Microbiologia General, Apuntes de Microbiología

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• 2 TEMA 1: INTRODUCCIÓN AL MUNDO MICROBIANO..............................................................................................................................
• 1 1. ¿Qué es un microorganismo (= microbio)?.....................................................................................................................................................
• 2 2. ¿Quiénes son los microorganismos?.....................................................................................................................................................
• 3 Situación filogenética.....................................................................................................................................................
• 4 Son muy pequeños.....................................................................................................................................................
• 5 Versátiles metabólicamente diversos fisiológicamente..............................................................................................................................................
• 6 Crecen, se adaptan y tienen éxito.....................................................................................................................................................
• 7 ¿Son muy numerosos?.....................................................................................................................................................
• 8 Son diversos y ubicuos.....................................................................................................................................................
• 9 Transforman la Tierra y son imprescindibles para la vida..........................................................................................................................................
• 10 Microorganismos buenos y malos.....................................................................................................................................................
• 11 Aspectos históricos relevantes.....................................................................................................................................................
• 11.1 TEMA 2. MICROORGANISMOS PROCARIOTAS: MORFOLOGÍA, PARED, APÉNDICES......................................................................
• 12 1. Tamaño de los procariotas: dimensiones.....................................................................................................................................................
• 13 2. Tipos morfológicos de los procariotas unicelulares...............................................................................................................................................
• 14 3. Componentes estructurales de los procariotas.....................................................................................................................................................
• 15 4. Glucocalix.....................................................................................................................................................
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• 16 5. Pared celular de procariotas.....................................................................................................................................................
• 17 6. Apéndices filamentosos.....................................................................................................................................................
• 18 7. El flagelo procariota.....................................................................................................................................................
• 18.1 TEMA 3: MICROORGANISMOS PROCARIOTAS: LA MEMBRANA PLASMÁTICA.................................................................................
• 19 1. Composición y estructura en bacterias y arqueas..................................................................................................................................................
• 20 2. Barrera selectiva.....................................................................................................................................................
• 21 3. Mecanismos de transporte.....................................................................................................................................................
• 22 Funciones de la membrana.....................................................................................................................................................
• 22.1 TEMA 4: EL PROTOPLASMA DE LOS PROCARIOTAS............................................................................................................................
• 23 1. Introducción: Componentes (im)prescindibles.....................................................................................................................................................
• 24 2. Material genético: nucleoide y plásmidos.....................................................................................................................................................
• 25 3. Ribosomas.....................................................................................................................................................
• 25.1 TEMA 5: DIVERSIDAD NUTRICIONAL EN PROCARIOTAS......................................................................................................................
• 26 1. Introducción.....................................................................................................................................................
• 27 2. Elementos esenciales para la nutrición.....................................................................................................................................................
• 28 3. Categorías nutricionales.....................................................................................................................................................
• 29 Relación con el oxígeno molecular.....................................................................................................................................................
• 29.1 TEMA 6: INTRODUCCIÓN AL METABOLISMOS MICROBIANO..............................................................................................................
• 30 1. Esquema general y tipos de reacción.....................................................................................................................................................
• 31 Reacciones de oxido-reducción.....................................................................................................................................................
• 32 Transportadores de e-.....................................................................................................................................................
• 33 4. Metabolitos precursores (13 moléculas).....................................................................................................................................................
• 33.1 TEMA 7: QUIMIOORGANOTROFÍA I.....................................................................................................................................................
• 34 1. Introducción.....................................................................................................................................................
• 35 2. Metabolismo central.....................................................................................................................................................
• 36 3. Reacciones anapleróticas.....................................................................................................................................................
• 37 4. Esquema general de la respiración con O2.....................................................................................................................................................
• 38 Balance. Energía poder reductor y precursores.....................................................................................................................................................
• 39 Características generales de la respiración anaerobia...............................................................................................................................................
• 40 Respiración anaerobia con nitrato y desnitrificación..................................................................................................................................................
• 41 Respiración anaerobia con compuestos del azufre y CO2.........................................................................................................................................
• 41.1 TEMA 8: QUIMIOORGANOTROFÍA II.....................................................................................................................................................
• 42 Concepto de fermentación.....................................................................................................................................................
• 43 Tipos.....................................................................................................................................................
• 44 Fermentación alcohólica de levaduras.....................................................................................................................................................
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• 45 Fermentacion láctica.....................................................................................................................................................
• 46 Otras fermentaciones.....................................................................................................................................................
• 47 Utilización de hidrocarburos.....................................................................................................................................................
• 47.1 TEMA 9: QUIMIOLITOTROFÍA Y FOTOTROFÍA.........................................................................................................................................
• 48 1. Introducción a la quimiolitotrofía.....................................................................................................................................................
• 49 2. Energía, poder reductor y precursores.....................................................................................................................................................
• 50 3. Tipos.....................................................................................................................................................
• 51 4. Concepto de fototrofía y fotosíntesis.....................................................................................................................................................
• 52 Fotosíntesis bacteriana.....................................................................................................................................................
• 52.1 TEMA 10: ASIMILACION DE NITRÓGENO, AZUFRE Y FÓSFORO INORGÁNICOS...............................................................................
• 53 2. Asimilación del nitrógeno inorgánico.....................................................................................................................................................
