¡Descarga Tema 6, Bacteris o Virus? y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
T.6 Bacteris o virus?
Els microorganismes:
Els microorganismes fan referencia als éssers vius molt petits, que requereixen un microscopi per ser observats. Dins d’aquesta categoria s’inclouen els protoctists , els fongs o bacteris. Fins i tot hi ha qui inclou els virus dins dels microorganismes.
Els bacteris:
Els bacteris pertanyen al regne de les moneres i són els éssers vius més petits i simples. La seva organització cel·lular és procariota és a dir sense embolcall nuclear. Són unicel·lulars però es poden trobar en colònies. La seva mida oscil·la en general entre 1 i 10 nm. Van ser els primers éssers vius en habitar a la terra fa uns 3500 milions d’anys, i continuen aqui amb una importància cabdal amb el funcionament global de la biosfera, intervenen en tots els cicles biogeoquímics i els regulen ja que hi actuen organismes descomponedors; per tant no són perjudicials en tots els casos. Es troben en tots els ecosistemes: en el medi terrestre (en qualsevol superfície) i en tota mena de medis aquàtics. Estem en contacte directe contínuament, sobretot perquè també viuen a la nostra pell i a les nostres mucoses, tant de l’aparell respiratori, com del tracte genital o el digestiu. A més la variabilitat i al versatilitat metabòliques dels bacteris els ha permès colonitzar gairebé tots els medis del planeta.
Cocs (esfèrics): diplococs: grups de dos; estreptococs: en cadena; estafilococs: grups irregulars. Bacils: bastonets. Formes helicoidals: espirils, espiroquetes. Altres formes: vibrions, en forma de coma; els bacteris més petits, com ara Mycoplasma (de 0,2 a 1 nm)
Quatre tipus de metabolisme bacterià amb alguns exemples:
Cèl·lules procariotes:
Els bacteris no tenen orgànuls membranosos a l’interior del citoplasma, excepte els tilacoides dels cianobacteris amb funció fotosintètica. El material genètic està format per DNA bicatenari circular, que ocupa el nucleoide bacterià immers directament al citoplasma. A més s’hi poden trobar plasmidis ; molècules de DNA fora del cromosoma que contenen gens addicionals, com alguns dels que confereixen resistència als antibiòtics. Tenen una alta quantitat de ribosomes que permeten dur a terme la síntesi proteica i estan dispersos pel citoplasma. Damunt la membrana plasmàtica algunes espècies bacterianes tenen cobertes amb una composició complexa. També poden tenir flagels (permet el seu moviment), pili (que intervenen en la conjugació) o fimbries (permeten adherir-se a un substrat).
Possibles cobertes bacterianes:
Paret cel·lular: constituïda per peptidoglicà o muropeptid, un polisacàrid molt complex. És present en gairebé tots els bacteris i pot ser grampositiva o gramnnegativa.
Càpsula: recobreix la paret i està formada per polisacàrids complexos, diferents segons l’espècie.
Com canvien els bacteris?
Hi ha dues maneres de que el material genètic dels bacteris pugui canviar: a partir de mutacions o per fenòmens de parasexualitat.
Mutació bacteriana
Sexualitat: en el context de les bactèries fa referència a el canvi genètic que s’hi dóna per sobreviure, per evolucionar. Ja que els bacteris són parasexuals.
Una mutació és un canvi heretable en el material genètic. Això implica que qualsevol canvi en el DNA que es transmeti a les cèl·lules descendents serà una mutació.
Algunes mutacions es produeixen espontàniament (per ex. un error durant la replicació del DNA) amb una freqüència relativament baixa. Així, en Escherichia coli s’ha calculat que la proporció de mutacions espontànies és d’unes 10^-10 per parell de bases i replicació. Si tenim en compte que el genoma d’un bacteri consta de 4,6 milions de parells de bases, aprox., això vol dir que esperem que hi hagi una mutació espontània per cada 2 100 bacteris que es reprodueixen.
Però les mutacions induïdes 1 també poden ser causades per diferents agents mutàgens que poden alterar el DNA. Els més coneguts són: ● les radiacions ionitzants (raigs X, llum ultraviolada, raigs gamma o raigs cosmics) ● els mutàgens químics.
