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TEMA 9
1. La capacidad de formar endosporas está restringida a muy pocas bacterias que se denominan por ello bacterias formadoras de endosporas. Cite los géneros que conozca que tengan esta capacidad.
Bacillus, Clostridium, Sporosarcina, Sporolactobacillus ; todas ellas Gram positivas
2. ¿Por qué tuvo gran importancia práctica el descubrimiento de las endosporas bacterianas?
El descubrimiento de las endosporas bacterianas tuvo una gran trascendencia para la microbiología porque el conocimiento de estas formas de gran resistencia al calor fue decisivo para el desarrollo de métodos de esterilización, no sólo para medios de cultivo sino también para alimentos y otros productos perecederos.
3. ¿Qué propiedades tienen las endosporas de las bacterias?
- Son formas de reposo (No son una forma de reproducción celular ni de resistencia estrictamente)
- Presentan un metabolismo reducido al mínimo (prácticamente detenido)
- Surge en el momento en el que la célula se encuentra en ausencia de nutrientes durante largos periodos
- Una vez liberada, puede estar durante largos periodos en estado latente sin necesidad de tener nutrientes en el medio en el que se encuentra
- Poseen un diseño característico que les permite resistir frente a agresiones físicas y químicas, como radiaciones UV, calor, sequedad, disolventes orgánicos... 4. Proponga un método para observar las endosporas bacterianas al microscopio óptico.
La observación de las endosporas a MO puede realizarse de dos formas:
- En fresco: se observa el esporangio (cél. vegetativa + espora) y la propia espora se aprecia como una estructura más brillante y refringente
- Teñidas: son los métodos más empleados pero, debido a la estructura de la endospora, es difícil su tinción. Por ello, para que el colorante penetre correctamente en la endospora, se debe forzar la entrada de este mediante la aplicación de calor (recordar que las endosporas son resistentes a él) o tiñéndolas durante un tiempo más prolongado. Generalmente se emplea verde malaquita que, tras haberse aplicado encima de un papel de filtro adherido al frotis de bacterias en el porta, se va calentando a la llama hasta verse emanación de vapores (y así durante un tiempo prolongado, asegurándonos, pues, de que el colorante ha penetrado correctamente en la estructura). **5. Describa la ultraestructura de la endospora bacteriana.
- ¿Qué es el esporoplasto? ¿Cuáles son sus características?**
El esporoplasto se trata de un citoplasma muy deshidratado cuyos componentes están inmovilizados en una matriz de quelatos de ácido dipicolínico (DPA) que se une con iones Ca 2+, formando dipicolinato cálcico: DPC.
Contiene un cromosoma completo, mucho más compacto que el de la célula vegetativa debido a las deshidratación; menor número de ribosomas, ARNt y moléculas para la síntesis de proteínas.
Carece de nucleótidos trifosfato (ATP o NTP) puesto que su metabolismo energético se encuentra bloqueado (contiene NMP y NDP) Carece, también, de componentes inestables, como ARNm, enzimas biosintéticas, aminoácidos, bases nitrogenadas, cofactores...
Y sí contiene ARN polimerasa para cuando ya germine, ésta de lugar a los ARN (^) m , a partir del ADN, que se traducirán en proteínas
7. Compare la composición química del esporoplasto con la del citoplasma de la célula vegetativa.
La diferencia principal reside en la deshidratación que caracteriza al esporoplasto y el hecho de que sus componentes se hallen inmovilizados en una matriz de quelatos de ácido dipicolínico unidos al ión calcio, formando el dipicolinato de calcio. Fruto de esta deshidratación está el hecho de que el cromosoma que se encuentra en la endospora está mucho más condensado que en la célula vegetativa Carece, a diferencia de la célula vegetativa, de gran número de ribosomas, de nucleótidos trifosfatos, ARNm, enzimas biosintéticas, aminoácidos, bases nitrogenadas y cofactores.
Sin embargo, ambas presentan ARN polimerasa, ARNt, ribosomas (aunque en cantidades diferentes en ambos casos), cromosoma completo (más condensado en la endospora).
