BACTERIAS

"Estamos en la Era de las Bacterias. Nuestro planeta ha estado siempre en la Era de las Bacterias.

Las bacterias son- y siempre han sido- las formas dominantes en la Tierra.” - Stephen J. Gould

Hay dos grandes grupos de procariotas bien diferenciados: Bacteria y Archea. Para evitar confusiones, debe recordarse que, en sentido general, debe emplearse el término procariota para Archea y Bacteria; el término bacteria se refiere específicamente a las células del dominio Bacteria.

MORFOLOGÍA DE LAS BACTERIAS:

Tamaño, Forma y Agrupación

Formas generales de las bacterias:

Oval o esférica (cocos) Cilíndrica o de bastón (bacilos) Espiral o helicoidal (espirilos)

La mayoría de las bacterias presentan forma de coco o bacilo.

COCOS Los cocos son células casi esféricas. Pueden existir como células

individuales, pero se asocian también en agrupaciones características que son útiles frecuentemente para identificar a las bacterias.

Agrupaciones de los cocos: Diplococos: los cocos se dividen en dos planos y permanecen

unidos en parejas. Estreptococos: se dividen en planos paralelos formando cadenas Tetracocos: se dividen en dos planos perpendiculares (cuatro

células) Sarcina: se dividen en tres planos perpendiculares dando

agrupaciones cuboidales. Estafilococos: se dividen en tres planos irregulares formando

racimos de cocos.

BACILOS

La otra forma más común bacteriana es el bastoncillo, denominado bacilo.

Los bacilos varían considerablemente entre la proporción de longitud y diámetro, siendo los cocobacilos tan cortos y anchos que parecen cocos. La forma del extremo del bacilo varía a menudo entre especies; puede ser plana, redondeada, en forma de puro o bifurcada. Aunque muchos bacilos aparecen aislados, pueden permanecer juntos después de dividirse, formando parejas (diplobacilo) o cadenas (estreptobacilo, en empalizada).

OTRAS FORMAS Aparte de estas dos formas más frecuentes, las bacterias pueden

adquirir una gran variedad de formas. Vibrios: bacterias en forma de bastoncillos, curvados, con forma de

coma o de espiral incompleta Actinomicetos: largos filamentos multinucleados característicos o hifas,

que pueden ramificarse para constituir una red denominada micelio. Espirilos: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o hélices

rígidos. Espiroquetas: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o

hélices flexibles. Con yema: de forma ovalada a pera que produce una yema al final de

una larga hifa. Con pedúnculos: Forma bacilar que tiene prolongaciones en forma de

rabillo o chichón. Pleomórficas: bacterias que tienen formas variables, aunque

generalmente tienen forma bacilar.

Pared celular

Por fuera de la membrana celular, se encuentra una pared celular rígida de péptidoglicano, que esta presente en todas las bacterias excepto los micoplasmas. La presencia de la pared protege a la bacteria de la diferencia de presión osmótica entre el medio interno de la bacteria y el medio exterior. De no existir la pared la bacteria estallaría. Además la pared cumple funciones de protección como por ejemplo contra sustancias tóxicas.

Función: da forma y rigidez a la célula, es sostén de la membrana citoplasmática y protege contra los efectos mecánicos, cambios en la presión osmótica y temperaturas

Existen dos tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por la Tinción de Gram (siglo XIX). El primer grupo de bacterias son aquellas capaces de retener el colorante cristal violeta luego de la decoloración con alcohol-cetona. Estas bacterias son llamadas Grampositivas. El segundo grupo esta conformado por aquellas bacterias incapaces de retener el colorante luego del tratamiento decolorante, por lo tanto son llamadas Gramnegativas.

En bacterias Gram-positivas: es más gruesa que la de los Gramnegativas. Posee péptidoglicano, ácidos teicoicos y lipoteicoicos. El componente fundamental es la mureína, un péptidoglicano que solo se encuentra en los procariontes. La mureína consiste en una cadena lineal de dos azúcares alternados N-acetilglucosamina y ácido acetilmurámico. A cada residuo de ácido murámico se encuentra unido un tetrapéptido compuesto de D- y L- aminoácidos. Aproximadamente un tercio de los tetrapéptidos presentes participan de la unión lateral entre cadenas adyacentes de mureína. La pared celular es biológicamente estable.

