¡Descarga Microbiologia b y más Apuntes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
Microbiologia bloc B:
(20/02/12)
Els microorganismes tenen unes estructures tant petites que per estudiar-los necessitem obtenir poblacions. Per realitzar les poblacions necessitem aconseguir el millor habitat per a la seva proliferació, amb les millors condicions. L’habitat, ha de contenir nutrients (essencials i útils) i aigua, indispensable ja que les cèl·lules són un 80-90% d’aigua. També es necessiten un pes important de macronutrients (C, O, H, N, P, S, K, Mg, Ca, Fe) ja que formen el 95% del pes sec, en canvi, es necessiten poques quantitats de micronutrients (Mn, Zn, Co, Mg, Ni, Cu), ja continguts en l’aigua que utilitzem en el laboratori.
Nutrients:
El carboni C és una de les fonts d’energia principals. Depenent de la font de carboni que utilitzin els microorganismes, diferenciem entre els autòtrofs i els heteròtrofs. Dins d’aquest últim grup, trobem organismes que poden utilitzar diferents compostos orgànics reduïts per extreure’n el C, en canvi, els autòtrofs extreuen el carboni únicament de CO2.
En el cas del nitrogen N i el Sofre S, els organismes poden captar aquests nutrients a partir de compostos inorgànics que contenen nitrats i sulfats (si es que el microorganisme els pot reduir), o ja subministrar-los reduïts. També, mitjançant alguns aminoàcids o proteïnes (compostos orgànics) poden extreure’n el N i el S, tot i que en molts casos, són molècules massa complexes per degradar-les, sobretot les proteïnes, que les subministrarem en forma de peptones. Hi ha alguns bacteris (poc habitual), que fixen el N2, necessitaran una aportació més gran. El N i el S es troben en les cèl·lules dels microorganismes en forma de – NH2 i – SH.
Factors de creixement:
La majoria de microorganismes ja poden funcionar amb aquests tres elements essencials (C, N i S), però hi ha alguns microorganismes que necessiten la incorporació de factors de creixement (substancia orgànica que el microorganisme no pot sintetitzar) per a poder créixer. Aquests factors no són sintetitzats per ells i cal que se’ls subministri, ja que en la natura ja li serien aportats per el medi on visquessin. Alguns tipus de Factors de creixement són:
- Aminoàcids (síntesi de proteïnes)
- Purines i pirimidines (síntesi d’acids nucleics)
- Vitamines (grups prostètics o centres actius d’enxims)
- Altres: àcids grassos (bacteris del rumen), ...
Un microorganisme és auxòtrof per un determinat component, si no pot sintetitzar-lo i li hem de afegir. En cas contrari, parlem de microorganismes protòtrofs.
Paper de l’oxigen molecular:
- Els organismes que necessiten oxigen poden ser: o Aeròbics estrictes: necessita viure en un medi on hi hagi presencia d’oxigen obligada. Sense oxigen no poden viure.
- Organismes que no necessiten oxigen:
o Anaerobis estricte o obligat: en presencia d’oxigen no poden viure ja que els hi resulta tòxic. o Anaerobis facultatiu: poden viure amb oxigen o sense, en cas que n’hi hagi, l’utilitzaran, sinó, no. o Anaerobis aerotolerants: no utilitzen l’oxigen per viure, però poden viure en presencia d’aquest, ja que no els hi resulta tòxic. o Microaeròfils: viuen en zones on hi ha molt poca presencia d’oxigen. Si aquest supera el 20%, els resulta tòxic i moriran (per fer-nos una idea, en l’aire que respirem, hi ha un 19-21% d’oxigen).
Depenent de la tolerància dels bacteris envers l’oxigen, haurem de utilitzar uns protocols diferents. Per aquest mateix motiu, segons la tolerància dels microorganismes envers de l’oxigen, es redistribuiran diferent en els cultius. Per facilitar aquesta manipulació, hi ha un medi de cultiu anomenat Brou tioglicòlat amb indicador (blau de metilè) que ens indica les zones més riques en O2.
