Formación de endosporas

Introducción
Martes, 28 de septiembre de 2004
Introducción
Microbiología es la ciencia que estudia los microorganismos. Es difícil
definir qué es un microorganismo. La definición intuitiva es de un microorganismo que no se puede ver en el ojo humano, es decir de tamaño menor que 0.1 mm. Pero hay organismos minúsculos que no son microorganismos, como los ácaros y sus parecidos, por tanto esta ciencia se define
por sus métodos de trabajo más que por tamaño. Los organismos estudiados son las bacterias, los virus, los hongos, las algas y los protozoos. También se estudian agentes no convencionales, como los priones.
Los métodos de trabajo de la microbiología:
 Aislamiento del microorganismo estudiado
 Cultivo axénico – cultivo de una especie única.
 Esterilización del medio para asegurar el estudio de una especie.
Historia de la microbiología
AV Leeuwenhoek era el primer en construir un instrumento que permite ver los microorganismos – el microscopio. También describió unos
ejemplos de microorganismos.
Redi demostró que no existe la generación espontánea (la idea que vida
sale del material no vivo) en un experimento de moscas y carne. En el experimento se veía que las moscas solo pueden reproducirse cuando tienen
acceso a la carne, para depositar allí sus huevos. Cuando no podían llegar
a la carne, no aparecieron moscas.
Pasteur descubrió la fermentación y demostró que la causan los microorganismos. También desarrollo la pasterización, calentamiento del alimento (como leche) para eliminar patógenos.
Tyndall descubrió las formas termo-resistentes, que sobreviven el proceso de pasterización.
Microorganismos y enfermedades
Fracastoro, un científico italiano del siglo XVI, pensaba que organismos invisibles provocan algunas enfermedades.
Bossi, otro científico italiano del siglo XVIII, relacionó la enfermedad
del gusano de seda con un hongo que le ataca.
Lister introdujo la idea de cirugía antiséptica utilizando fenol para
eliminar microorganismos patógenos.
R. Koch relacionó enfermedades con bacterias. La bacteria Bacilus
anthracis con la enfermedad ántrax carbunclo (de vacas). Desarrolló los
métodos clásicos de la investigación microbiológica (aislamiento, cultivo
axénico), las herramientas (placas de Petri) y productos utilizados (agar-
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Introducción
Jueves,30 de septiembre de 2004
agar). Los postulados de Koch son muy importantes en los estudios de microbiología.
Postulado 1. El microorganismo patógeno sospechoso debe estar presente en todos los casos de la enfermedad y ausente en el animal sano.
Postulado 2. El microorganismo sospechoso debe cultivarse en cultivo
axénico (puro).
Postulado 3. Las ululas de un cultivo axénico del microorganismo aislado deben causar la enfermedad en animales sanos.
Postulado 4. El microorganismo debe ser reaislado y ser idéntico al microorganismo original.
Pasteur desarrolló las vacunas. Demostró científicamente que la reducción patógena puede evitar la enfermedad. Desarrollo vacunas contra
la cólera de los pollos (1879), el carbunclo (1881) y la rabia (1885).
En una vacuna, el agente infeccioso de baja patogenidad estimula el
sistema defensivo y ayuda enfrentar la enfermedad cuando el individuo
está expuesto de nuevo al mismo agente patógeno.
Procariotas y eucariotas
Los microorganismos se encuentran en diferentes niveles de organización:
 Unicelular (bacterias, hongos)
 Multicelular (bacterias, hongos)
 Cenocítica (hongos, algas)
Procariotas. Células que se caracterizan por carencia de núcleo y otros
orgánulos.
Eucariotas. Células que se caracterizan por su material genético envuelto de envoltura nuclear doble. También contienen orgánulos celulares,
como mitocondrias, aparato de golgi y retículo endoplasmático.
Clasificación de microorganismos
 Haeckel (1866)
o Diferenciación celular elevada

Vegetal

Animal
o Diferenciación celular baja – protistas
(algas, protozoos, bacterias, hongos)
 Clasificación de los cinco reinos (Whittaker, 1969)
 Clasificación Woese (1974). Comparación del segmento 16S del rRNA,
se estudia este segmento porque es muy conservado y casi cualquiera
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Procariotas y eucariotas
Martes, 5 de octubre de 2004
mutación en él produce una célula no viable, ya que no puede sintetizar proteínas.