8. ¿Qué es el ácido dipicolínico? ¿Qué función desempeña en la endospora de las bacterias?
Es un compuesto químico presente y característico en el esporoplasto de las endosporas de las bacterias que las producen que, por lo general, forma complejos con iones de calcio, dando lugar al dipicolinato cálcico.
La función de este ácido consistiría en constituir la matriz del esporoplasto; aunque, también se sostiene la hipótesis de que, el complejo que se forma, ayuda a la estabilización de los ácidos nucleicos de la endospora.
9. Describa la estructura de la pared de la endospora bacteriana. ¿Qué función realiza esta envoltura de la endospora?
Se encuentra rodeando a la membrana que encierra el esporoplasto. Está constituida por un peptidoglucano similar al de la célula vegetativa y se sintetiza a partir de la preespora. Es una estructura muy delgada cuya función es ser el origen para la síntesis del peptidoglucano de la pared de la futura célula vegetativa durante la germinación.
10. Describa la estructura y la función de la corteza de la endospora de las bacterias.
La corteza de la endospora es una estructura que se encuentra por encima de la pared de la misma, constituido por un peptidoglucano modificado, muy laxo debido a:
- Contiene menos enlaces que el peptidoglicano de las células vegetativas
- N- acetilmurámico posee tetrapéptidos (solo el 30%), con un bajo grado de entrecruzamiento
- N- acetilmurámico tiene solo L- ala (el 15%)
- El porcentaje restante corresponde a lactama del ácido murámico
El hecho de que sea una estructura más laxa, floja y flexible, implica que sea capaz de expandirse o contraerse.
La función principal de esta capa es la de otorgar protección a la endospora frente a las lisozimas ya que de una forma u otra la presencia de lactama en el NAM otorga gran resistencia frente a la lisozima. Además al tener un bajo grado de entrecruzamiento es capaz de expandirse o contraerse.
11. Compare la organización del péptidoglicano de la corteza con la del peptidoglicano de la pared de la célula vegetativa. ¿Qué se puede deducir de las diferencias existentes entre ellos?
citoplasma hidratado, con los componentes inmersos en dicha matriz, mientras que en la endospora está totalmente deshidratada y sus componentes inmóviles se hayan en una matriz de DPC.
15. Describa las causas que desencadenan el proceso de esporulación en las bacterias.
Para que pueda darse lugar la esporulación, es necesario que el medio de cultivo esté en buenas condiciones, dándose un crecimiento rápido (exponencial); de tal forma que, cuando la bacteria percibe una falta de nutrientes en el medio, su crecimiento se ve alterado y, por tanto, se desencadena la esporulación.
16. Describa el ciclo de esporulación en una bacteria formadora de endospora.
En el ciclo de esporulación se pueden distinguir siete fases consecutivas (además de la fase “0” anterior a la esporulación). Cada fase se denota con un número romano, y su duración en horas se expresa como subíndice de t, p. ej., t2. Cada fase se distingue por un(os) evento(s) citológico(s) peculiar(es) y por una serie de cambios bioquímicos propios.
La esporulación se trata de un proceso complejo que puede dividirse en varias fases. Primero se forma un filamento axial de material nuclear, seguido de un plegamiento interno de la membrana celular para englobar una de las hebras de ADN, formándose el septo de la preespora. La membrana continúa creciendo y engloba a la endospora inmadura con una segunda membrana. A continuación, se elabora el córtex o corteza en el espacio situado entre las dos membranas, donde se acumulan tanto calcio como ácido dipicolínico. Después, se forman las cubiertas de proteínas, y madura la endospora. Finalmente, las enzimas líticas destruyen el esporangio, liberando la endospora.
17. Describa el estadío I del proceso de esporulación. Cite los procesos metabólicos que tienen lugar en este estadío.
Toda la información genética se condensa formando el filamento axial Se inician dos tabiques dividiendo a la célula en tres partes, aunque una de estas dos separaciones aborta su formación. Se produce turnover de proteínas: un proceso por el que se comienza a sintetizar proteínas pero no con compuestos del medio, sino a través de la degradación de las proteínas antiguas en aminoácidos, los cuales se emplearán para la síntesis de estas proteínas nuevas. Se activa el metabolismo secundario de la bacteria: se vierten al medio moléculas que antes no se sintetizaban (metabolitos secundarios), como antibióticos o exoenzimas para eliminar a otras bacterias presentes en el mismo medio donde se va a desarrollar la espora.
