2 subunidades, cada subunidad va a ser de 30 s y de 50 s, respectivamente. 10.INCLUSIONES CITOPLASMÁTICAS. Estas inclusiones citoplasmáticas pueden ser:
- Vacuolas, cuando tienen gas y líquido. Actúan como osmómeros, son dependientes de la presión.
- Granulaciones, con contenido sólido y actúan de reserva. 11.ESPORAS Es un elemento facultativo. Aquellas bacterias que puedan sintetizar esporas se van a denominar bacterias esporuladas, pero no tienen por qué presentarlas. Presentará esporas cuando la bacteria esté en condiciones inhóspitas, por lo que le confiere resistencia. Estas esporas las podemos encontrar:
- En el interior de la bacteria(endoespora), que puede ser:
11.2.COMPONENTES DE UNA ESPORA
En una espora distinguimos 2 partes:
- El core, que constituye la parte interna de la espora. En él encontramos: 1.1. El nucleoplasma(cromosoma bacteriano). 1.2. El citoplasma 1.3. La membrana esporal. 1.4. La pared esporal. 2.El córtex, que constituye la parte superficial de la espora. En él encontramos 2 capas: 2.1. La capa interna, llamada intina, de un grosor grande. En la intina nos encontramos el elemento fundamental, el ácido dipicolínico, el cual va a formar una sal, el dipicolinato cálcico. Este dipicolinato cálcico es el que confiere la impermeabilidad a la espora. Mientras que la espora sea impermeable al agua, no pasa a forma vegetativa. Cuando la ponemos en buenas condiciones, la espora destruye el dipicolinato cálcico y se vuelve permeable, y en ese momento empieza a absorber agua y a elaborar todos los componentes de la bacteria hasta convertirse en forma vegetativa. Algunas esporas contienen restos de membrana en su superficie, las llamadas exoesporium. 2.Capa externa, denominada exina. 12. MULTIPLICACIÓN BACTERIANA Las bacterias tienen una gran capacidad de multiplicación. Son capaces de multiplicarse cada 30 minutos. Cuando se inicia la multiplicación bacteriana, en 1 o varios puntos del cromosoma bacteriano(orígenes) se depositan gran cantidad de polimerasas y se empieza a formar una cadena complementaria igual que la inicial en cada punto de origen. Llega un momento en el que tenemos 2 cromosomas. Entonces, los mesosomas que están en los vértices de la bacteria, se acercan y se llevan un cromosoma a un polo y otro a otro. A la vez que esto está sucediendo, los mesosomas laterales empiezan a introducirse hacia el interior hasta que se unan ambos.
A la vez que estos mesosomas se unen, hay una multiplicación de la pared y comienza a introducirse por el interior del mesosoma hasta que se unen. A continuación, actúa una amidasa y rompe la pared por la mitad y se separan 2 células hijas, que son idénticas a la madre. Esta multiplicación bacteriana da lugar a una curva de crecimiento y es una fusión binaria transversal que se puede realizar en 30 minutos.
13. CURVA DE CRECIMIENTO. Se produce cuando ponemos a las bacterias en un medio líquido y van a suceder 4 fases: 1. Fase de latencia, en la que las bacterias se acostumbran al medio. Cuando se acostumbran, hay una gran cantidad de ribosomas y proteínas formando RNA. 2. Fase exponencial o logarítmica. La bacteria se multiplica por unidad de tiempo. 3. Fase estacionaria. Llega un momento en que los nutrientes empiezan a faltar y se para la multiplicación bacteriana y entramos en esta fase, que se caracteriza porque mueren la misma cantidad de bacterias que se multiplican. 4. Fase de declinación y muerte. Se produce debido a que los nutrientes cada vez faltan más, ý esto conduce a la muerte de la mayoría de las bacterias.
fuente de carbono y una fuente de energía. Según la fuente de carbono y la fuente de energía de la bacteria, distinguimos varios tipos:
- Las bacterias fotoautótrofas. Son las que utilizan el anhídrido carbónico como fuente de carbono y la luz como fuente de energía.
- Bacterias heterótrofas. Son las que utilizan un compuesto carbónico como fuente de carbono y la luz como fuente de energía.
- Bacterias quimioautótrofas. Son las que utilizan el CO2 como fuente de carbono y las sales inorgánicas como fuente de energía.
- Bacterias quimioheterótrofas. Son las que utilizan un compuesto orgánico como fuente de carbono y compuestos orgánicos como fuente de energía. 4. PRODUCTOS RESULTANTES DEL ANABOLISMO Los productos resultantes del anabolismo van a ser:
- Todos los componentes de una bacteria.
- Toxinas.
- Exoenzimas.
- Fermentos.
- Antibióticos.