• 54 3. Asimilación del azufre.....................................................................................................................................................
• 55 4. Asimilación del fosfato.....................................................................................................................................................
• 55.1 TEMA 11: CRECIMIENTO EN CONDICIONES CONTROLADAS...............................................................................................................
• 56 Introducción.....................................................................................................................................................
• 57 Fase lag.....................................................................................................................................................
• 58 Fase exponencial.....................................................................................................................................................
• 59 Fase estacionaria.....................................................................................................................................................
• 60 Fase de muerte.....................................................................................................................................................
• 60.1 TEMA 12: CRECIMIENTO Y SUPERVIVENCIA EN LA NATURALEZA.....................................................................................................
• 61 Temperatura.....................................................................................................................................................
• 62 pH.....................................................................................................................................................
• 63 Actividad del agua y la presión osmótica.....................................................................................................................................................
• 64 Presión hidrostática.....................................................................................................................................................
• 65 Crecimiento en la naturaleza: biopelículas.....................................................................................................................................................
• 66 Estrategias de supervivencia de los microorganismos en condiciones de estrés. La endospora bacteriana.......................................................
• 67 Endosporas bacterianas.....................................................................................................................................................
• 67.1 HASTA AQUÍ.....................................................................................................................................................
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• 67.15 TEMA 13: CULTIVO Y CONTROL DE LOS MICROORGANISMOS...........................................................................................................
• 68 Medios de cultivo.....................................................................................................................................................
• 69 2. Condiciones de incubación.....................................................................................................................................................
• 70 3. Métodos de control.....................................................................................................................................................
• 71 TEMA 14:.....................................................................................................................................................
• 71.1 TEMA 15: TAXONOMÍA MICROBIANA.....................................................................................................................................................
• 72 1. Ordenación de los seres vivos. Taxonomía......................................................................................................................................................
• 73 Rango taxonómico: el concepto de especie.....................................................................................................................................................
• 74 Características de importancia taxonómica.....................................................................................................................................................
• 75 Sistemas de clasificación.....................................................................................................................................................
• 76 Estudios filogenéticos, los organismos primitivos y el origen de la vida.................................................................................................................
• 76.1 TEMA 16: ARQUEAS.....................................................................................................................................................
• 77 Dominio arquea.....................................................................................................................................................
• 78 Halófilas extremas. Halobacterium.....................................................................................................................................................
• 79 Metanogénicas. Methanobacterium.....................................................................................................................................................
• 80 4. Hipertermófilas. Pyrolobus.....................................................................................................................................................
• 80.1 TEMA 17: BACTERIAS FOTOTROFAS.....................................................................................................................................................
• 81 1. Características generales.....................................................................................................................................................
• 82 Bacterias fototrofas oxigénicas.....................................................................................................................................................
• 83 Bacterias fototrofas anoxigénicas.....................................................................................................................................................
• 83.1 TEMA 18: BACTERIAS GRAM - CON MORFOLOGÍA Y CICLOS DE VIDA ESPECIALES......................................................................
• 84 1. Bacterias espirales. Bdellovibrio.....................................................................................................................................................
• 85 Morfología espiral.....................................................................................................................................................
• 86 Bacterias con apéndices.....................................................................................................................................................
• como tallos y espinas...................................................................................................................................................... 87 Los apéndices pueden ser con citoplasma denominados prostecas, que pueden ser hifas y pedúnculos; y también pueden ser sin citoplasma,
• 88 Myxobacterias.....................................................................................................................................................
• 88.1 TEMA 19: PATOGENIA. INMUNIDAD. BACTERIAS DE INTERÉS SANITARIO.......................................................................................
• 89 Los microorganismos y las enfermedades infecciosas..............................................................................................................................................
• 90 Mecanismos de defensa del huésped.....................................................................................................................................................
• 91 Bacterias de interés sanitario.....................................................................................................................................................
• 91.1 TEMA 20: LOS MICROORGANISMO COMO HERRAMIENTAS PRODUCTIVAS.....................................................................................
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• 92 Introducción (cosa sosa que no hay que estudiar).....................................................................................................................................................
• 93 Utilización de microorganismos en procesos industriales.........................................................................................................................................
• 94 3. Principales productos industriales de origen microbiano......................................................................................................................................
• 94.3 TEMA 22: CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS VIRUS.................................................................................................................
• 95 Introducción.....................................................................................................................................................
• 96 Características generales de los virus.....................................................................................................................................................
• 97 Estructura de las partículas víricas.....................................................................................................................................................
• 98 Métodos de estudio de los virus.....................................................................................................................................................
• 98.1 TEMA 23: CICLOS DE MULTIPLICACIÓN DE LOS VIRUS.......................................................................................................................
• 99 Introducción.....................................................................................................................................................
• 100 Ciclo lítico.....................................................................................................................................................
• 101 Ciclo lisogénico.....................................................................................................................................................
• 102 Efecto de la infección virica sobre la célula huésped.................................................................................................................................................
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• 102.28 TEMA 24: DIVERSIDAD DE LOS VIRUS. OTROS AGENTES INFECCIOSOS SUBCELULARES...........................................................
• 103 1. Tipos de virus. Clasificación.....................................................................................................................................................
• 104 Virus de procariotas.....................................................................................................................................................
• 105 Virus de eucariotas.....................................................................................................................................................