 Clasificación de tres dominios:
o Bacteria
o Archea
o Eucaria
 Otros postulados:
o Dos imperios (Mayr)

Eucariotas

Procariotas

Eubacterias

Archaebacteria
o Tres dominios con transferencia lateral de genes (Doolittle).
Comparación a nivel genética demuestra transmisión de genes
entre grupos.
o Anillo de la vida. En la reexaminación del genoma entero se
observa que antes de la formación del eucariota había fusión de
los dos tipos de procariotas: eucariota y archaebacteria.
Bacterias
Clasificación en función de la presencia o ausencia de pared celular. En
la presencia de pared celular, de que tipo es.
 Presencia de pared celular (clasificación según la reacción a un tipo
de pared celular).
o Gram positivo
o Gram negativo
 Pared celular ausente – micoplasmas
Archaea o archaebacteria. Aunque su nombre indica diferentemente,
las archaebacterias son más evolucionadas en realidad que las eubacterias. La composición de su pared y membrana celular es completamente
distinta de la eubacteriana. Viven en ambientes extremos: son termófilas
extremas (temperatura mínima de 82º, temperatura optima de 105º), algunas son acidófilas, metanógenas y halófilas.
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Procariotas y eucariotas
Martes, 5 de octubre de 2004
Virus
Los virus necesitan células vivas para reproducirse. Utilizan la maquinaria sintetizadora de la ulula para formar nuevas copias. Los virus constan de materia genética en forma de RNA o DNA y una cápsula proteica.
Agentes subvirales
Viroides
Solo asociados a patologías vegetales. Formados por material genético
en forma de ssRNA (cadena simple) que contiene entre 246 y 375 bases nitrogenadas. Carecen de cápsula y envoltura – son realmente RNA libre,
por tanto son muy frágiles. Pasan directamente de una progenitora a sus
descendientes.
Satélites de RNA circulares
Patógenos de plantas. En los animales se ha descubierto sólo uno, relacionado con la hepatitis: agente de la hepatitis Δ, que coopera con el virus
helper HBV. Para poder multiplicarse necesita la ayuda de otro virus, que
tiene la suficiente información genética para poder multiplicarse (virus
helper). Consta de una molécula de ssRNA de aproximadamente 1,700 bases.
Priones
Son los agentes causales de enfermedades como Scrapie, BSE, Kuru y
CJD. Son proteínas que son capaces de modificar la conformación de otras
proteínas muy parecidas, cambiando su grado de hidrosolubilidad, que
como consecuencia produce agregados en el tejido.
Microscopia
DEF. Resolución de un microscopio óptico (d):
1. Diámetro del objeto más pequeño que se ve
2. Distancia mínima a la que tiene que estar separados dos puntos
para poderlos apreciar como distintas.
d
0.612  
n  sin 
λ – Longitud de onda
α – mitad del ángulo formado por el cono de luz al penetrar el objeto
n – índice de reflexión
d ojo – 0.1-0.2 mm
d microscopio óptico – 0.2 µm
d microscopio electrónico 0.1-0.2 nm (en muestras biológicas el límite es
2 nm)
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Microscopia
Jueves, 7 de octubre de 2004
Lupa binocular – permita ver células vivas como no hace falta fijar las
muestras, por tanto se utiliza en fecundación en Vitro y en botánica (células
gruesas)
Microscopio óptico
Para conservar muestras, hay que fijar la muestra, tantas muestras de
tejido sólido como de suspensión celular.
Tipos de microscopios ópticos:
Microscopios de campo claro
Microscopio óptico convencional (d = 0.2 µm).
Aumenta por 1000-1200.
Hay que teñir la muestra o que ella misma
sea colorada para verla. No se puede ver células vivas en este microscopio.
Microscopio óptico de contraste de fases.
