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clase 1 de microbiologia

1. CITOLOGÍA Y EVOLUCIÓN BACTERIANA Microbiología Veterinaria Mv Daniel Coronil

2. Células CELULA: Es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. CLASIFICACION: A los organismos vivos según el número de células que posean: Unicelulares ( Protozoos o las bacterias). Pluricelulares (en estos últimos el número de células es variable: de unos pocos cientos, como en algunos Nematodos, a cientos de billones (1014), como en el caso del ser humano. Las células suelen poseer un tamaño de 10 µm y una masa de 1  ng .

3. Eucariotas y Procariotas Basándonos en la organización de las estructuras celulares, todos las células vivientes pueden ser divididas en dos grandes grupos: Procariotas y Eucariotas Animales, plantas, hongos, protozoos y algas, todos poseen células de tipo Eucariota. Sólo las bacterias ( Eubacterias y Archaebacterias ) tienen células de tipo Procariota. PROCARIOTAS: Constituyen un grupo heterogéneo de organismos unicelulares Eubacterias (bacterias) y las Archaeas ( archaeabacteria ). Una típica célula procariota está constituida por las siguientes estructuras principales: Pared celular, Membrana citoplasmática, Ribosomas, Inclusiones y Nucleoide .

4. Eucariotas y Procariotas EUCARIOTAS:  Los organismos eucariotas incluyen algas, protozoos, hongos, plantas superiores, y animales. Este grupo de organismos posee un aparato mitótico, que son estructuras celulares que participan de un tipo de división nuclear o mitosis; Mitocondrias, Retículo endoplasmático , y Cloroplastos. Procaritas Eucariotas Menos 5 µm de longitud. Mas de 10 µm Organelas unidas por membranas ausentes Organelas unidas por membranas presentes Ribosomas de 70S. Ribosomas de 80S en el citoplasma y ribosomas 70S en mitocondrias y cloroplastos. Acido Nucleico (ADN) cadena sencilla, habitualmente circular. El acido nucleico (ADN) se distribuye en los cromosomas. Ausencia membrana nuclear y nucléolos. Presencia de membrana nuclear y nucleolos . Fisión binaria. Mitosis.

5. Árbol filogenético Woese secuenció y comparó estos genes del ARN ribosomal de distintos seres vivos. Cuanto mayor es la variación en la secuencia de genes de dos organismos, mayor es su divergencia evolutiva. Esta divergencia se representa después en un árbol filogenético , que mide en definitiva diferencias evolutivas. Sus resultados permitieron proponer las tres líneas evolutivas, denominadas dominios : Bacteria y Archaea (que representan células procariotas, es decir sin núcleo), y Eukarya (células eucariotas, con núcleo). Este árbol filogenético reveló dos hechos evolutivos importantes: no todos los procariotas están estrechamente relacionados desde el punto de vista evolutivo, y el dominio Archaea presenta una relación más próxima al dominio Eukarya que al dominio Bacteria . Dicho de otra manera, hay una mayor distancia evolutiva entre un procariota del dominio Archaea y otro del dominio Bacteria (que a “simple vista” al microscopio pueden ser idénticos), que entre una mosca y un elefante!

6. Árbol filogenético

7. Árbol filogenético BACTERIA: Bacterias comunes Eubacterias : Incluyen todos los procariotas causantes de enfermedades (patógenas) y a la mayor parte de las bacterias que se encuentran en el aire, suelo, aguas, tracto digestivo de animales y hombre. Cianobacterias Algas verde-azules: Oorganismos antiguos que se caracterizan por conjugar el proceso de la fotosíntesis oxigénica con una estructura celular típicamente bacteriana ARCHAEA: Microbios extremofilos Arqueobacterias : Son especialmente numerosas en los océanos, y las que se encuentran en el plancton podrían ser uno de los grupos de organismos más abundantes del planeta. Importante de la vida en la tierra juegan un papel importante tanto en el ciclo del carbono y nitrógeno. Hipertermófilos : Organismos cuya temperatura óptima de crecimiento se encuentra estrictamente por encima de los 80ºC. Psicrófilos : Crecen a temperatura de refrigeración °C. Halófilos: Organismos que viven en medios con alta concentración salina. Acidófilos : Se desarrolla preferentemente en un medio ácido. Alcalinófilos : Se desarrolla preferentemente en un medio  álcalinos . Termoacidófilos : Habita ambientes terrestres correspondientes a aguas calientes geotérmicas (>80ºC), los cuales se caracterizan por ser ricos en azufre y además por su acidez (pH<2) Metanógenos :  Estrictamente anaerobios y que obtienen energía mediante la producción de gas natural, el metano.