En bacterias Gram-negativas: El espesor de la pared celular de una bacteria Gramnegativas es considerablemente menor que el de una Grampositivas. La cantidad de mureína es mucho menor en los Gramnegativas. Los ácidos teicoicos no están presentes en las bacterias Gramnegativas. A ambos lados de la fina pared de mureína se encuentra un gel periplásmico, que define al llamado periplasma (antes llamado espacio periplasmático). Por fuera del periplasma se encuentra una estructura exclusiva de las Gramnegativas, la denominada membrana externa. Si bien es estructuralmente similar a una bicapa lipídica, su composición es diferente de la de otras membranas biológicas. Esta bicapa es muy asimétrica, la semicapa interna esta compuesta por fosfolípidos, pero la semicapa externa esta compuesta por lipopolisacáridos (LPS), altamente tóxico para el ser humano (endotoxina). Para obtener nutrientes las bacterias Gramnegativas, poseen porinas que son proteínas que forman poros en la membrana externa.

Membrana celular

Composición: Formada por una bicapa de fosfolípidos, con moléculas de colesterol intercaladas. Así mismo tiene proteínas intercaladas (integrales y semiintegrales) y superpuestas (periféricas). También tiene carbohidratos que pueden unirse a las proteínas o a los fosfolípidos.

Propiedades: Altamente selectiva, autoreconstructiva (cuando es un daño mínimo), asimétrica, elástica, resistente a la tensión, aislante eléctrico y fluida.

Funciones: protección. Aislamiento del medio externo, formación de compartimientos internos, permeabilidad selectiva, Transporte de sustancias en ambos sentidos, Receptor y traducción de señales externas, interacción celular, Sitio de actividades bioquímicas y Capacidad de desplazamiento y de expansión

1. Bicapa de fosfolípidos 2. Lado externo de la membrana 3. Lado interno de la membrana 4. Proteína intrínseca de la membrana 5. Proteína canal iónico de la membrana 6. Glicoproteína 7. Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa 8. Moléculas de colesterol 9. Cadenas de carbohidratos 10. Glicolípidos 11. Región polar (hidrofílica) de la molécula de fosfolípido 12. Región hidrofóbica de la molécula de fosfolípido

Citoplasma

Esta limitado por la membrana citoplasmática, y en el se encuentran las inclusiones celulares. En un principio considerado una "solución" homogénea de proteínas, los métodos de fraccionamiento acoplados a los estudios bioquímicos y de microscopía electrónica mostraron la complejidad del sistema. En realidad esta atravesado por numerosas membranas que lo compartimentalizan, si bien esta compartimentalización no es tan desarrollada como en eucariotas.

Genoma (área nuclear)

Las células bacterianas no contienen núcleo característico como en las células vegetales y animales, si bien tienen “cuerpos” dentro del citoplasma que se considera como estructura nuclear.

Se encuentra en una región llamada nucleoide. Se trata de una molécula superenrrollada de ADN bicatenario,

formada por dos moléculas antiparalelas de polinucleótidos complementarios.

Contiene la información genética e induce la división por fisión binaria.

Inclusiones

Hay de dos tipos: -Sin membrana que los rodea: gránulos de polifosfato,

polipéptidos, glucógeno, almidón y gotitas de grasa. -Con membrana que los rodea: gránulos de ácido de poli-β-

hidroxibutirato, azufre, carboxisomas (ayuda a la fijación de CO2) y vacuolas de gas (hace que la bacteria flote).

Estas inclusiones sirven como reserva de alimento, almacenamiento de energía y oxidación del azufre.

Ribosomas

Son elementos granulosos que se hallan contenidos en el citoplasma bacteriano; esencialmente compuestos por ácido ribonucleico, desempeñan un papel principal en la síntesis proteica.