Aumenta por 400. Este microscopio transforma el retraso en la onda de
luz que ha pasado a través de partes de la célula a cambios en la longitud de
onda, que se ven como cambios de color. Este microscopio es útil para ver
células que es importante mantenerlas vivas.
Microscopio óptico contraste inferencial Nomarski.
Aumenta por 400. Se ven células sin teñirlas, por tanto se puede mantenerlas vivas. Este tipo de microscopio se caracteriza por producir una imagen tridimensional con la textura de la célula. Por tanto, es útil en experimentos de transgenia y fecundación en Vitro.
Microscopio invertido.
Tiene los mismos elementos del microscopio óptico convencional, pero
ordenados de otra forma – el ocular es la parte inferior del microscopio.
Microscopios de campo oscuro
Solo la luz que atraviesa el objeto llega al ocular (se basa en el efecto
Tyndall). Permite mayor resolución.
Microscopio de fluorescencia.
Este microscopio es útil para ver células que no hace falta mantenerlas
vivas (el proceso las mata). El microscopio se basa en dos elementos:
1. Lámpara de mercurio – emite radiación UV.
2. Fluorocromos – moléculas que se caracterizan por que emiten radiación visible al ser agitadas por radiación UV.
La ventaja de este tipo de microscopio óptico es la información que nos
provee:
Identificación de proteínas: para detectar una proteína específica dentro
de la célula, se usan anticuerpos especiales marcados con fluorocromos.
Después, se lava la célula y sólo quedan teñidas las proteínas unidas a los
anticuerpos.
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Microscopia
Jueves, 7 de octubre de 2004
Identificación de ADN: para detectar un segmento específico de ADN, se
usan segmentos complementarios a esta secuencia de ADN marcados con
fluorocromos. Después, se lava la célula y se quedan sólo las secuencias
marcadas con los fluorocromos.
Microscopio confocal
Cuando hay en células grandes fluorocromos, no se puede distinguirlos
en las diferentes profundidades – hay demasiados fluorocromos para obtener
buena resolución. El microscopio confocal dirige luz en foco a las diferentes
profundidades y así toma diferentes imágenes de las diferentes profundidades de la célula, en buena resolución.
Microscopio electrónico
En cualquier tipo microscopio electrónico, hay que fijar la célula, por
tanto no se puede ver la célula y mantenerla viva.
Microscopio electrónico de transmisión.
Para poder ver el imagen bien, hace falta que 50-90% de los electrones
pasen a través de la muestra. La imagen se forma así: en la pantalla de visualización, donde no llega ningún electrón, hay un punto oscuro, y donde
llega un electrón un punto claro. Los átomos con Nº atómico más alto no dejan pasar a los electrones mientras que los átomos con Nº atómico más bajo
si que los dejan pasar. Como en una muestra biológica los átomos tienen Nº
atómico muy cercano uno al otro, resulta que el contrasto no es muy bueno.
Para mejorar el contrasto, se añade a la muestra sales de metales, como el
osmio, que se adhiere bien a los lípidos. En este tipo de microscopio también
se puede detectar proteínas específicas usando anticuerpos que están marcadas con elementos densos. Esta técnica se llama Immunogold.
Microscopio electrónico de rastreo (scanning).
En este tipo de microscopio se ven los electrones que se reflejen de la
muestra y se ve la superficie de la muestra. No se puede cortar tallas, sino
la imagen es plana. Para que el reflejo de la muestra sea más fácil, se puede
cubrir la muestra en metales pesados. Este tipo de microscopio no tiene
buena resolución.
Para obtener buena resolución y mantener la sensación tridimensional,
se usa el microscopio electrónico de transmisión y criofractura.
Criofractura: se congelan las muestras en N2 líquido a -196º, y luego se
rompen las muestras. Se produce una fractura, que en general separa las
dos capas de la membrana celular. Luego, la muestra está cubierta en platina, en ángulo no directo (no toda la superficie esta cubierto por la platina).
Después, la muestra está cubierta en carbono, en ángulo directo (cubre todo
el superficie). Por ultimo, se lava la muestra en un solvente fuerte que disuelva toda la materia orgánica.