8. Estructura Celular Las células procariotas estructuralmente son las más simples y pequeñas . Como toda célula, están delimitadas por una membrana plasmática que contiene pliegues hacia el interior ( invaginaciones ) algunos de los cuales son denominados laminillas y otro es denominado mesosoma y está relacionado con la división de la célula. La célula procariota por fuera de la membrana está rodeada por una pared celular que le brinda protección. El interior de la célula se denomina citoplasma . En el centro es posible hallar una región más densa, llamada nucleoide , donde se encuentra el material genético o ADN . Es decir que el ADN no está separado del resto del citoplasma y está asociado al mesosoma . En el citoplasma también hay ribosomas , que son estructuras que tienen la función de fabricar proteínas. Pueden estar libres o formando conjuntos denominados polirribosomas .

9. Estructura celular ESTRUCTURA COMPOSICION QUIMICA OBSERVACIONES CAPSULAO POLISACARIDOS O POLIPEPTIDOS- ASOCIADA A LA VIRULENCIA, INTERFIERE EN LA FAGOSITOSIS, PERMITE PROLONGAR LA SUPERVIVENCIA PARED CELULAR PEPTIDOGLICANO Y ACIDO TEICOICO EN GRAM + , LIPOPOLISACARIDOS , PROTEINAS FOSFOLIPIDOS, Y PECTIDOGLICANO EN GRAM + PEPTIDO GLICANO RESPONSABLEDELA FORMA , LOS EFECTOS ENDOTOXICOS, LAS PORINAS ESTRUCTURA PROTEICAS QUE REGULAN PASO MOLECULAS A TRAVES DE LA CAPA DE FOSFOLIPIDOS MENBRANA CITOPLASMATICA BICAPA DE FOSFOLIPIDOS MENBRANAS SELECTIVAMENTE PERMEABLE IMPLICADA EN EL TRANSPORTEACTIVO DE NUTRIENTES ,EXCRECION Y QUIMIRECEPCION FLAGELLUM FLAGELINA ESTRUCTURA QUE PROPORCIONA MOVILIDAD PILUS PILINA FIMBRINA, PILIS DE UNION Y CONJUGACION. CROMOSOMA ADN ESTRUCTURA CELULAR SIMPLE SIN MENBRANA CELULAR RIBOSOMA ARN Y PROTEINAS IMPLICADA EN LA SINTESIS DE PROTEINAS

10. PARED CELULAR En ambas, la pared celular consta de la membrana citoplasmática o membrana celular que rodea al espacio interno de la célula. Luego hay una capa de peptidoglicano , y entra la membrana y el peptidoglucano un pequeño espacio llamado espacio periplasmático o periplasma . En las bacterias gram positivas, la capa de peptidoglucano es gruesa , mientras que en las bacterias gram negativas la capa de peptidoglicano es mucho más fina y está rodeada de otra membrana más, la membrana externa. Dicho de otro modo, las bacterias gram positivas no tienen membrana externa y cuentan con una capa de peptidoglicano mucho más gruesa que las bacterias ram negativas .

11. MEMBRANA CITOPLASMATICA La membrana citoplasmática es una membrana lipídica que rodea al contenido o citoplasma celular . La estructura a grandes rasgos es similar a la estructura de la membrana citoplasmática de eucariotas: una bicapa lipídica con otras moléculas intercaladas con funciones concretas, sobre todo proteínas y otros lípidos de membrana . La membrana citoplasmática está presente tanto en gram negativas como en gram positivas sin mucha diferencia entre ellas.

12. Periplasma Rodeando a la membrana citoplasmática se encuentra una gruesa capa de peptidoglicano , pero entre ambas hay un pequeño espacio conocido como periplasma o espacio periplasmático . El espacio periplasmático de las bacterias Gram positivas es mucho más pequeño que el de Gram negativas. De hecho, es tan pequeño que se ha pensado durante mucho que no tenían, pero a través de observaciones con criomicroscopía electrónica se pudo comprobar que, aunque muy pequeño, las bacterias grampositivas sí que tienen espacio periplasmático .