- Piocinas.
- Bacteriocinas.
- Pigmentos, los cuales los vemos en el medio de cultivo. Podemos ver medios que favorezcan la producción de pigmentos. Cabe destacar que no todas las bacterias van a producir pigmentos, pero cuando las ponemos en un medio que favorezcan la producción de pigmentos, se produce una cepa pigmentada.
- Vitaminas. Hay muchas bacterias que producen vitaminas, por eso es muy importante que tengamos a estas bacterias en la flora bacteriana, para que nos produzcan vitaminas) 5. CONDICIONES AMBIENTALES. Las condiciones ambientales que necesitan las bacterias van a ser:
- Agua, en mayor o menor cantidad, pero todas la van a necesitar.
- Oxígeno, y cuando hablamos de oxigeno hacemos una clasificación de las bacterias, dependiendo del tipo de respiración. Así vamos a tener: a. Bacterias aerobias estrictas. Son aquellas que van a necesitar como aceptor final de electrones el oxígeno, por lo que estas bacterias mueren en ausencia de oxígeno. b. Anaerobias estrictas, son aquellas que tienen como aceptor final de electrones una sustancia o una molécula inorgánica, como SO4 o No3, por lo que estas bacterias mueren en presencia de oxígeno. Dentro de los anaerobios estrictos existen
- Las bacterias anaerobias aerotolerantes, las cuales van a soportar durante un espacio corto de tiempo la presencia de oxígeno. Un ejemplo de estas bacterias son los clostridium, la mayoría de los cuales se caracterizan porque casi todos van a ser aerotolerantes.
- Las bacterias aerobias y anaerobias facultativas. Estas pueden vivir en presencia y en ausencia de oxígeno, es decir, se adaptan a lo que haya. La mayoría de las bacterias son aerobias y anaeróbias facultativas. Ellas prefieren oxígeno y van a vivir mucho mejor con oxígeno, pero en un momento en el que no lo tienen se adaptan.
- Anhídrido carbónico. Éste lo necesitan todas las bacterias. Hablamos de bacterias microaerófilas cuando la cantidad de anhídrido que necesitan es alta. Estas bacterias además van a tener una respiración microaerófila, es decir, van a necesitar una concentración de anhídrido carbónico que oscila alrededor del 10 %.Unas van a necesitar un 8 % y otras un 13 %. Un ejemplo de ello es la meningitis meningocócica.
TEMA 3:FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA
Para comprender los fenómenos de transferencia, en primer lugar tendremos que tener en cuenta en concepto de variación genética. Las variaciones genéticas son cambios que se van a producir en el ADN de una bacteria. Lógicamente si hay un cambio en el ADN de una bacteria, la información genética de esa bacteria cambia. Esos mecanismos por los cuales puede cambiar la información genética de esta bacteria pueden ser:
- Mutación, hablamos de cambios espontáneos o inducidos que se producen en el ácido nucleico de una bacteria.
- Fenómenos de transferencia, los cuales van a ser mecanismos que hacen cambiar la información por adquisición de ADN bacteriano o viral. Es muy importante tener en cuenta que en los fenómenos de transferencia se va a producir una recombinación genética. No podemos confundir mutación y recombinación genética. Por ejemplo, cuando hablamos de pandemia de gripe, esta gripe se produce cada varios años, por lo que hablamos de recombinación genética(fenómeno de transferencia entre varios virus de la gripe, y resulta que varios virus de la gripe se han introducido en un hospedador). Sin embargo, la virus que se produce todos los años es la gripe epidémica, y ésta lo que hace es mutar, es decir, esa mutación es producida por el mismo virus que produce cambios. FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA Los fenómenos de transferencia van a ser de 3 tipos:
- Fenómenos de transformación. Se llaman fenómenos de transformación cuando una bacteria toma fragmentos de DNA de otra bacteria que se ha lisado(fragmentado).
- Fenómenos de transducción. Se produce cuando el material genético, DNA, se transfiere de una bacteria a otra mediante un bacteriófago que lo vehiculiza.