• Algas microscópicas
• Fungi
• Hongos microscópicos

Los virus son microscópicos, pero… ¿Son organismos?

En un 1mL de agua marina hay alrededor de 10 millones de virus, la mayoría en estado latente, pues necesitan que se de una

infección sobre un ser vivo para realizar su ciclo. Si le pedimos que cumpla la unidad estructural, no es un ser vivo porque no es una

célula en sí. Tampoco cumple la unidad bioquímica. Se suele decir que han sido organismos que han entrado al parasitismo obligado,

que han llegado a un nivel de especialización máximo perdiendo su capacidad de autonomía. Son el modelo fantástico de parasitismo.

El virión llega un momento en que infecta al ser vivo y entra en la célula perdiendo su integridad celular, a partir de ahí utiliza la

maquinaria de la célula infectada para reproducir su arquitectura.

Están formados por proteínas y acido nucleico. No tienen estructura celular, necesitan de otra célula eucariota o procariota para

reproducirse: son parásitos obligados. Dentro del huésped pierden su integridad y reconstruyen muchas copias gracias a los materiales

del huésped. En el medio son inertes y no pueden reproducirse.

Situación filogenética

• La vida empezó con los microorganismos
• Fueron los únicos habitantes el 80% del tiempo de vida de la Tierra (3.200 ma)
• Los procariotas han estado solos 2.000 ma

Desde que surgió la vida en forma unicelular hace unos 400 mil millones de años, los procariotas han estado solos durante dos

mil millones de años. Han tenido una enorme cantidad de tiempo para evolucionar: para adquirir capacidades, para inventar mecanismos

a nivel molecular y para desarrollar estructuras. Al ir adquiriendo todos estos mecanismos han desarrollado la capacidad para colonizar

y adaptarse a diversos nichos y situaciones: viven a menos de 0ºC y a más de 100ºC, soportan el peso de 11Km de agua, viven en

ácidos a pH1…

Son los antecesores del resto de formas de vida, todos han surgido de sus progenitores, los procariotas. Dos grupos evolutivos

distintos: arqueas y bacterias. Las arqueas están mas próximas a eucariotas que a bacterias. Las bacterias y arqueas son muchísimo

mas diversas filogenéticamente que todos los eucariotas juntos. El término procariota no tiene significado filogenético.

Son muy pequeños

Las consecuencias de su pequeño tamaño son de enorme importancia:

1.- Relación superficie/volumen. Un organismo unicelular, cuanto mas pequeño es, mayor es su relación s/v. Un procariota tiene una

s/v 1.000 veces mayor que una célula animal. Cuanto mas pequeño mejor, será mucho mas competitivo. Pueden alcanzar velocidades

de crecimiento impensables para seres superiores como el humano. Están preparados para competir por recursos.

2.- Regulan mejor los procesos. Al no compartimentar tienen un uso más eficaz del espacio y de la energía, que se traduce en éxito.