18. Describa los estadíos II y III del proceso de esporulación. ¿qué consecuencias tiene que la preespora sea englobada por el esporangio? ¿cuántas membranas rodean al esporoplasto tras el estadío III?
*Estadío II
Se termina de completar el septo acéntrico en uno de los polos, pues el otro aborta, dividiendo a la célula en dos partes desiguales, ambas conteniendo parte del nucleoide:
- Mitad menor: es la preespora que dará lugar a la espora
- Mitad mayor: correspondiente al esporangio
Sigue teniendo lugar la síntesis de antibióticos y exoenzimas (proteasas, amilasas, ribonucleasas...)
*Estadío III
Independización del protoplasto de la espora: la célula vegetativa engloba a la preespora mediante pseudópodos por fagocitosis (este es el único proceso conocido en el mundo procariota de fagocitosis) y también se produce gracias a la degradación selectiva del PG del septo.
Tras el englobamiento, la preespora queda delimitada por dos membranas: una de la propia espora y la otra procedente por la invaginación de la membrana de la célula vegetativa; sin embargo, esta membrana posee polaridad inversa, lo cual resulta de gran importancia debido a que sirve de barrera frente a cualquier molécula que pueda sintetizar la célula vegetativa, puesto que no podrá atravesar dicha membrana, quedando estos productos acumulados entre ambas membranas sin penetrar en la espora. El turnover de proteínas continúa teniendo lugar en la célula madre, pero se detiene en la preespora.
La principal consecuencia es que se puede empezar a acumular sustancias entre las dos membranas con polaridad inversa para formar las distintas evolturas de las endosporas.
El esporoplasto estará rodeado por dos membranas lipídicas con polaridad inversa.
19. Describa los estadíos IV y V del proceso de esporulación.
Formación de la corteza mediante la disposición de peptidoglicano aún no maduro procedente de la célula madre entre las dos membranas de la preespora. Deposición del PG de la pared, procedente de la preespora. Simultáneamente, comienza la síntesis de DPA y la acumulación del ion calcio; con lo cual, comienza el proceso de deshidratación del esporoplasto. Comienza la síntesis del exosporio en las bacterias que lo poseen.
*Estadío V
Se depositan los materiales de las cubiertas por fuera de la membrana esporal, se adquiere la resistencia al octanol y continúa la acumulación de DPA, que secuestra iones Calcio, propiciando la aparición de DPC en el protoplasto.
20. Describa el mecanismo de termorresistencia de la endospora de las bacterias. ¿Qué papel desempeña la corteza de la espora en la termorresistencia de la misma?
La termorresistencia es una propiedad biológica de la endospora consecuencia del grado de deshidratación del esporoplasto (necesario para que siga en hipometabolia/criptobiosis). Se trata de una propiedad que se cumple de forma general en todos los materiales biológicos: resisten mejor el calor cuanto mayor sea el grado de deshidratación. La corteza de la espora desempeña un papel fundamental en esta propiedad, puesto que gracias a ella tiene lugar una mayor deshidratación del esporoplasto debido a que:
- El peptidoglicano de la corteza es muy laxo y posee una gran cantidad de cargas negativas
- La deshidratación del esporoplasto comienza cuando se acumula DPC en el mismo:
El DPA absorbe todo el calcio presente y precipita en forma de DPC, creándose un ambiente con poco Ca
Este hecho provoca que tenga lugar una difusión simple del Ca presente en la célula vegetativa hacia el esporoplasto
- Dicha proteína tiene la capacidad de intercalarse en el aparato digestivo de las larvas, formando poros por los que sale el contenido intestinal, siempre y cuando haya receptores específicos (estos últimos solo existentes en larvas de insectos)