- Conjugación. Es el paso de DNA de una bacteria a otra por contacto. 1. FENÓMENOS DE TRANSFORMACIÓN. Es el paso de DNA de una bacteria a otra por lisis de la segunda bacteria, es decir, un trozito de una bacteria va a pasar de una bacteria a otra. Pero para que esto suceda la bacteria se ha tenido que romper. Tenemos una primera bacteria, que por la circunstancia que sea se rompe, y al lisarse se ha roto también su ácido nucleico y lo tenemos fragmentado. Cuando esa
primera bacteria se ha roto y los trocitos de ácido nucleico están el medio, puede suceder(o no) que un trocito de ácido nucleico se va a introducir en una segunda bacteria y al introducirse en una segunda bacteria, además de entrar, se incorpora al ácido nucleico de esa segunda bacteria. Por tanto, vamos a tener una segunda bacteria cuyo mensaje genético ha cambiado. Así, solo en algunas bacterias su mensaje genético puede ser transformado, y se denominan bacterias competentes. Esto lo puso en evidencia un señor, Griffith, mediante un experimiento. Este señor trabajó con una serie de ratones de laboratorio y le inoculó intraperitonealmente neumococos SIII vivos. Esto significa que le introdujo neumococos en fase lisa, tipo 3, que estaban vivos. Cuando están en fase lisa, presenta cápsula, y cuando está en fase 3, tiene un gran tamaño. El resultado fue que todos los ratones murieron. Posteriormente, cogió a otro grupo y le introdujo los mismos neumococos pero muertos, y los ratones vivieron. Más tarde le introdujo neumococos en fase R, en fase rugosa, lo que quiere decir que estos neumococos han perdido la cápsula. Si han perdido la cápsula pierden virulencia, y el resultado fue que los animales no murieron. Por último introdujo neumococos en fase rugosa vivos más neumococos en fase lisa muertos, y el resultado fue que los animales murieron.
van a intentar parasitar otras bacterias y hacer lo mismo con otras bacterias. Luego inmediatamente se van a ir a buscar otras bacterias. El virus con el trocito de bacteria va a llegar a otra bacteria. En esta bacteria vuelve a suceder el mismo proceso, y cuando inyecta el ácido nucleico ha introducido el trocito de ácido nucleico de la bacteria. Entonces, inmediatamente, el trocito de ácido nucleico de la primera bacteria se va a introducir en el ácido nucleico de la segunda bacteria. A partir de aquí va a suceder el mismo proceso. 2.2. FENOMENO DE TRANSDUCCIÓN ESPECIALIZADO. Es menos común, casi siempre ocurre el generalizado. El fundamento de este fenómeno es que ocurre un ciclo lisogenizado. Cuando hablamos de ciclo lisogenizado. En él, el ácido nucleico que introdujo el virus se incorpora al cromosoma de la bacteria y se queda incorporado como profago. A continuación, el virus penetra en una bacteria inyectando su ácido nucleico y da la casualidad de que el ADN del virus se incorpora al cromosoma de la bacteria, formándose una especie de bucle o de circunferencia. Al incorporarse lo va a hacer en una zona determinada del cromosoma bacteriano. Se puede quedar en esta zona y no producirse nada más, pero como
estamos hablando de un fenómeno de transferencia, tendrá que suceder algo más. Lo que sucede es que cuando se ha incorporado resulta que este profago decide marcharse, multiplicarse y marcharse y para ello tiene que marcharse del cromosoma de la bacteria, y cuando el profago se separa del cromosoma de la bacteria se va a llevar un gen que pertenece a la bacteria, llamado gen GAL. En definitiva se ha llevado un trocito de cromosoma de la bacteria. Una vez que éste sale se incorporará a la cápside de éste al virus, sale de la bacteria y se introduce en otra bacteria, y va a hacer lo mismo, incorporándose al cromosoma de la segunda bacteria. Entonces, puede suceder que este trocito de la primera bacteria lo deje incorporado en la segunda bacteria. Si lo deja incorporado en la segunda bacteria, el nivel de información de esta segunda bacteria cambia. Esto es lo que se denomina proceso de transferencia , y se produce en sólo algunos virus, como los virus LANDA. 2.3.FENÓMENO DE CONJUGACIÓN: TERCER FENÓMENO DE TRANSFERENCIA. Hasta hace poco tiempo se pensaba que el fenómeno de conjugación bacteriana solo se producía en los GRAM negativos, y que en los cocos no se podía producir. Actualmente se sabe que esto no es verdad. Existe dentro del fenómeno de conjugación el que se produce en los bacilos GRAM negativos y el que se produce en los cocos. Cuando hablamos del fenómeno de conjugación de los bacilos de los GRAM negativos , hablamos de que el bacilo está llevando un plásmido transmisible, es decir, un plásmido que induce su propia transferencia. Aquí se produce un fenómeno de conjugación. Tenemos un bacilo que está portando un plásmido transmisible, que induce la formación de un pilis sexual y este pilis se introduce en una segunda bacteria que estaba cerca de ella. La inducción del pilis sexual la va a producir el plásmido transmisible, cuando se ha inducido esta formación del pilis el plásmido se va a acercar al pilis y en un punto predeterminado cercano al pilis inicia el desdoble de su cadena, es decir, separa las dos cadenas, y una de ellas va a penetrar por el pilis sexual a la segunda