Hi ha diferents categories nutricionals segons la font que utilitzin per la energia:
- Quimiòtrofs (reaccions químiques a partir de compostos orgànics o inorgànics)
- Fotòtrofs (llum)
Segons la font d’electrons: Es refereix a els compostos donadors d’electrons que s’utilitzaran a la biosíntesi (per exemple, en forma de NADH o NADPH). Un organisme es denomina organòtrof quan utilitza compostos orgànics com a font de electrons, mentre que es denomina litòtrof quan utilitza compostos inorgànics. Els organismes organòtrofs son normalment també heteròtrofs, i així utilitzen compostos orgànics com a font d’electrons i el carboni al mateix temps. De forma semblant, els organismes litòtrofs són normalment també autòtrofs, amb fonts inorgàniques de electrons i diòxid de carboni com a font inorgànica del carboni.
D’aquí n’extraiem els diferents tipus nutricionals de microorganismes. Els principals són:
A mesura que a l’aigua hi afegim solut, la quantitat de activitat d’aigua disminueix, ja que deixa de ser disponible. Els substrats que tinguin menys de un 0,6 d’activitat d’aigua, no hi podran créixer microorganismes.
Un microorganisme xeròfils és un microorganisme que creix en ambients molt secs. Si utilitzem el terme de xerotolerants, ens referim a microorganismes capaços de sobreviure en ambients secs, tot i que necessiten més activitat d’aigua. o Tolerància osmòtica i aw: A mesura que augmentem la pressió osmòtica (sucre, sal...), estem disminuint l’activitat d’aigua. Si la P. Osmòtica externa és superior a la P. Interna → Sortirà aigua de les cèl·lules. Els organismes osmofils o osmotolerants si viuen, o poden viure en ambients amb concentracions elevades de sucre. En termes de sal, parlem d’halòfils o halotolerants (poden créixer en concentracions relativament elevades de NaCl, però no el necessiten).
Exemple: en l’aigua de mar habitual, hi ha un 3 – 3,5% de sal. Parlem d’halòfils moderats (1-15%) o extrems (15-30%).
(21/02/2012)
Medis de cultiu (Annex IV, pràctiques):
Conjunt de nutrients que intentem seleccionar perquè un microorganisme pugui créixer. Substancies que permeten el creixement dels microorganismes en el laboratori, en una concentració adequada. Principalment necessitem font de carboni, font de nitrogen, factors de creixement (en cas que siguin necessaris), sals inorgàniques i sobretot aigua. Hi ha molts tipus de medis de cultiu, ja que cada microorganisme necessita un medi determinat.
Els medis de cultiu, es poden classificar segons:
- Estat físic: quan creix en un medi líquid, es crea un medi tèrbol. En un medi sòlid, en canvi, cada bacteri origina una colònia o, més característic de la microbiologia, UFC (unitats formadores de colònies). Poden ser líquids, sòlids o semisòlids.
- Composició química i aplicació o utilització poden ser generals, generals, enriquits, d’enriquiment, selectius i diferencials.
- Consistència poden ser definits (sintètics) o indefinits (complexes).
Tècniques d’aïllament dels microorganismes : es tracta de separar un microorganisme d’una població mixta. Si volem aïllar uns organismes d’un líquid (primordialment), cal realitzar una tinció de gram (per tenir una idea del que tenim, en diversitat i abundància). Posteriorment cal fer una sembra per esgotament, passant una gota en un ordre determinat i en un sentit establert, amb l’objectiu de crear colònies diferents. Si posem aquesta temperatura a una temperatura adequada i un temps determinat, ens trobarem amb una situació així:
Obtenint colònies separades de microorganismes diferents. Cal determinar les diferents colònies trobades per tal de saber els microorganismes que hi havia a la mostra. El quart pas, fer una tinció de gram a mitja colònia (perquè no mori). Amb l’altre meitat, s’intenta aïllar en un tub. Si hem fet aquest procés correctament, un cop incubat, tindrem un tub per a cada microorganisme existent. Per comprovar que ho hem fet be, cal realitzar una altre tinció (hauria de ser axènic). L’últim pas seria identificar quin microorganisme és.