Contienen dos subunidades: 30s y 50s Así mismo hay tres tipos: Mensajero, de

Transferencia y Ribosomal.

Flagelos

Son apéndices capilares sumamente finos que salen a través de la pared celular y que se originan en una estructura granular (cuerpo basal) en el citoplasma inmediatamente por debajo de la membrana celular.

Son la causa de la movilidad de las bacterias. Están hechos de flagelina (proteína de forma

helicoidal) Tienen tres partes: una estructura basal, una

estructura a manera de gancho y un filamento.

Fimbrias

También denominadas fimbriae. Muchas bacterias Gramnegativas poseen

apéndices cortos, finos, similares a pelos, más delgados que los flagelos y que normalmente, no participan en la movilidad celular. Una célula puede estar cubierta por 1000 fimbrias, pero sólo son visibles en el microscopio electrónico.

Compuestos por subunidades de proteínas organizadas helicoidalmente.

Cápsula

También conocida como glucocálix o cápsula mucosa. Es la sustancia viscosa que forma una cubierta o envoltura alrededor de la

célula. No está presente en todas las bacterias. Los hidratos de carbono están presentes en la membrana plasmática unidos

covalentemente a la proteína o lípidos formando glucoproteínas y glucolípidos. Sólo se encuentran en el lado externo de la membrana y son oligosacáridos y en algunas membranas polisacáridos. De esta forma la célula queda envuelta de material hidrocarbonado denominado glucocálix. En esta capa, la parte de hidratos de carbono, se pueden encontrar algunas proteínas. Los oligosacáridos pueden estar unidos a lípidos o proteínas, mientras que los polisacáridos sólo se unen a las proteínas. El grado de desarrollo del glucocálix es muy variable, en la mayoría de las células forma una capa muy delicada. Sin embargo, en las células epiteliales suele estar muy desarrollado.

Tiene las funciones de: Selectividad en la incorporación de sustancias de bajo peso molecular a la célula, Reconocimiento específico de células entre sí, Uniones intercelulares y de las células con la matriz extracelular mediante glucoproteínas transmembranales, Propiedades inmunitarias, Anclaje de enzimas, Cambios en la carga eléctrica en medio extracelular y contribuye a la virulencia.

Plásmido

Acumulo de DNA que se replica en el citoplasma bacteriano independientemente de la replicación del cromosoma. Aunque en general es adecuado decir que el genoma de los procariotas consta de un solo cromosoma, muchas bacterias poseen, además, uno o varios elementos genéticos accesorios extracromosómicos, a los que denominamos plásmidos, los cuales poseen capacidad de replicación autónoma (es decir, constituyen replicones propios).

Esporas

Ciertas bacterias grampositivas pueden sintetizar un órgano de resistencia que les permite sobrevivir en condiciones más desfavorables, y se transforma de nuevo en una forma vegetativa cuando las condiciones del medio vuelven a ser favorables.

Esporulación: Se activan genes que producen la maquinaria para formar la espora y se

desactivan genes involucrados en la función vegetativa celular. Se forma un filamento axial de ADN Se produce una invaginación de la membrana lo que produce una estructura de

membrana doble que engloba a la espora en desarrollo. En el centro se sintetizan los constituyentes únicos de la espora. Posee un

sistema generador de energía por glucólisis. La espora queda rodeada de adentro hacia afuera por: la pared de la espora, la

corteza, la capa y el exosporio.

Pili

También nombrados pilus. Son apéndices similares a las fimbrias. Hay

aproximadamente de 1 a 10 por célula. Los pilis sexuales se diferencian por que son más anchos, están determinados genéticamente por factores sexuales o plásmidos conjugativos y son necesarios para la conjugación bacteriana.

NUTRICIÓN

Para obtener energía y elaborar nuevos componentes celulares, los organismos tienen que disponer de materias primas, o nutrientes. Los nutrientes son sustancias que se emplean en la biosíntesis y producción de energía, y en consecuencia, son necesarios para el crecimiento microbiano.

Los nutrientes se pueden clasificar en dos tipos:

1. Macronutrientes: o macroelementos, son compuestos o elementos requeridos en cantidades significativas, como el carbono, el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, hierro, calcio y agua.