El no tener la necesidad de compartimentar y usar todo mediante difusión, facilita mucho la base de su éxito a nivel de regulación de

procesos.

Versátiles metabólicamente diversos fisiológicamente

A nivel individual son muy versátiles: cambian con facilidad su metabolismo respondiendo a cambios en el medio ambiente. Los

cambios son rápidos. Ej: anaerobios facultativos. Gran capacidad para cambiar procesos metabólicos, de manera que juegan a dos

bandas.

Como conjunto, son diversos fisiológicamente. Encontramos todo tipo de formas de vida: unos viven como hongos, otros como

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incluso años.

2. Llevar una vida de “feast and famine”: ayuno y banquete. En la situación de ayuno hay que saber sobrevivir y, fugazmente, se pasa a

la situación de bonanza: nutrientes, temperatura, salinidad, condiciones medioambientales favorables. Como tienen un potencial para

crecer elevadísimo, explotan la situación favorable que puede ser de seg, min o muy pocas horas. Esta situación de bonanza hace que

los microorganismos crezcan rápidamente y se dispersen, pero también hace que otra vez desaparezcan los nutrientes. Se acaba la

bonanza y se vuelve a una situación de ayuno, debido también a un cambio ambiental

Los procariotas no necesitan crecer muy rápido para triunfar, sino que:

• Necesitan buenos mecanismos de adaptación.
• Necesitan cambiar rápido cuando el medio cambia.
• Lo han conseguido a lo largo de la evolución.

Mas importante que la capacidad de crecer rápido está la capacidad para adaptarse cambiando rápidamente. Es casi mas

importante sobrevivir en carestía que crecer en bonanza. Tenemos desde bacterias termófilas a bacterias que viven en salinas, en

hábitats muy duros, muy estresantes en los que no van a ser fácil para vivir. El estrés suele ir ligado a un cambio en el medio ambiente.

Podemos comparar el estrés de vivir en estos hábitats frente a un hábitat aparentemente mucho mas normal como puede ser la zona

intermareal. Si pensamos en el estrés real de estos dos tipos de hábitats, realmente el mas perjudicial, el que provoca un estrés mayor,

no es el que tiene una temperatura o salinidad elevada, sino el que está cambiando continuamente como el de la zona intermareal. Un

hábitat a 95ºC es un hábitat muy estable, siempre está a la misma temperatura, será duro pero estable. No es estrés auténtico, la

bacteria ha aprendido a vivir en estos hábitats. La zona intermareal si que es un hábitat estresante, pues va a pasar de estar cubierta a

descubierta de agua cambiando las concentraciones de oxígenos, de temperatura, etc.

Este hecho de responder de forma inmediata a los cambios es lo que caracteriza a los microorganismos. Son capaces de detectar

los cambios a nivel molecular en la membrana, poseen mecanismos sensores dando una respuesta a esos cambios a nivel de expresión

genética, fenotipo. Por ello pueden aguantar muy bien el estrés medioambiental.

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¿Son muy numerosos?

El total de procariotas que existen en el planeta es de 415-640x10 28 y un total de C de 353-546x10 15 gr. Los procariotas del suelo

poseen mas masa que los de hábitats acuáticos y hay muchos mas en el subsuelo oceánico y en el subsuelo terrestre que en los

hábitats acuáticos y en el suelo.

1. Suponen una enorme cantidad de seres vivos.

2. Suponen entre el 60-100% del C estimado para las plantas.

3. Casi duplican la cantidad de C en forma de seres vivos.

4. La biomasa procariota es unas 10 veces mas rica en N y P que los vegetales. Son un almacén de N y P.

La cifra de hábitats acuáticos se refieren a océano abierto, el resto no alteran esta cifra. Cabe destacar la importancia de los

subsuelos que poseen cifras mucho mayores que los suelos tanto oceánico como terrestre. El subsuelo oceánico se considera 10 cm

por debajo y el terrestre 8m. Dado que los hábitats tienen superficie y volumen diferente calculamos la densidad de la comunidad, es

decir cuantos hay por mL o gr.

• Agua marina
• Plataforma continental: 5x10 5 mL
• Agua oceánica entre 0 y 200m: 5x10^5 mL
• Agua oceánica entre 200m y el fondo: 5x10^4 mL

Son diversos y ubicuos

Teniendo en cuenta el numero de procariotas que sabemos que existen, ¿De qué número de especies estamos hablando?

1. Comparación entre especies descritas y estima superior: la diferencia mas notable la encontramos en procariotas: el análisis de la

diversidad procariota está aún comenzando, la causa de esto es un problema metodológico: la necesidad de un cultivo puro en

laboratorio. Para describir una especie hay que conseguirla en cultivo puro en laboratorio.