La incubació es realitza en una estufa, on fixem una temperatura determinada. Alguns microorganismes creixen millor en unes certes condicions de CO2 (5%). En el primer aïllament, creixen millor en un 5% de CO2 (estufes de CO2). Pels microorganismes anaerobis hi ha altres sistemes de incubació:
- Omplir en tubs amb una capa d’agar o vaselina a la part superior perquè no entri res d’oxigen.
- Afegir en el cultiu una substancia que redueixi l’oxigen, que s’encarreguin d’eliminar l’O2, transformant-lo en aigua.
- Utilitzar un espai on s’ha eliminat tot l’oxigen i s’ha fet el buit. S’anomenen estufes d’anaerobiosis.
- Utilitzar unes gerres d’anaerobis o gerres Gaspask, uns cilindres on s’aconsegueixen condicions d’anaerobiosis en el seu interior. Aquest sistema tanca hermèticament i es fa reaccionar l’oxigen amb l’hidrogen (que prové d’un sobre en el que afegint-li aigua, es forma hidrogen), transformant-se en aigua. Per tal de saber si hi ha oxigen en aquest medi, es col·loca una cinta marcadora.
En el cas dels microaeròfils hi ha sistemes semblants, però amb característiques més pròpies. Deixant una petita concentració de oxigen.
Conservació dels microorganismes :
- Anar creant noves colònies que poden durar fins a 2-3 mesos. Això no és un bon mètode ja que s’ha d’estar constantment treballant-hi.
- Congelació amb algun crioprotector.
- Liofilització: és el resultat de congelar i deshidratar un cultiu per sublimació, en el buit.
- Amb nitrogen líquid.
Cada sistema té el seu sistema de regeneració, ja que si no revifis , no ha servit per res aquesta conservació. Arreu del mon existeixen col·leccions de cultius, on hi ha conservats moltes quantitats de microorganismes. La col·lecció és important per tal de globalitzar i facilitar la informació arreu.
L’element comú entra les dues membranes és principalment el peptidglicà, conegut també com a mureina. Està format per dos aminosucres acetilats (àcid N-acetilmuramic i N-acetilglucosamina). En el peptidglicà i trobem intercalats les molècules de NAM i NAG, i a la cadena de NAM i trobem una cadena que penja de normalment 4 aminoàcids. Aquesta molècula forma una malla en les membranes, donant-li rigidesa, per això, les cadenes de aminoàcids s’uneixin a altres cadenes peptídiques
de la cadena lateral de maneres diferents:
- De manera directe (unions químiques directes entre el radical – COOH i el radical -NH2 (amino).
- Amb un grup de 5 glicines, que formen un punt de unió (manera indirecta).
Gram positiu:
En els bacteris gram positius trobem una membrana de peptidglicà molt gruixuda i per sota i trobem la membrana citoplasmàtica i el citoplasma. Hi ha una sèrie de molècules superficials, anomenades àcids teïcoics. Estan unides fortament amb enllaços covalents al peptidglicà i estan formades de ribitol i glicerol + P. La seva funció és donar carrega negativa i per tant, poden controlar el pas de molècules iòniques. Són les parts més exteriors/superficials de la cèl·lula i per això reben el nom de antígens de superfície o antígens de paret. Els grams positius tenen també unes altres molècules que també es troben en el peptidglicà però es troben units a la membrana citoplasmàtica.
Alguns bacteris gram positius, de la família Mycobacterium, tenen gran quantitat de àcids grassos anomenats àcids micoics en el seu pèptid glicà
Gram negatiu:
Hi ha moltes capes entre el citoplasma i l’exterior de la cèl·lula. El peptidglicà és molt més estret que als gram positius i el nombre d’entrecreuaments entre les cadenes es molt més baix comparat amb el peptidglicà dels gram positius. Exteriorment està rodejada per una membrana externa unida al peptidoglicà mitjançant lipoproteïnes. Aquesta membrana externa és de doble capa (bicapa), la interna és principalment de fosfolípids (molt semblant a la membrana citoplasmàtica), però l’externa està formada per lipopolisacàrids.