Si els canvis causats per aquests agents no són ben reparats, el resultat serà una modificació permanent del DNA, és a dir una mutació.
Pel que fa als efectes que causen, les més senzilles són les mutacions gèniques , és a dir, canvis en la seqüència de bases d’un gen, es a dir en l’ADN.
Mutacions més freqüents:
● Tot seguit es mostra la seqüència de bases nitrogenades d’un fragment del DNA bacterià:
GATGATGATGATGAT
Al DNA hi ha la informació de quins aminoàcids s’han d’unir per sintetitzar una proteïna. Cada aminoàcid és codificat per un triplet de bases. Per tant, els ribosomes llegiran la informació transcrita d’aquest DNA:
GAT GAT GAT GAT GAT
(^1) Produïda per un factor extern a la cèl·lula.
● Si en aquest fragment de DNA es produeix una substitució amb el canvi d’una de les bases, la seqüència resultant serà:
GATGAG GATGATGAT
Aquesta nova seqüència serà llegida com a:
GAT GAG GAT GAT GAT
Es pot observar que canvia un únic triplet de bases de DNA. A la proteïna només canviarà un aminoàcid.
● Però si el fragment inicial ha patit una inserció amb l’afegiment d’un nucleòtid, la seqüència resultant serà:
GATAGATGATGATGAT
Que la cèl·lula llegirà com a:
GAT AGA TGA TGA TGA
I en la proteïna canviaran tots els aminoàcids a partir de la inserció.
● Finalment, si hi ha una delació , amb l’eliminació d’un nucleòtid, la seqüència resultant serà:
GAT --- ATGATGATGAT
que la cèl·lula llegirà com a:
GAT ATG ATG ATG ATG
I a la proteïna també canviaran tots els aminoàcids a partir de la delació.
Les mutacions es poden produir en qualsevol punt del DNA i canviar la proteïna resultant de moltes maneres. Així, poder modificar la diana d’un antibiòtic (molècula o procés sobre el qual actua) i convertir un bacteri en resistent o fer-lo més sensible. Posteriorment, la selecció natural afavorirà els bacteris que portin una mutació que els faci més aptes en un ambient determinat. Aquests bacteris amb mutacions favorables es multiplicaran fins a ser els més abundants en la població. Per tant, l’adquisició d’aquesta característica és un exemple d’adaptació.
Funció biològica dels antibiòtics
El terme antibiosi , ‘anar en contra de la vida’, consisteix en la producció de substàncies amb activitat antibiòtica està molt estesa entre els fongs i els bacteris. Tenen una gran funció ecològica per a les espècies que les sintetitzen: dificultar o impedir la proliferació d’altres microorganismes perjudicials o competidors per a elles.
Una altra classe d’interacció ecològica es pot establir entre els bacteris productors d’antibiòtics i els organismes amb els quals viuen en mutualisme. Els àcids grassos sintetitzats per espècies de bacteris que viuen a la pell humana, per exemple, impedeixen la plorifelació de llevats o bacteris que poden ser patògens. L’antibiosi d’aquests bacteris ens protegeix també a nosaltres.
L’any 1928, el científic escocès Alexander Fleming feia una recerca de Staphylococcus aureus un patogen per als humans. En examinar unes plaques de cultiu que havia preparat ies enrere, va observar que en havia crescut una floridura anomenada Penicillium notatum. Va constatar que era una floridura que eliminava els bacteris. Aixi va sortir la penicilina.
Característiques i tipus d’antibiotics
Han de complir tres propietats per poder ser utilitzades com a medicaments:
● Especificitat: actuar contra el bacteri causant de la infecció que volem tractar. ● Elevada activitat: ser efectives en concentracions baixes. ● Baixa toxicitat: ser poc tòxiques o innòcues per a les nostres cèl·lules.
Segons el seu origen, els antibiòtics poden ser naturals , com ara la penicil·lina ; semisintètics com ara l’amoxicil·lina ; o sintètics, com ara les sulfamides.