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Microscopia
Jueves, 7 de octubre de 2004
Las partes del molde hechos de platina no dejan pasar a los electrones, y
se ven áreas oscuros, mientras las áreas donde hay solo carbono dejan pasar
a los electrones y se ven áreas claras.
Observación de microorganismos
Observación de microorganismo en fresco
Los microorganismos se observan libres de cualquiera manipulación.
Este método se utiliza cuando se quiere ver si los microorganismos son
móviles y viables.
Se ha de utilizar microorganismos en cultivos líquidos y jóvenes. Es difícil observar los microorganismos en este método ya que hay poco contraste y cuesta enfocar el microscopio.
Técnicas
 En porta excavado (Koch)
 Entre porta y cubreobjetos normales
Tinciones
Se utilizan para aumentar el contraste, por el uso de colorante. Antes
de teñir la muestra, hace falta extender los microorganismos (disminuir el
numero de microorganismos por unidad de superficie) para poder distinguirlos mejor. También hay que fijar los microorganismos a la porta. La
fijación se hace mediante la coagulación del protoplasma, por deshidratación (al aire libre o con calor).
Colorantes
Los colorantes son compuestos orgánicos que tienden a unirse a determinadas zonas del microorganismo. Hay tres grupos de colorantes:
 Catiónicos o básicos. Tienden a unirse a cargas negativas. ejemplos:
violeta de genciana, safronina.
 Aniónicos o ácidos. Tienden a unirse a cargas positivas. Ejemplos: eosina, fucsina.
 Liposolubles. Tiñen lípidos.
Muchas veces se usan mordientes para facilitar la tinción. Los mordientes facilitan la penetración del colorante a la célula. Ejemplo: lugol.
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Observación de microorganismos
Jueves, 14 de octubre de 2004
Tipos de tinciones
El tipo de tinción depende de la finalidad de la observación.
Tinción simple
Sirve para aumentar el contraste. Se utiliza un solo colorante, normalmente catiónico. Por este tipo de tinción se observan el tamaño de los
microorganismos, su forma y su disposición.
Tinción diferencial
Diferencian las células por propiedades tintoriales. También permiten
observación de tamaño, forma y disposición. Se usan más de dos colorantes
(catiónicos), mordiente y descolorante.
Tinción de Gram
Diferencia dos grupos grandes entre las bacterias: Gram positivos y
Gram negativos.
Técnica:
 Extensión y fijación
 1º colorante – violeta de Genciana
 Cubrir con lugol (mordiente)
 Decolorar con alcohol-acetona. Punto critico!
 2º colorante – safronina (colorante de contraste)
Variabilidad bacteriana frente la tinción de Gram
Las bacterias Gram negativos son muy constantes, pero los positivos
no lo son tanto, especialmente los cultivos viejos, que pierden la facultad
de retención de color. Aparte, las endosporas no se tiñen bien.
Teoría de la composición de la pared celular
Las bacterias Gram positivos tienen una pared celular de capa gruesa
de peptidoglicanos con pocos muy pequeños. Una vez ha penetrado el colorante, no sale fácilmente y la disolución de alcohol-acetona cierra los poros
aun más y dificulta la salida del colorante de la célula.
Las bacterias Gram negativas tienen la pared celular más delgada con
menos enlaces peptídico entre los peptidoglicanos y poros de diámetro mayor. Aparte, tienen una capa lipidica que es eliminada por la disolución alcohol-acetona. La disolución alcohol-acetona elimina el colorante inicial y
el colorante de contraste se ve claramente.
Tinción AAR (Ácido-Alcohol Resistente)
Permite diferenciar especies de géneros incluidos en la división actinobacteria en dos grupos: AAR+ y AAR-.
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Observación de microorganismos
Jueves, 14 de octubre de 2004
Tinción de estructuras
Permite la diferenciación de estructuras especiales, como flagelos, esporas y cápsula.
Tinción de flagelos
Se basa en la precipitación del colorante alrededor del flagelo. Se utiliza mordiente y un cultivo muy joven, ya que el flagelo es una estructura
muy delicada que se destruye muy fácilmente. Esta tinción no se hace en
las practicas de microbiología I, ya que es muy difícil de ejecutar y de ver
en microscopio óptico (el diámetro del flagelo es menor que la resolución
del microscopio óptico).