Els lipopolisacarids estan formats per tres parts:
- Lípid A: és la regió més regió hidròfoba i per això és la unida a la membrana, té una acció tòxica per a la cèl·lula.
- Nucli central formada per diferents polisacàrids (alguns molt poc usuals)
- Cadena hidròfila molt més llarga que la part central. Té una sèrie de sucres formant llargues cadenes. És la part més externa de la paret dels bacteris gram negatiu i per això té un comportament semblant a la dels antígens.
Aquesta membrana externa proporciona més resistència a els lisozims, ja que aquests s’encarreguen de trencar els enllaços entre les unions NAM-NAG. Com que els gram negatius tenen una paret extra, seran més resistents. També li proporciona més resistència envers la penicil·lina, la qual inhibeix la síntesi de peptidglicà. A més, deixa passar nutrients a través d’uns canals, és a dir, no impedeix el pas de nutrients.
Excepcions: Hi ha un grup de bacteris que no tenen paret cel·lular i s’anomenen protoplasts de vida lliure. Aquest fet implica la necessitat d’algun element que els doni resistència, una membrana cel·lular molt resistent (rica en esterols). Encara
Estructures internes:
Membrana citoplasmàtica: és essencial ja que és indispensable per el microorganisme ja que la necessita per sobreviure. Es troba per sota de la paret cel·lular i es qui fa de barrera amb l’exterior i envolta tot el citoplasma. És la encarregada de mantenir la concentracions de solut més altes que a l’exterior.
La membrana està formada per una bicapa de fosfolípids (20-30% del pes sec de la membrana) que tenen una regió polar (orientada cap a l’exterior de la bicapa) i apolar (orientada cap a l’interior de la bicapa) i proteïnes de membrana. Les proteïnes de membrana plasmàtica formen més del 50% del pes sec de la cèl•lula. Es troben intercalades entre els fosfolípids de la membrana plasmàtica. Hi ha 3 classes de proteïnes de membrana:
Permeases: proteïnes transportadores. Enzims biosintètics: síntesis de lípids, peptidglicans …) Enzims de producció de ATP.
La membrana plasmàtica no conté esterol excepte en el gènere de micoplasma
Transport de nutrients
- difusió simple: és el mecanisme més senzill. No requereix cap enzim ni consum d’energia. Sempre es a favor de gradient i sense elecció de partícules.
- difusió facilitada: (no és gaire freqüent) és un mecanisme específic, ja que requereix la presencia de proteïnes de transport. Les permeases permeten el pas de substàncies hidròfiles a través de la membrana plasmàtica, sempre és a favor de gradient.
- transport actiu: mecanisme específic que té lloc gràcies a proteïnes especialitzades i específiques: permeases, per cada solut. Es dona a contra gradient i necessita energia.
- translocació de grup: és un mecanisme exclusiu dels procariotes. Consisteix en la modificació de la substància que es transporta a mida que va entrant a la cèl·lula, així un cop està a dins ja no pot tornar a sortir. Les proteïnes que s’encarreguen d’aquest transport consumeixen poca energia I tenen activitat catalèptica. Aquest mecanisme no es produeix ni a favor ni en contra de gradient perquè al canviar el substrat ja no hi ha gradient de concentracions.
Exemple: sistema de la fosfotransferasa. El donador del grup fosfat és el fosfoenol-piruvat que mitjançant dos enzims (E1 i HPR, dos enzims inespecífics) donaran el grup fosfat a una sèrie d’enzims, en aquest cas, específics fins al component que passi per aquesta proteïna transportadora de membrana (Mantiol → Mantiol 1P).