En relació amb l’activitat antibacteriana, els antibiòtics poden tenir dos tipus d’acció:
● Bacteriostàtics: impedeixen el creixement de la població de bacteris sense eliminar-los, per exemple, les tetraciclines. ● Bactericides: maten els bacteris, com fan les penicil·lines o la cefalosporines.
Bacteris resistents als antibiòtics
Hi han bacteris que tenen resistencia natural a l’acció dels antibiòtics. L’explicació d’aquest fenomen és senzilla; si el bacteri no té la molècula diana sobre la qual actua l’antibiòtic, aquest no li farà cap efecte. Els bacteris del gènere Mycoplasma , per exemple, tenen resistència natural a la penicil·lina perquè no tenen paret cel·lular bacteriana, estructura sobre la qual actua aquest antibiòtic.
En el cas de la resistència adquirida consisteix en l’aparició de soques resistents a un o més antibiòtics en una espècie que fins aleshores era sensible a la seva acció. Diversos mecanismes poden permetre que un nacteri esdevingui resisten a un antibiòtic o posseir membranes que n’impedeix l’entrada. Com qualsevol procés evolutiu, és el resultat de l’aparició de mutacions a l’atzar i la selecció posterior de mutants resistents.
Un bacteri pot adquirir el gen o gens que li confereixen la resistència a un antibiòtic de dues maneres: a partir d’una mutació espontània del seu DNA, o bé per l'addicció dels mecanismes de parasexualitat (conjugació, transformació i transducció). L’ús d'antibiòtics actua com un factor de selecció favorable als bacteris resistents, que cada cop són més abundants. Les soques de bacteris patògens resistents a diversos antibiòtics s’estan convertint en un dels sanitaris més greus a escala mundial.
Com són els virus?
Els virus no estan formats per cèl·lules sinó que tenen una organització acel·lular. La seva estructura és senzilla ja que consten només d’una molècula d’àcid nucleic, portadora d’informació genètica a un embolcall anomenat càpsida que protegeix aquesta molècula. La càpsida està formada per diverses subunitats proteiques anomenades capsòmers.
Diana Exemple Acció específica d’aquest antibiòtic
paret cel·lular penicil·lina Impedeix la síntesi del peptidoglicà
membrana plasmàtica polimixina B Actua contra els fosfolípids
síntesi de proteïnes estreptomicina Bloqueja la subunitat 30S dels ribosomes
síntesi d’RNA rifampicina Bloqueja l’RNA-polimerasa
síntesi d’àcid fòlic sulfamides Impedeixen la síntesi d’àcid fòlic (cofactor de molts enzims importants)
Els virus recoberts surten per una mena de procés d’exocitosi , que recorda una gemmació gràcies al qual queden embolcallats per la membrana de la cèl·lula hoste.
En aquest cas, les cèl·lules infectades solen sobreviure. Aquesta seqüència reproductiva dels virus, il·lustrada a l’esquema, és en realitat una generalització dels processos que tenen lloc en els diversos tipus de cicle reproductiu que aquests agents infecciosos poden presentar.
Profèg: material genètic celular en el qual s’hi ha integrat material genètic del virus.
Els humans i els virus
Els virus tenen una gran importància per als humans a causa de les malalties que provoquen: ● Lleus: com per exemple el mal de coll, on un virus que es destruït amb facilitat perquè les cèl·lules de l’epiteli de les vies respiratòries superiors es regeneren amb facilitat.
● Greus: com per exemple la ràbia o la poliomielitis, que són mortals o causen lesions irreversibles perquè afecten a cèl·lules nervioses que difícilment es divideixen.
● Virus que en integrar el seu genoma a la cèl·lula provoquen canvis genètics que la poden transformar en cancerosa, com els papovavirus causants el càncer cervical uterí.
Els virus no es poden combatre amb els antibiòtics perquè com que tenen organització acel·lular, no posseeixen molècules diana sobre les quals actuen els antibiòtics. Les malalties viriques lleus es poden tractar amb calmants i antiinflamatoris per reduir l’efecte, ja que al cap de pocs dies el nostre sistema immunitari el curarà. Pel que fa a les malalties viriques greus, la solució mèdica que hi ha són les vacunes com a únics fàrmacs antivirals.