Tinción de esporas
La tinción de esporas se basa en la composición química de la espora,
que es parecida a la de composición de la pared celular de células AAR+.
La técnica utilizada es similar a la tinción de AAR (dos colorantes). Se tiñen cultivos viejos, que tienen más esporas. Se observan la presencia de
esporas, su forma y disposición y si provocan alteraciones en la forma de la
célula vegetativa.
Tinción de cápsula
Unos microorganismos producen acumulo de sustancias a su alrededor
que funciona como otra capa protectora.
Hay dos métodos de teñir la cápsula: indirectamente (teñir el fondo para ver la célula rodeada por la cápsula) y directamente (teñir la capsula,
no se ve tan bien).
Nutrición bacteriana
Los nutrientes se dividen en dos grupos: esenciales y útiles.
 80-90% agua. Es el nutriente principal.
 H, O, C, N, P, S. forman los 95% del peso seco de la célula.
 K, Mg, Ca, Fe. Macronutrientes – necesarios para el crecimiento.
 Mn, Co, Cu, Mo, Zn. Micronutrientes. Necesarios pero en menores
cantidades.
Los macronutrientes y los micronutrientes en conjunto forman los 5%
del peso seco de la célula.
La célula normalmente consigue H, C y O a partir del mismo compuesto. La célula consigue su P a partir de fosfato inorgánico (fosfato sódico,
fosfato potásico).
Los microorganismos se distinguen por su fuente de C:
 Autótrofos. El dióxido de carbono es su fuente única de carbono.
 Heterótrofos. Utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono.
Hay gran diversidad entre estos microorganismos.
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Nutrición bacteriana
Martes, 19 de octubre de 2004
Nitrógeno y azufre
Los organismos obtienen N y S a partir de compuestos inorgánicos: nitratos, sulfatos y sales sulfuradas, o a partir de compuestos orgánicos:
aminoácidos o peptonas.
Hay bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico. Estas bacterias son
muy importantes para la agricultura, y no suelen ser patógenas.
Factores orgánicos de crecimiento
Hay diferentes tipos de factores de crecimiento:
 Aminoácidos. Síntesis de proteínas
 Purinas y pirimidinas.
 Vitaminas.
Bacterias del rumen necesitan unos determinados ácidos grasos para
crecer.
 Auxótrofos. Necesitan un factor de crecimiento.
 Protótrofos. No necesitan ningún factor de crecimiento.
Oxigeno
El oxigeno tiene papel importante en el metabolismo de los microorganismos, que se clasifican según su necesidad del elemento:
 Aerobios. Necesitan oxigeno. Ejemplo: pseudomonas.
 Anaerobios estrictos. No necesitan oxigeno. Lo contrario – el oxigeno
los mata. Ejemplo: clostridium.
 Anaerobios facultativos. Pueden preformar tanto metabolismo aerobio como anaerobio. Ejemplo: escherichia coli.
 Anaerobios aerotolerantes. No necesitan oxigeno y nunca lo utilizan,
pero no es toxico para ellos. Ejemplo: lactobacillus.
 Microaerobios. Necesitan oxigeno pero en una concentración baja, de
2-10%. Ejemplo: campylobacter.
Fuente de carbono, de energía y de electrones
Fuente de carbono
Fuente de energía
Fuente de electrones
Autótrofos – CO2
Fotórofos – luz
Litótrofos –
inorgánicos
Compuestos
Heterótrofos - com- Quimiótrofos - compuestos Organótrofos - compuestos
puestos orgánicos
inorgánicos y orgánicos
orgánicos
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Cultivos de los microorganismos
Jueves, 21 de octubre de 2004
Cultivos de los microorganismos
Los microorganismos son muy pequeños – se hacen estudios de sus poblaciones – se hacen crecer en unas condiciones definitivas.
Hay diferentes tipos de cultivo: cultivo puro o axénico y cultivo mixto.
Hay dos tipos de operaciones:
 Aislamiento. Separar uno de los microorganismos de una población
mixta.
 Cultivo. Nutrientes y condiciones adecuadas.
