Bacteria 1

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ESTRUCTURA DE LA PERED BACTERIANA Dra. Q.F. DORS YUPANQUI SICCHA

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ESTRUCTURA DE LA PERED BACTERIANA

Dra. Q.F. DORS YUPANQUI SICCHA

Foto del Staphylococcus aureus (Microscopía Electrónica)

staphylococcus

Foto del Escherichia coli (Microscopía Electrónica)

Los microorganismos Gram positivos, como el Staphylococcus aureus,

adquieren un color violeta después de la coloración de Gram debido a

que contienen una pared celular estructuralmente muy diferente a la de

los microorganismos Gram negativos, como la Escherichia coli, que

adquieren un color rosado.

El tercer grupo de Eubacterias es el de

los Bacilos Acido-Alcohol Resistentes (BAAR) que pueden ser

diferenciados utilizando la coloración de Ziehl-Neelsen. La diferencia

en la coloración no se debe a reacciones químicas con ciertos

componentes de la pared sino a la estructura física de la misma.

COLORACIÓN

Las Eubacterias Gram positivas son células que contienen una membrana

citoplasmática con fosfolípidos y proteínas. Por fuera de la membrana

citoplasmática se encuentra la Pared Celular que está compuesta por una

ancha capa de Peptidoglicano. Este Peptidoglicano es una macromolécula

gigante formada por cadenas de un dímero compuesto por:

N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico. A su vez, estas cadenas se

encuentran unidas entre sí mediante Péptidos, que son pequeñas cadenas

de aminoácidos que se entrecruzan. Estos puentes peptídicos son

característicos de las distintas bacterias y presentan mayor rigidez cuanto

más completo sea el entrecruzamiento. El Peptidoglicano es una

Malla Porosa que otorga forma y rigidez a la célula, y evita que la célula

estalle en medios hipotónicos. Al ser porosa permite el paso de nutrientes

desde el exterior y el movimiento de enzimas catalíticas y productos de

secreción hacia el exterior de la célula.

La pared celular Gram positiva también contienen Ácidos Teicoicos y

Ácidos Lipoteicoicos. Los ácidos teicoicos son cadenas de ribitol o

glicerol unidas por fosfodiésteres, y están unidos covalentemente al

peptidoglicano por medio de grupos fosfodiéster en el oxihidrilo del

C6 del N-acetilmurámico. Los ácidos lipoteicoicos son polímeros de

glicerofosfato se encuentran anclados en la membrana citoplasmática

y no están unidos al peptidoglicano. La función de estos compuestos

sería estructural, pero existen evidencias que indican que también

participarían en la regulación de las enzimas hidrolíticas que renuevan

la pared celular (autolisisnas).

Esquema de las Envolturas de una Eubacteria Gram Positiva

Bacterias Gram (+)

ESTRUCTURA DEL PEPTIDO GLICANO

Las Eubacterias Gram negativa

son células rodeadas por una membrana citoplasmática formada por una

bicapa fosfolipídica y proteínas. Por encima de esta membrana se encuentra

una fina capa de peptidoglicano que se halla unida covalentemente a una

s Lipoproteínas de Anclaje que fijan la Membrana Externa por medio de porciones lipofílicas. Entre la membrana citoplasmática y la membrana externa queda delimitado el Espacio Periplásmico. Este espacio es ocupado por el Periplasma que es una matriz isotónica respecto al citoplasma, isotonicidad que es mantenida mediante los oligosacáridos derivados de membrana (MDO), y en la que se hallan componentes catalíticos de suma importancia para la viabilidad celular.

La membrana externa tiene una estructura de bicapa asimétrica en donde

la cara externa esta compuesta por el Lipopolisacarido (LPS) y la cara

interna por fosfolípidos.

Además, esta membrana es rica en proteínas, algunas de las cuales se

denominan Porinas. La membrana externa funciona como una barrera

de permeabilidad para ciertas sustancias como antimicrobianos y enlentece

el pasaje de otros que son inactivados en el periplasma. El LPS está

formado por tres regiones: el polisacárido O (Antígeno O), el polisacárido

del centro (KDO) y el lípido A (Endotoxina). La presencia del LPS en la

membrana externa le confiere a la célula una efectiva protección contra

enzimas digestivas y detergentes como las sales biliares, y dota a la

superficie bacteriana con una fuerte hidrofilicidad que le permite a la célula

evadir la fagocitosis, tener cierta resistencia al complemento, evitar la

respuesta inmune específica por alteración de la superficie antigénica y

adherirse a ciertas células del hospedador. Las porinas son poros o

canales proteicos no específicos que pueden ser atravesados por

pequeñas moléculas hidrofílicas. En la membrana externa se encuentran

otras proteínas que funcionan como canales de difusión específicos y

facilitan el paso de di, tri y oligosacáridos.

Esquema de las Envolturas de una Eubacteria Gram Negativa

Bacterias Gram (-)

Los microorganismos pertenecientes al género Mycobacterium se caracterizan

por tener una pared celular completamente diferente a las restantes eubacterias.

La pared de las Mycobacterias posee un alto contenido de lípidos que la hace

impermeable a los agentes hidrofílicos, por lo tanto estos microorganismos no se

tiñen adecuadamente con los reactivos utilizados en la coloración de Gram y no

pueden ser clasificados como Gram positivos o negativos. Las Mycobacterias son

teñidas adecuadamente por el método de Ziehl-Neelsen (Tinción Acido-Rápida

o Acid-Fast Stain) que utiliza como solución decolorante una mezcla de etanol y

ácido clorhídrico. Estos microorganismos una vez coloreados son resistentes a la

decoloración ácido-alcohólica y por eso se denominan Bacilos Acido Alcohol

Resistentes (BAAR).