2. Hace unos 8 años la estima superior era de 1 millón de especies, sin embargo, hoy pensamos en 10 millones de especies…. ¿Qué

pensaremos dentro de 2 o 5 años? Se depende mucho en microbiología de la metodología. La biodiversidad está cambiando día a día.

3. La horquilla de la estima de procariotas es la más amplia de todos los grupos, indicando una inseguridad metodológica. Parece que la

realidad se acerca más al límite superior que al inferior

En animales y otros seres vivos el criterio para definir el concepto especie es la reproducción sexual con progenie fértil. En

microbiología, el concepto de especie no está definido. En procariotas, con reproducción asexual, el criterio para pertenecer a una

misma especie es compartir un nivel (elevado) de semejanza en el ácido nucleico. Normalmente, nos referimos al gen codificante de la

subunidad 16S del RNA ribosómico. Si el porcentaje de semejanzas es inferior al 97%, serán filotipos diferentes. No quiere decir que

por encima del 97% también lo sean. Cada vez estamos viendo que hay que exigir más, pues también existe una microbiodiversidad

dentro de la misa especie y, por lo tanto, la semejanza debe ser al 99,7%, y así sabremos que son filotipos diferentes. El criterio de los

procariotas es menos exigente, pues aplicado a los animales los orangutanes, gibones y humanos seríamos la misma especie. Este

criterio infraestima el número de especies en relación a otros organismos, probablemente esperaríamos muchas más especies.

Como consecuencia de todo lo anterior (ubicuidad, pequeño tamaño, versátiles, numerosos) han colonizado prácticamente

cualquier nicho biológico: son ubicuos, pueden vivir desde 4km bajo tierra a mas de 100ºC, a 8km de altura a bajo cero, a 77km en la

atmósfera, dentro del hielo marino, a 11km bajo el agua etc.

Transforman la Tierra y son imprescindibles para la vida

Para que se mantenga la vida en la Tierra, elementos esenciales como el C, O y N deben estar en equilibrio constante entre

consumo y producción. Este equilibrio está favorecido gracias a los microorganismos. La mitad del O 2 del aire es consecuencia de la

fotosíntesis microbiana, tanto como la mitad de la presión parcial del O 2 en la atmósfera. Si los microorganismos no degradaran el C, la

producción primaria que se muere se iría acumulando, no se regeneraría el C a CO 2.

Los procariotas son la única fuente relevante de N utilizable. Sin este suministro la vida acabaría en una semana. Para

prácticamente cualquier compuesto orgánico natural existe un microorganismo capaz de degradarlo. Especies de Pseudomonas

metabolizan cientos de compuestos distintos. Probablemente es debido a que nosotros vivimos un corto plazo de tiempo.

Intervienen en la geología, pues son capaces de consumir rocas. Transforman H 2 S en H 2 SO 4 , que convierte el CaCO 3 en

CaSO 4 , mucho más soluble. Así se han generado enormes agujeros a lo largo del tiempo. Pero del mismo modo también crean rocas

como la caliza, que supone un 10% de la roca terrestre. La formación de este tipo de roca se debe en gran medida a los cocolitoforales:

1,5 milllones de Tm de calcita al año. También las diatomeas y rocas silíceas.

Intervienen en la meteorología: gases relevantes en el cambio climático como el CO 2 , el CH 4 y el dimetilsulfuro son consumidos

y producidos por microorganismos. Se está investigando en procariotas que capten el CO 2 atmosférico y lo depositen en el océano

bajando la temperatura del planeta.

Microorganismos buenos y malos

Es frecuente escuchar que son dañinos pues causan enfermedades, pero también escuchamos que son beneficiosos porque

intervienen en la elaboración de alimentos o bebidas interesantes. En realidad, no son ni buenos ni malos, son seres vivos

integrados en la naturaleza. A veces, la enfermedad es el resultado de la alteración del equilibrio entre microorganismo y humano, otras

no. Pero siempre, la enfermedad es una interacción sin resultados dramáticos a nivel de especie. Simplemente, es una alteración de

equilibrio, una especie no va a desaparecer por una enfermedad.

Además, el número de patógenos para el hombre es escaso. En protozoos, de entre 60.000-200.000 especies, solo unas 20 son

patógenas para el hombre, alguna de estas 20 gravísimas, como la malaria. Gracias a ellos tenemos pan, vino, cereza, lácteos,

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