2. Micronutrientes: o microelementos, son compuestos o elementos requeridos en cantidades pequeñas o elementos traza, como el cobalto, cobre, manganeso, níquel, selenio, tungsteno.

Las bacterias se pueden clasificar por su tipo de nutrición:

1. Al recibirla de una fuente de energía Fotótrofos: reciben la energía de la luz, como las cianobacterias Quimiótrofos: reciben la energía de la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos.

2. Por su fuente de carbono Autótrofos: utilizan el CO2 como única o principal fuente de carbono. Tienen

necesidades más simples. Satisfacen todas sus necesidades de C a partir del CO2 y la energía es suministrada por la oxidación del S2.

Heterótrofos: Utilizan moléculas orgánicas preformadas, reducidas, de los organismos. Normalmente son bacterias patógenas. Pueden tener necesidades de nutrientes específicos.

3. Por la fuente de hidrógeno o electrones Litótrofos: Utilizan moléculas orgánicas reducidas Organótrofos: Utilizan moléculas orgánicas

METODOS DE REPRODUCCIÓN BACTERIANA Los procariotas tienen una organización mucho mas simple que la de los

eucariotas, los cuales entre otras cosas, tienen muchos mas cromosomas. El cromosoma procariota es una sola molécula circular de ADN contenida en

una región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por una membrana. Este cromosoma es el elemento obligatorio del genoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que si se pierden, la bacteria sigue siendo viable.

El método usual de duplicación de las células eucariotas se denomina fisión binaria. La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma original del replicado.

Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica composición genética (excepto por la posibilidad de una mutación espontánea)

Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los miembros de ese clon (colonia).

Otra forma de duplicación en procariontes es la gemación que es un sistema de duplicación de organismos unicelulares donde por evaginación se forma una yema que recibe uno de los núcleos mitóticos y una porción de citoplasma. Uno de los organismos formados es de menor tamaño que el otro

TRANSFORMACIÓN: Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive.

CONJUGACIÓN: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que se llama F+ posee un plasmido, además del cromosoma bacteriano.

TRANSDUCCIÓN: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra se realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias.

a, el virus se acopla a la bacteria

b., el virus rompe la pared bacteriana

c, el virus inyecta su ADN

Bacillus anthracis

Ántrax o Carbunco

Infección subcutánea. La zona infectada por el ántrax se vuelve roja e inflamada. En algunas zonas se libera pus, el tejido se necrosa y ulcera y tras la extirpación cicatriza. Fiebre, pápula cutánea, septicemia.

Clostridium perfringens

Gangrena gaseosa

Enfermedad infecciosa de los animales de granja que se caracteriza por hinchazón subcutáneo y generalmente es fatal

Clostridium tetani

Tétanos Enfermedad grave del sistema nervioso a través de heridas. Sus síntomas son: cefalea, depresión, dificultad para tragar  y para abrir la mandíbula por completo, rigidez del cuello, espasmo en músculos de la mejilla. Fiebre, parálisis.

Clostridium botulinum

Botulismo Intoxicación producida por el consumo de alimentos contaminados por una bacteria tóxica

Corynebacterium diphtheriae

Difteria La toxina afecta al corazón y al sistema nervioso central. Se forma un exudado blanco grisáceo que afecta a las superficies de la nariz y la garganta, aumenta de tamaño y llega a obstruir el conducto respiratorio

Escherichia coli

Diarrea Alteración del ritmo intestinal que se acompaña de deposiciones semilíquidas. La perdida de líquidos puede producir deshidratación

Listeria monocytogenes

Encefalitis

Cualquier enfermedad infecciosa del sistema nervioso central humano caracterizada por inflamación del cerebro. Los síntomas típicos son cefalea, fiebre y letargia intensa, que puede conducir con el tiempo a un estado de coma. En la fase aguda de la enfermedad suele haber visión doble, delirio, sordera y parálisis facial. Los efectos tardíos de la encefalitis pueden comprender sordera, epilepsia y demencia

Tuberculosis Tuberculosis

Enfermedad infecciosa aguda o crónica, que puede afectar a cualquier tejido del organismo pero que se suele localizar en los pulmones. El nombre de tuberculosis deriva de la formación de unas estructuras celulares características denominadas tuberculomas, donde los bacilos quedan encerrados. La enfermedad no suele aparecer en animales en su hábitat natural pero sí puede afectar al ganado vacuno, porcino y avícola.