Els virus emergents mereixen una atenció especial. Es tracten d’una mutació de virus ja existents o virus que passen d’afectar espècies animals no humanes a la humana o virus que passaven d’estar confinats en petites poblacions a passar-ne a una de més àmplia. La seva aparició és sobtada i causen brots epidèmics.
Retrovirus: el seu material genètic pot ser ADN o RNA, per tant el seu material genètic pot canviar entre un i l’altre. Té un enzim que fa una còpia del seu RNA en DNA/ADN que després s’insereix en el genoma cel·lular. L’enzim que catalitza aquesta transcripció, en sentit contrari al que habitualment té lloc a les cèl·lules, s’anomena transcriptasa inversa.
Tot i les conseqüències negatives pels humans derivades de l’acció del virus al llarg del temps s’han desenvolupat diverses aplicacions.
● La lluita biològica on els virus ataquen un fong causant d’una malaltia dels arbres (castanyers del Montseny). ● Enginyeria genètica on s’utilitzen principalment per introduir gens dins d’algunes cèl·lules.
Igualment es creu que poden tenir un paper en el procés evolutiu de les espècie, perquè causen reordenacions en el DNA dels organismes.
Les vies de contaminació i contagi
Arriben dins del nostre cos:
● Per contagi directe quan la transmissió dels gèrmens causants de la infecció es dona d’un individu a un altre per proximitat o contacte.
● Per contagi indirecte quan la transmissió es produeix a través d’objectes contaminats.
Per gotetes d’exhalació (per l’aire): poden viatjar per l’aire dins de gotes, gràcies a la mida minuscula dels microorganismes; per mitjà d’accions com estossegar, esternudar o simplement parlar. Quan estornudem, produïm moltes gotes d’exhalació que poden contenir virus o bacteris causants d’infeccions respiratòries. Es transmeten bacteris com Mycobacterium tuberculosis (el bacteri causant de la tuberculosi) o el virus del refredat i la grip.
Per contaminació d’aliments o begudes: quan un aliment no ha estat en bones condicions de conservació o de manipulació pot contenir bacteris; per exemple la contaminació per Salmonella typhi (causant de la febre tifoide) o Vibrio cholerae (còlera). La manipulació d’aliments o estris de cuina per persones afectades per infeccions víriques com l ’hepatitis A també és un mecanisme de contagi d’aquestes malalties. Beure aigua contaminada amb bacteris o virus és una altra via d’infecció.
Tots plegats formen una eficaç línia de defensa. Es tracta d’una comunitat de diverses espècies de bacteris que viuen sota una relació de mutualisme amb l’hoste (la persona). Per això és difícil la invasió de bacteris patògens a les mucoses, si no hi ha una modificació de la microbiota bacteriana.
El sistema immunitari
És un sistema molt potent que s’utilitza per eliminar infeccions, tant viriques com bacterianes. Per molts fàrmacs que prenem, el que posa fi a la nostre infecció són les nostres defenses.
Hi ha diverses respostes del sistema immunitari: ● Inespecífiques: com la febre o la inflamació. ● Específiques: com la producció d’anticossos.
Totes actuen de manera coordinada, i normalment provoquen la destrucció i l’eliminació dels microorganismes invasors i totes les molècules tòxiques que aquests produeixen.
Immunitat inespecífica o innata
En el moment en que qualsevol tipus d'agent infecciós travessa la pell o les mucoses, es dispara la resposta immunitaria inespecífica la qual suposa un fre inicial a la infecció, una important barrera molecular i cel·lular. Es tracta d’una resposta ràpida i que no depèn del microorganisme infecciós. Són diversos tipus cel·lulars que hi intervenen:
Els neutròfils, els basòfils i els eosinòfils són granulòcits (tenen grànuls al citoplasma) o les cèl·lules polimorfonuclears ( el nucli té formes variades). Els monòcits són leucòcits mononuclears , sense grànuls al citoplasma, i poden abandonar el torrent sanguini, i aleshores esdevenen macròfags. Aquest procés també el poden fer els neutròfils.