Mesosomes : invaginacions o replegaments de la membrana cel·lular. Es troben propers al lloc de divisió cel·lular i intervenen en la formació del septe transversal, tot i que aquesta teoria no és segura, també es pensa que podria ser fruit de la manipulació de mostres o que tenen algun paper a la replicació del cromosoma.
Regió nuclear o Nucleoide : al no haver-hi membrana nuclear, no podem parlar de nucli, però si de nucleoide. Aquí és on es troba el DNA, molt replegat i en una sola molècula circular.
Citoplasma bacterià (excloent la regió nuclear):
- Ribosomes: tenen aproximadament un 60% de RNA i un 40% de proteïnes. Tenen una constant de sedimentació de 70S (mentre que en els eucariotes és de 80S), però està formada per una regió de 30S i una de 50S. La petita formada per una molècula de RNA i 21 proteïnes i la gran de dues molècules de RNA i 34 proteïnes. Els ribosomes es troben dispersos dins el citoplasma i poden produir agregats (poliribosomes).
- Cossos d’inclusió: Orgànics: com el glucogen i el PHB (àcid poli β-hidroxibutíric, exclusiu dels procariotes), que serveixen com a material de reserva de Carboni i energia per al bacteri. Inorgànics: Grànuls de polifosfat (metacromàtics o voltina): apareixen en el moment de dèficit de sulfats. Són polímers lineals de fosfat. Quan es tenyeixen amb components de color blau, es veuen de color vermell. Inclusions de sofre: només es poden observar en bacteris que utilitzen sulfurs o sulfhídric.
- Dins el citoplasma trobem també molts components inorgànics, com:
vesícula de gas: està present en microorganismes aquàtics (bacteris vermells i verds). Estan formades per aire rodejat de proteïnes i serveix per flotar. Quan hi ha canvi de pressió hidrostàtica, les vacuoles col·lapsen i els bacteris sedimenten. carboxisomes: o cossos polièdrics. Contenen l’enzim ribulosa-difosfat- carbosilasa que fixa CO2, presents en bacteris autòtrofs. clorosomes: vesícules amb pigments fotosintètics que solen estar sota la membrana plasmática. Només estan en un grup de procariotes fotosintètics (bacteris verds). magnetoosomes: presents en microorganismes aquàtics (bacteris magnetotàctics). Contenen cristalls de magnetita. Tenen una membrana complexa formada per proteïnes, fosfolípids i glicoproteïnes.
Els flagels creixen sempre per la part apical.
Moviment dels flagels: tenen moviments de rotació però no tenen res a veure amb els flagels que tenen les cèl·lules eucariotes. És una estructura semirígida que gira en sentit horari o antihorari. El que realment determina la força del flagel (motor) es troba en el cos bassal i concretament en els anells interns. Les proteïnes FLI, són responsables del sentit del moviment, i les proteïnes MOT d’aconseguir l’energia a través d’un gradient de protons.
- Quan el flagel es mou en sentit antihorari, el flagel avançarà amb un moviment de carrera, en línia recte.
- Si giren en sentit horari, el bacteri dona una “tombarella” i canvia de direcció. Les encarregades d’aquest canvi de sentit de rotació, són les proteïnes FLI.
Els bacteris, però, es mouen a l’atzar. S’ha vist, que els bacteris són capaços de respondre a canvis del medi, canviant el seu moviment quan reben algun estímul. Això s’anomena moviments tàctics i poden venir donats per:
o Quimiotàctics: els bacteris són capaços de detectar gradients químics i situar-se en les zones on la concentració d’aquest component és optima. Pot ser que les substancies siguin, substancies atraients, Substancies repel·lents o Substancies que no intervenen. Això passa perquè en les membranes del bacteri hi ha una sèrie de receptors que detecten el gradient.
o Aerotactisme: segons el tipus de bacteri, voldran més oxigen o menys. Llavors trobem que hi ha els aerobis, els microaeròfils i els anaerobis. Segons aquesta característica es situaran en una zona diferent del portaobjectes.
o Fototactisme: en bacteris fotoautòtrofs s’ha vist que també es guien per la llum. No és que la llum els atragui però al moure’s a l’atzar, si entren dins la zona on hi ha llum, ja no es mouran més.