Neisseria meningitidis

Meningitis

Inflamación de las meninges que envuelven el cerebro y la médula espinal. Se debe  a la invasión  de las meninges por microorganismos  bacterianos a través de la circulación. Sus síntomas: cefalea, rigidez de nuca, fiebre, náuseas, vómitos, apatía e irritabilidad, que con frecuencia conducen al coma

Salmonella sp Salmonelosis

El organismo se transmite por alimentos contaminados, producen dolor abdominal, fiebre,

náuseas, vómitos y diarrea Salmonella typhi, S. paratyphi

Fiebre tifoidea

Fiebre alta, bacteriemia, cefalalgia, estupor, tumefacción de la mucosa nasal, lengua tostada, úlceras en el paladar; hepatoesplenomegalia, diarrea, perforación intestinal

Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Mycoplasma spp., Chlamydia spp.

Neumonía Fiebre alta, expectoración amarillenta y/o sanguinolenta, dolor torácico.

Streptococcus spp.

Erisipela Fiebre, eritema, prurito, dolor

Treponema pallidum

Sífilis Enfermedad infecciosa de trasmisión sexual, causada por la espiroqueta Treponema pallidum. La infección por objetos es muy poco frecuente porque el microorganismo muere por desecación en poco tiempo. La madre gestante puede transmitir la enfermedad al feto, originándose la llamada sífilis congénita, diferente, desde el punto de vista clínico, de la afección por transmisión sexual

Vibrio cholerae

Cólera Grave enfermedad infecciosa endémica en India y en ciertos países tropicales, aunque pueden aparecer brotes en países de clima templado. Los síntomas del cólera son fiebre, diarrea, vómitos y deshidratación por la pérdida de líquidos y sales minerales en las heces. En los casos graves hay una diarrea muy importante, con heces características en "agua de arroz", vómitos, sed intensa, calambres musculares, y en ocasiones, fallo circulatorio. En estos casos el paciente puede fallecer a las pocas horas del comienzo de los síntomas. Dejada a su evolución natural, la mortalidad es superior al 50%, pero no llega al 1% con el tratamiento adecuado

Yersinia enterocolitica

gastroenteritis

Enfermedades infecciosas del estómago y el intestino. Producen dolor abdominal, náuseas vómitos, diarrea y síntomas generales.

GRAM NEGATIVAS Los cocos Gram-negativos causan la gonorrea (Neisseria

gonorrhoeae), meningitis (Neisseria meningitidis) y síntomas respiratorios (Moraxella catarrhalis), entre otros. Los bacilos Gram-negativos incluyen un gran número de especies. Algunos de ellos causan principalmente enfermedades respiratorias (Hemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae , Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa), enfermedades urinarias (Escherichia coli, Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae, Serratia marcescens) y enfermedades gastrointestinales (Helicobacter pylori, Salmonella enteritidis, Salmonella typhi). Otros están asociadas a infecciones nosocomiales (Acinetobacter baumanii) y vibrio cholerae que produce colera.

GRAM POSITIVAS Incluyen especies tanto móviles (vía flagelos) como

inmóviles con forma de bacilo (Bacillus, Clostridium, Corynebacterium, Lactobacillus, Listeria) o coco (Staphylococcus, Streptococcus); con gruesas paredes celulares o sin ellas (Mycoplasma). Algunas especies son fotosintéticas, pero la mayoría son heterótrofas. Muchas de estas bacterias forman endosporas en condiciones desfavorables. Realmente, no todas las bacterias del grupo son Gram-positivas (no se tiñen por la aplicación de ese método), pero se incluyen aquí por su similitud molecular con otras bacterias Gram-positivas.