Tot dos tipus cel·lulars són fagòcits, és a dir, fan el procés de fagoocitosi, tal com veiem a la figura. El fagòcit embolcalla l bacteri amb la membrana (1) i forma un endosoma (2) que, posteriorment, es posarà en contacte amb els lisosomes primaris de la cèl·lula (3). Aquests orgànuls cel·lulars estan carregats d’enzims hidrolítics, les hidrolases , que trenquen tota mena de biomolècules. Així, un cop es fusionen amb la vesícula que conté el bacteri, aquests enzims trenquen els lípids, els polisacàrids i les proteïnes del bacteri fagocitat (4). L’estructura resultant s’anomena lisosoma secundari. Posteriorment. aquesta vesícula residual pot extreure part del seu contingut per exocitosi (5).
L’alliberament de substancies com les interlecines dels macrofàgs i la histamina dels mastòcits activa la reacció inflamatoria , que consisteix principalment en un agument del flux sanguini i de la permeabilitat dels vasos a ala zona afectada. L’augment local de temperatura i la sortida de plasma i leucòcits cap als teixits afavoreixen la resposta immunitaria inespecífica.
Tipus d’immunitat
Quan un microorganisme afecta per primer cop a una persona es produeix una resposta immunitaria primaria que és relativament lenta i no gaire intensa. Gràcies a les cèl·lules de mèmoria del sistema immunitari, quan té lloc a una segona entrada del microorganisme, es genera una resposta immunitària secundària , molt més ràpida i intensa. S’anomena immunitat natural activa la protecció davant una malaltia que adquireix un individu mitjançant aquest mecanisme, ja que es el mateix organisme el que produeix els anticossos que li permeten defensar se del microorganisme que la provoca.
Les vacunes són tractaments preventius de malalties infeccioses que es basen, precisament, en l’activitat de la resposta immunitària secundària. Consisteixen en intruduïr antigens del microorganisme causant de la malaltia que es vol prevenir per generar una resposta primària. Aquests antigens es troben en microorganismes vius peró incapacitats per infectar (vacunes del xarampió i de la rubèola), microorganismes morts o parts d’aquestes (vacunes del tifus i la grip), toxines bacterianes inactivades (vacunes de la diftéria i el tetanus) o pèptids antigèncis sintetics (vacuna experimental de la malària).
La immunitat o protecció envers una malaltia determinada, que confereixen les vacunes s’anomena artificial activa, ja que és el mateix organisme el que produeix els anticossos, però després d’introduir-hi aritificialment l’antigen. Algunes vacunes només produeixen immunitat parcial ja que no són efectives contra totes les soques bacterianes o tipus de virus causants d’una malaltia. En el cas de la grip, les mutacions que sovint experimenta cada any el virus, fa que hi hagi una vacuna diferent cada any. Un ca diferent és la immunitat passiva, que consisteix que l’individu està temporalment protegit davant d’una malaltia per haver rebut anitcossos contra el microorganisme que la provoca. Durant la vida fetal, anticossos de la sang materna arriben al fetus a través de la placenta. Igualment, durant els primers mesos de vida, la llet materna i, especialment, el calostre (llet molt concentrada que es produeix els primers dies després del part) contenen anticossos que confereixen immunitat al nadó. En aquests dos casos, es tracta d’ immunitat passiva natural. De vegades, un individu no immunitzat es afectat per algun organisme que provoca alguna malaltia greu, com una persona que no esta vacunada i es mossegada per un animal rabiós. En aquests casos, la resposta immunitària no es capaç d’aturar la progressió de la infecció. Per això, cal recorre a tractaments d’immunitat passiva artificial , es a dir, ingectar a l’individu anticossos contra l’agent infecciós. En tots els casos, l’immunitat passiva es temporal i dura només mentre els anticossos persisteixen a la sang.
Una al·lèrgia es un tipus de reacció d’hipersensibiliat del sistema immunitari. Aixo significa que es produeix una resposta imunitaria excessiva davant molècules que normalment són innocues (àcars, espores de fongs, antibiotics…). Aquesta reacció, doncs, no és protectora i pot produïr lesions als texits. En el cas de les alegries els antigens s’anomenen alergogens (la molècula de penicil·lina és un dels comuns entre els antibiotics), i els elements del sistema immunitari implicats són els mastòcits, les IgE i la histamina.