13. Capa de peptidoglicano El peptidoglicano , o mureína , es una sustancia polimérica compuesta por cadenas de glúcidos y aminoácidos. La capa de peptidoglicano se ancla a la membrana citoplasmática, dejando entre ellas el espacio periplasmático . La capa de peptidoglicano tiene una función estructural muy importante. Mantiene la forma de la célula, le aporta resistencia y contrarresta la presión osmótica del citoplasma evitando que la célula reviente. El peptidoglicano también interviene en la fisión binaria durante las fases de división y multiplicación bacteriana. La capa de peptidoglicano está presente en grampositivas y en gramnegativas , pero en las grampositivas es mucho más gruesa y es la capa más externa de la pared celular. En las gramnegativas la capa de peptidoglicano es mucho más delgada y está rodeada por una segunda membrana lipídica , la membrana externa. En la capa de peptidoglicano de las Gram positivas se puede encontrar ácidos teicoicos y ácidos lipoteicoicos , sustancias que no están presentes en las Gram negativas. La parte lipídica de las moléculas de ácido lipoteicoico sirve de anclaje del peptidoglicano en la membrana celular. Como no tienen membrana externa, las bacterias grampositivas no presentan lípido A ni antígeno O, característicos de la membrana externa de gramnegativas . También, como las grampositivas solo tienen una membrana, los flagelos (en las bacterias que tengan) se unen a la célula mediante un sistema de dos anillos, en comparación con los cuatros anillos que aparecen en los flagelos de las gramnegativas , dos por cada membrana.

14. Capa de peptidoglicano En algunas bacterias hay una capa más sobre el peptidoglicano que se conoce como capa S . La capa S está formada por una estructura cristalina de proteínas y glicoproteínas . También puede aparecer en gramnegativas , en este caso apoyada en la membrana externa y no en la capa de peptidoglicano . En resumen, las bacterias Gram positivas tendrían una pared celular con esta estructura, de dentro hacia fuera: Membrana citoplasmática Periplasma (muy delgado) Peptidoglicano (muy gruesa, con ácidos teicoicos y lipoteicoicos ) Capa S (en algunas bacterias) Mientras que las Gram negativas tendrían esta estructura: Membrana interna Periplasma Peptidoglicano (muy delgado, sin ácidos teicoicos ) Periplasma Membrana externa (lípido A, antígeno O) Capa S (en algunas bacterias)

15. CAPA DE PEPTIDOGLICANO

16. CITOPLASMA Y RIBOSOMAS Rodeado de la membrana citoplasmática. Liquido acuoso que contiene material nuclear, los ribosomas, los nutrientes, las enzimas y otras moléculas. Síntesis proteica Compuesto por ribo nucleoproteínas. Dos subunidades (50S – 30S). El ARNr contiene el 80% ARN celular + ( ARNt – ARNm ). Durante el crecimiento bacteriano los ribosomas se unen al ARNm formando polisomas . . . . .

17. MATERIAL NUCLEAR Cromosoma circular sencillo, haploide, doble cadena de ADN + Proteínas y ARN. Codifica todas las funciones vitales de la célula. Varia en tamaño dependiendo de la especie, cromosoma debe plegarse formando un cuerpo denso. Durante la replicación la hélice de ADN se desenrolla y cada célula hija producida por fisión binaria recibe una copia del genoma original. Plásmidos pequeños fragmentos de ADN son capaces de replicarse. El ADN plasmídico puede codificar para características como resistencia antibióticos y producción de exotoxinas.

18. FLAGELOS Y PILI Movilidad. Flagelina . Compuesto de Gancho, Filamento y Cuerpo basal. Las posiciones de los flagelos son característicos de las familias bacterianas. Microscopia y serología (anticuerpos específicos). Los Pili o fimbrias son apéndices finos, rectos. Pilina - Gram (-) Función de adhesión – Pili F sexual conductor de ADN a las bacterias receptoras. . . . . . .

19. ENDOSPORAS Cuerpos vegetativos altamente resistentes. Supervivencia condiciones adversas. Clostridium y Bacillus patógenos. Resistencia e impermeabilidad condicionan la tinción. Estructura laminar en capas, deshidratadas y acido dipicolinico (Alto contenido de calcio). Termoestables (121°C – 15 min). Germinación (activación, iniciación y crecimiento exterior). Activación: exposición al calor, abrasión y acidez ambiental. Germinación: el córtex y la cubierta se degradan, absorción dipicolinato calcio se libera.

20. ENDOSFORAS

21. ESTRUCTURA DE LAS BACTERIAS

22. METABOLISMO Y CRECIMIENTO BACTERIANO Requerimientos (humedad, pH, temperatura, presión osmótica, atmosfera y nutrientes. Fisión binaria: forma de reproducción asexual que se lleva a cabo en arqueo bacterias, bacterias, levaduras de fisión, algas unicelulares y protozoos. Consiste en la división del ADN, seguidas de la división del citoplasma (citocinesis), dando lugar a dos células hijas. La mayor parte de las bacterias se reproducen por bipartición, lo que produce una tasa de crecimiento exponencial. Tiempo de generación: espacio de tiempo requerido para que una bacteria de lugar a dos células hijas. 20 min aprox. Continua 48 horas.