Factores que influyen el cultivo de microorganismos
1. Factores físicos.
a. Temperatura
b. Radiación
2. Factores químicos
a. Nutrientes
b. Antimicrobianos
c. pH
d. Agua
e. CO2 y oxigeno
Temperatura
La actividad de las reacciones químicas es proporcional a la temperatura, es decir, a mayor temperatura hay mayor crecimiento, pero si sube
mucho la temperatura, se puede destruir toda la población.
Temperaturas cardinales: temperatura mínima y máxima. Temperatura optima – la que produce crecimiento máximo. La temperatura óptima
siempre está más cerca a la temperatura máxima que a la mínima.
Clasificación de microorganismos según la temperatura:
 Psicrófilas. Crecen en temperaturas bajas. -10-20º.
 Mesófilas. Son los más importantes: los patógenos. Temperaturas entre 20-45º (37º).
 Termófilas. Viven en temperaturas mayores que 45º.
 Hipertermófilas. Viven en temperaturas entre 90-110º.
pH
Cada microorganismo tiene pH mínimo, óptimo y máximo.
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Cultivos de los microorganismos
Jueves, 21 de octubre de 2004
Clasificación de microorganismos por el pH:
 Acidófilos. pH entre 1-5.5.
 Neutrófilos. pH entre 5.5-8. la mayoría de los microorganismos.
 Alcalófilos. pH entre 8.5-11.
Bacterias:
6.5-7.5
Hongos:
4-6
(son más acidófilos)
El crecimiento modifica el pH del medio; para amortiguar estos cambios se suele utilizar soluciones buffer.
Presión osmótica (salinidad)
Clasificación de los microorganismos por presión osmótica:
 Osmófilos (osmotolerantes). Crecen en concentraciones elevadas de
azúcar.
 Halófilos. Necesitan sal (cloruro sódico)
o Moderados. 1-2% a 15%

Microorganismos marinos – 3-3.5%
o Halófilos extremos
 Halotolerantes. Pueden crecer en concentraciones elevadas de sal pero no lo necesitan.
Medios de cultivo
Los medios de cultivo se pueden distinguir según diferentes criterios:
 Según su composición:
o Definitivos o sintéticos. Contienen composición y concentraciones definidas.
o Indefinidos o complejos. Contienen algún componente que
no se conoce su composición (como extracto de carne). Son
muy utilizados como medio de cultivo.
 Según su consistencia (contenido de agar, que no es nutritivo):
o Líquidos
o Sólidos (1.5-2% de agar)
o Semisólidos (0.5-1% de agar)
o Blandos (0.05-0.1% de agar)
 Según su composición y aplicación:
o Generales. Permiten el crecimiento de muchos organismos no exigentes.
o Enriquecidos.
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Cultivos de los microorganismos
Jueves, 21 de octubre de 2004
o De enriquecimiento. Contienen algún componente que favorece el crecimiento de un microorganismo que esta en
baja proporción en un cultivo mixto.
o Selectivos. Permiten el crecimiento de pocos microorganismos. Por ejemplo, celulosa como única fuente de carbono permite sólo el crecimiento de microorganismos que
se nutren de celulosa.
o Diferenciales. Distinguen visualmente diferentes microorganismos.
Muchos medios de cultivo son selectivos y diferenciales a la vez.
Aislamiento de microorganismos
Cada microorganismo se considera como un UFC – unidad formadora
de colonias.
Técnica de aislamiento
1. Tinción de Gram de una muestra. da información sobre la diversidad
de microorganismos en la muestra.
2. Siembra en estría. Objetivo – separar las colonias.
3. Incubación a 37º durante 24-48 horas.
4. Observar colonias. ¿Cuáles son diferentes?
5. De cada colonia diferente, hacer una tinción de Gram. utilizar solo ½
de la colonia, para tener el resto para seguir estudiando el microorganismo.
6. Cultivar en tubo la mitad restante (tantos tubos como colonias).
7. Incubar a 37º durante 24-48 horas.
8. Comprobar cultivo axénico (tinción Gram)
9. Identificación.
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Aislamiento de los microorganismos
Jueves, 21 de octubre de 2004
Incubación
Anaerobios facultativos y aerobios se incuban en una estufa normal, a
37º. Normalmente crecen mejor en estufas con 5% de CO2.