Moviment per espiroquetes:
Les espiroquetes són bacteris Gram negatius prims i helicoïdals amb membrana externa (beina flexible) que envolta el cilindre protoplasmàtic (membrana externa + proteoglicans). Al voltant del protoplasma, per sota la membrana externa, tenen el filament axial que és el conjunt de flagels periplasmàtics – fibres axials o endoflagels-. Es troba a l’espai periplasmàtic. Cadascun dels flagels periplasmàtics, fibres axials o endoflagels està unit a un dels pols de la cèl·lula. Per un extrem = porus d’inserció, que té una ultraestructura similar als flagels. L’altre extrem queda lliure.
Tipus de moviment de les espiroquetes:
- Translacions: són moviments més lents.
- Rotacions: girs al voltant del seu eix longitudinal.
- Flexions: moviments semblants al dels cucs.
- Lliscament: moviment en superfícies sòlides (només bacteris gram negatiu).
Endòspores bacterianes:
Són sempre endòspores, que es formen dins la cèl·lula i per tant, també es poden anomenar espores. Es troba en alguns bacteris gram positius i la seva funció és de resistència, no tenen cap funció metabòlica. La funció és per aguantar en un medi de condicions extremes durant molt de temps, fins que les condicions canvien. Per aquest motiu és molt difícil esterilitzar algun material, ja que aquests bacteris oposen molta resistència.
Tenen una elevada refrigerància (millor de camp fosc) i en una tinció, queden violetes, ja que són gram positius, tot i que les espores són impermeables als colorants que utilitzem i queden
Genètica i mecanismes de regulació
Les endòspores poden viure fins 10.000 anys. El procés d’esporulació està regulat genèticament. A la regulació genètica de l’esporulació intervenen almenys 50 gens. Es tracta d’un procés seqüencial (un pas darrera l’altre). Es pot induir experimentalment inhibint la repressió enzimàtica, per exemple canviant de nutrients. El procés és reversible fins l’aparició de la preendòspora.
El pas per tornar a cèl·lula vegetativa es divideix en tres fases seqüencials. El bacteri necessita recuperar els nutrients, activar els cicles, recuperar la paret cel·lular...
- Activació: una senyal fa que la cèl es prepari per la germinació. És l’únic pas que és reversible. Pot ser espontani o provocat per tractament d’activació (per exemple: un xoc tèrmic) i incubació en un ambient favorable.
- Germinació: pèrdua irreversible de les propietats de l’espora. Depèn de les condicions. L’endòspora pateix uns canvis, perd la resistència al calor, perd la resistència a l’acció de substàncies tòxiques, alliberació al medi d’àcid dipicolínic i calci, augment de la capacitat de tinció, augment de la captació d’aigua, K+, i Mg+2: disminució de la refringència i inicia l’activació metabòlica
- Creixement: l’espora ja es transforma en una cèl·lula vegetativa i necessita sintetitzar la paret cel·lular i créixer.
Les cobertes que englobaven aquesta espora es desintegraran.
Característiques dels bacteris formadors d’endospores
Sintetitzen substàncies tòxiques o Pels insectes (insecticides biològics: Bacillus thuringiensis ) o Per l’home i animals: toxines proteiques: clostridium tetani, C. botulinum, B. anthracis… o Per altres microorganismes: antibiòtics (pèptids) Edeines: inhibeixen la síntesi del DNA Bacitracines: inhibeixen la síntesi de la paret cel·lular Gramicidina, polimixina, tirocidina: alteren la mb. Cel·lular
Ecologia dels bacteris formadors d’endospores
- Ubics, però amb un hàbitat comú: el terra
- En un mateix hàbitat es troben les endòspores, les cèl·lules vegetatives o les dues formes.
- Els gèneres més importants són: bacillus i Clostridiu