23. MORFOLOGIA Y AGRUPACION DE LAS BACTERIAS TAMAÑO DE LOS PROCARIOTAS El tamaño es un parámetro que está determinado genéticamente, pero los valores concretos para cada raza o cepa de bacterias vienen influidos por una serie de condiciones ambientales (nutrientes, sales, temperatura, tensión superficial, etc ). Las bacterias suelen presentar un pequeño tamaño, por lo general menor que el de una célula eucariótica típica. ( Obsérverse en el esquema la comparación entre el tamaño de una bacteria típica como Escherichia coli (0.5 x 2  m) y el de una célula eucariota).  Sin embargo, existe un amplio rango de tamaños, según las especies: Una bacteria grande es Beggiatoa gigantea , con un tamaño similar al de muchas células eucarióticas (40  m). Sin embargo, los auténtico “gigantes” entre las bacterias se han descubierto hace poco: En 1993 se desubrió una bacteria que mide 0,5 mm de longitud. Se trata de Epulopiscium , un comensal del intestino del pez cirujano. En 1999 se descubrió en un lago de Namibia una bacteria (a la que se bautizó como Thiomargarita ) que alcanza los 700  m. Bacillus megaterium mide 1.3 x 3  m. Una bacteria relativamente pequeña es Haemophilus influenzae , que mide 0.25 x 1.2  m. Los organismos celulares cultivables más pequeños que existen son los micoplasmas , muchos de los cuales no superan los 0.2  m de diámetro. Las nanobacterias o ultramicrobacterias miden en torno a 0.05  m, pero la mayoría no se han podido cultivar, y sólo se pueden estudiar al microscopio.

24. MORFOLOGIA Y AGRUPACION DE LAS BACTERIAS FORMA Los principales tipos de formas bacterianas son: cocos (células más o menos esféricas); bacilos (en forma de bastón, alargados),  que a su vez pueden tener varios aspectos: cilíndricos fusiformes en forma de maza, etc. Atendiendo a los tipos de extremos, éstos pueden ser: redondeados (lo más frecuente) cuadrados biselados afilados espirilos: al igual que los bacilos, tienen un eje más largo que otro, pero dicho eje no es recto, sino que sigue una forma de espiral, con una o más de una vuelta de hélice. vibrios : proyectada su imagen sobre el plano tienen forma de coma, pero en el espacio suelen corresponder a una forma espiral con menos de una vuelta de hélice. Otros tipos de formas filamentos, ramificados o no anillos casi cerrados formas con prolongaciones (con prostecas ) Estos distintos tipos de morfologías celulares deben de haberse originado por mecanismos evolutivos, a saber, por selección y estabilización adaptativa frente a las distintas presiones ambientales presentes en diferentes nichos ecológicos.

25. FORMAS RELACIONES ENTRE TAMAÑO Y FORMA Difusión citoplásmica : Este aspecto lo ilustraremos con una bacteria típica de forma bacilar. Una proteína de unos 50 kDa difundiría desde la periferia del citoplasma al eje longitudinal en menos de medio segundo, mientras que si difundiera desde un polo de la célula al opuesto, tardaría unos 5 segundos. Como vemos, el tiempo de difusión es muy breve. Difusión desde el medio exterior: el entorno inmediato de las bacterias es bastante peculiar, debido al bajo valor de número de Reynolds que poseen.  El número de Reynolds (R) es un parámetro muy empleado en Ingeniería y Arquitectura para expresar la tensión o estrés que soporta una estructura determinada inmersa en el medio local que la sustenta. R equivale a la relación entre la fuerza de inercia y fuerza de fricción Teniendo en cuenta la masa y velocidad de movimiento de una bacteria como E. coli : m = 10 -12 g v = 30  m/s tenemos que el valor R para esta bacteria es de 10 -5 . De aquí se deduce que la inercia es irrelevante, mientras que predominan las fuerzas viscosas. Por lo tanto, las bacterias llevan, en su avance, un entorno local debido a la resistencia por viscosidad. Este entorno es una fase fluida cuya forma reproduce, ampliada, la forma de la bacteria en cuestión.