Los microorganismos del género Mycobacterium contienen una membrana

citoplasmática formada por una bicapa lipídica similar a las restantes

eubacterias. Por encima de esta membrana se encuentra el rígido Peptidoglicano que contiene N-glucolilmurámico en lugar de N-acetilglucosamina.

Mycobacterium tuberculosis

El Mycobacterium tuberculosis es el agente etiológico de la tuberculosis, una enfermedad que primariamente produce lesiones en los pulmones y que puede causar la muerte si nos es tratada en forma adecuada. Existen otras Mycobacterias capaces de producir infecciones en el hombre. El M. bovis también causa tuberculosis, mientras que las infecciones producidas por M. avium, M. kansakii, M. fortuitum y M. chelonei son consideradas oportunistas y no tuberculosas. La lepra es una infección causada por el Mycobacterium leprae que es un parásito intracelular obligado que se multiplica lentamente en células fagocitarias mononucleares como los histiocitos de la piel y en las células de Shwan de los nervios.

La tuberculosis es una enfermedad de distribución mundial pero con consecuencias devastadoras en los países en desarrollo. En el año 1993 la Organización Mundial de la Salud (OMS - WHO World Health Organization) declaró a la tuberculosis una "Emergencia Global". Se estima que un tercio de la población mundial está infectada con el M. tuberculosis, y que en la próxima década serán infectadas más de 300 millones de personas de las cuales 90 millones desarrollarán la enfermedad y 30 millones morirán por ella.

PEPTIDOGLICANO

Esquema de la estructura del peptidoglicano del Staphylococcus aureus

Esquema de la estructura del peptidoglicano de la Escherichia coli

PEPTIDOGLICANO

Síntesis del

Peptidoglicano

de una Eubacteria

Endospora o Espora Bacteriana

Las endosporas son formas de resistencia que desarrollan ciertos bacilos y

cocos Gram positivos. Entre los bacilos formadores de endosporas se

encuentran las especies Bacillus (aeróbicos), Sporolactobacillus

(microaerófilos), Clostridium (anaeróbicos), Desulfotomaculum (anaeróbico

reductor de sulfato), Sporohalobacter (anaeróbico halófilo) y Anaerobacter

(anaeróbico fijador de nitrógeno), mientras que los cocos son de la especie

Sporosarcina (aeróbicos).

Formación de una Endospora en un Bacilo Gram Positivo

Espora

Resistencia de las Endosporas

Las esporas bacterianas comienzan a formarse durante la fase estacionaria de crecimiento cuando se han agotado uno o más nutrientes del medio, pueden sobrevivir en ambientes adversos durante meses o años, y una vez que las condiciones de crecimiento sean apropiadas pueden germinar y desarrollarse para formar células vegetativas. Las endosporas se caracterizan por un bajo contenido de agua, no tienen un metabolismo detectable, y carecen de compuestos de alta energía como ATP y otros nucleósidos trifosfatos. Además, son altamente resistentes a la desecación, congelación, radiación y a la acción de ciertas sustancias químicas.

Normalmente, el DNA de una célula procarionte sufre lesiones espontáneas debido a la depurinización, desaminación, alquilación y oxidacíón de losnucleótidos o al efecto de la radiación UV. Sin embargo, en las células vegetativas estos daños son rápidamente reparados por efectivos sistemas enzimáticos. En cambio, las esporas bacterianas no presentan actividad enzimática pero han desarrollado distintas estrategias que evitan la acumulación de daños potencialmente letales en su DNA durante el estado de latencia. Estas son:

El bajo contenido de agua retarda o altera las reacciones químicas que afectan al DNA. Este menor contenido de agua disminuye la tasa de depurinización y la fotoquímica del DNA frente al UV respecto a las de una célula vegetativa. La radiación UV no genera dímeros de timina en el DNA de una espora sino un producto denominado SP (spore photoproduct) que es un compuesto similar a una timinil-timina.

El DNA de la espora se encuentra unido a unas proteínas denominadas alfa /beta-SASP (small acid-soluble proteins) que disminuyen el daño térmico del DNA evitando la depurinización y cambian la reactividad fotoquímica del DNA frente al UV formando los SP. Estas proteínas se hallan altamente coservadas en los géneros Bacillus y Clostridium, y son sintetizadas durante la esporulación y degradadas durante la germinación.El DNA alterado durante la latencia es reparado en los primeros momentos de la germinación.Las esporas presentan una elevada concentración de ácido dipicolínico que permite complejar grandes cantidades de calcio iónico (Ca2+). El ácido dipicolínico es una sustancia característica de la espora pero no se encuentra en la célula vegetativa.

Germinación de las Endosporas

La germinación de una espora que lleva a la formación de una célula vegetativa consiste de tres fases secuenciales:

Activación: Es una proceso reversible que condiciona a la espora para germinar en un ambiente adecuado. Involucra la desnaturalización reversible de algunas proteínas.Germinación: Es una proceso irreversible en el que participan enzimas que contiene la espora. En este etapa hay actividad metabólica, y se pierden las características de la espora como refractariedad y resistencia a agentes físicos y químicos. Crecimiento: Hay una alta actividad biosintética con síntesis de proteínas, RNA mensajero y componentes estructurales como en una célula vegetativa. Se desarrolla la pared celular. Se forma la célula vegetativa.

Las bacterias formadoras de esporas habitan generalmente en el suelo y son fundamentalmente bacterias Gram positivas

CRECIMIENTO BACTERIANO

FISIÓN BINARIA

Crecimiento individual continuo,

hasta que la célula se divide en

dos células hijas, exactamente

iguales

Fisión Binaria del Staphylococcus aureus

HISTORIA

1928 Fleming.• Penicillum notatum