26. Reproducción de bacterias La reproducción de bacterias es asexual , generalmente por división binaria (o fisión binaria), en la que el cromosoma se duplica y luego la célula se divide por la mitad dando lugar a dos bacterias idénticas. Es un proceso extremadamente rápido, lo que explica la proliferación rápida infecciones bacterianas, por ejemplo. Otra forma es a través del esporulación , lo que ocurre en condiciones adversas como falta de agua y nutrientes , calor extremo, entre otros. En este caso, la célula sufre un engrosamiento de la envoltura e interrumpe el metabolismo, formando así una espora llamada endospora . Esta endospora es capaz de vivir en completa inactividad durante años. Clostridium tetani , causando tétanos y Bacillus Anthracis , lo que provoca el carbunclo o ántrax , son ejemplos de bacterias que producen endosporas y viven muchos años inactivas en el suelo. Al entrar en el interior del cuerpo humano o animal (ambiente anaeróbico) sufren desporulación y vuelven a su forma normal, infectando el cuerpo del huésped.

27. RECOMBINACIÓN GENÉTICA EN BACTERIAS Si bien no realizan reproducción sexual, las bacterias pueden realizar procesos de recombinación genética en los que producen nuevos individuos con características diferentes al individuo original. Existen 3 tipos de procesos en los que existe una mezcla de material genético: conjugación bacteriana, transformación bacteriana y transducción bacteriana.

28. REPRODUCCION BACTERIANA Las bacterias normalmente se multiplican por fisión transversal binaria. En muchas especies, las células hijas resultantes de un evento de división por fisión tienden a dispersarse por separado al medio, debido a la actuación de fuerzas físicas (movimiento browniano, cizallamiento, corrientes de convección, etc ). Esto hace que al observar al microscopio una población de estas bacterias veamos mayoritariamente células aisladas . Pero en algunas especies las células hijas pueden permanecer unidas entre sí (al menos durante un cierto tiempo tras la división de la que proceden) debido a que el tabique sea incompleto o a la existencia de capas mucosas que retienen juntos los productos de la división. Si la tendencia a permanecer unidas es baja, tendremos agrupaciones de dos células, que dependiendo que sean de morfología esférica o alargada, se denominan como: diplococos Diplobacilos Si la tendencia a permanecer unidas es mayor (por más tiempo), nos encontramos con varias posibilidades, dependiendo del número de planos de división y de la relación entre ellos: Si los tabiques son paralelos entre sí (o sea, existe un solo plano de división): estreptococos (cadenetas arrosariadas de cocos) y estreptobacilos (cadenetas de bacilos). Si existe más de un plano de división, en el caso de cocos podemos encontrar tres posibilidades: dos planos perpendiculares: tétradas (4 céls . en un plano) o múltiplos; tres planos ortogonales: sarcinas (paquetes cúbicos); muchos planos de división: estafilococos (racimos irregulares). En el caso de bacilos, se pueden dar variantes adicionales, debido a la posibilidad de que se produzcan movimientos postfisionales (en algunos casos con desgarro): bacilos en empalizada o en paquetes de cigarrillos (debido a giros de 180 o ) dos bacilos en ángulo (en forma de letra V o L ) varios bacilos formando “ letras chinas” .

29. FENÓMENOS DE MULTICELULARIDAD EN BACTERIAS Ciertos grupos de bacterias exhiben una pluricelularidad incipiente, de modo que se dan conjuntos de células asociadas permanentemente. En muchos casos, dentro de estos grupos celulares existen formas celulares diferenciadas y especializadas. Por supuesto, en ninguna instancia se puede hablar de diferenciación de tejidos (algo exclusivo de eucariotas). Mixobacterias . Como estudiaremos oportunamente, se trata de bacterias con dos fases dentro de su ciclo de vida: una fase a base de enjambres donde todas las células se mueven coordinadamente, y otra fase a base de cuerpos fructificantes en los que se aloja un tipo especializado de célula llamado mixospora .  Filamentos (= tricomas ) de ciertos grupos de Cianobacterias .  En ellos las células vegetativas individuales están unidas entre sí por puentes citoplasmáticos (permitiendo, por tanto, comunicación intercelular). Ciertas cianobacterias filamentosas poseen, además, células especializadas ( heteroquistes , aquinetos ) . Los filamentos no son exclusivos de cianobacterias, ya que también se dan en ciertas bacterias Gram-negativas no fotosintéticas. Cuerpos circulares del género Thermus : unas 14 células se encuentran englobadas por una pared externa común. Filamentos cenocíticos ramificados de los Actinomicetos : constituyen las denominadas “hifas” (por analogía con las de los hongos), que a su vez originan “micelios”.

30. GRACIAS