Anaerobios estrictos
Anaerobios estrictos han de incubarse en medios libres de oxigeno. Hay
unos métodos de conseguir incubación libre de oxigeno:
 Cubrir el tubo con agar y vaselina.
 Introducir una sustancia reductora al medio de cultivo (elimina el
oxigeno disminuyendo el potencial Red-Ox del medio).
 Eliminar el oxigeno. Estufas a anaerobiosis o jarras especiales.
Microaerobios
 Incubación con vela – la vela elimina la mayoría del oxigeno pero deja
lo suficiente para satisfacer las necesidades de los microaerobios.
 Jarras GASPAK y otros con sobres especializados para eliminar parcialmente el oxigeno del medio.
Conservación de los microorganismos
 Subcultivos. Se utilizan tubos de tapones atornillados. Se guardan en
refrigeración (4º) hasta 2-4 meses; sin embargo, muchos organismos
pueden aguantar sólo 10-14 días.
 Congelación. Los microorganismos se congelan (-70º) dentro de una
sustancia crioprotectora (glicerol) y se conservan durante años. No
todos los microorganismos pueden aguantar este método de conservación.
 Liofilización. Congelación y deshidratación por sublimación (calentar
al vacío). Produce ‘polvo’ de microorganismos. Para recuperar los microorganismos, hay que rehidratarlos proveyendo nutrientes específicos.
 Nitrógeno liquido
Colección de cultivo tipo
Sirve de referencia en estudios e investigación. Se obtiene el microorganismo idéntico en todos los estudios que se hacen de una especie concreta. Muchos países tienen cultivos tipo con acceso libre para investigadores.
En las investigaciones se conoce la especie, la colección y el depósito
del cual se ha extraído el microorganismo.
Morfología de los microorganismos
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Aislamiento de los microorganismos
Martes, 26 de octubre de 2004
La morfología bacteriana es muy diversa. Las dimensiones varían entre 0.2-2 µm de amplitud y 2-8µm de longitud.
La forma de las bacterias es muy variada:
Muchas bacterias tienen forma regular, pero algunas son pleomorfas:
en función de la edad del cultivo, del medio etc. se cambia la forma del microorganismo.
Algunas bacterias tienen prosteca, que es una prolongación de la pared
y membrana celular. Puede haber una prosteca única, o unas prolongaciones (forma estrellada). Las prostecas son características de las bacterias
acuáticas. Se supone que se utilizan para aumentar la superficie para absorber más nutriente y también se cree que retrasa la sedimentación.
Algunas bacterias son filamentosas, es decir, forman colonias pluricelulares con una estructura bien definida de filamento.
Algunas colonias de bacterias se parecen a las colonias de hongos: esta
tipo de bacterias se conoce como actinomiceto. Las colonias son peludas y
recuerdan a las colonias de hongos de aspecto macroscópico.
La formación de colonias depende de la forma de dividirse. En los cocos: si se quedan pegadas en parejeas, son diplococos. Si no se separan, y
forman una cadena, son estreptococos. Cuando hay dos planos de división,
los cocos se quedan en tétradas. Cuando hay 3 planos de división, los cocos
producen sarcinos (cubo y regular) o agregados al azar (racimo) que se
produce por la división tridimensional - estafilococos.
Los bacilos pueden formar diplobacilos o estreptobacilos (en cadenas).
Pared celular
La pared celular es responsable de la diversidad morfológica de las
bacterias. La pared celular es responsable de la rigidez y forma de la bacteria, y también la protege de la lisis por presión osmótica elevada.
Estructura de la pared celular
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Aislamiento de los microorganismos
Martes, 26 de octubre de 2004
En las bacterias Gram positivas, la pared celular está compuesta por
peptidoglicanos (una capa de 10-80 nm), que consta los 40-90% del peso
seco de la pared celular.
En las bacterias Gram negativas, los peptidoglicanos representan solo
5-10% del peso de la pared celular. Ésta se rodea por una membrana externa formada principalmente por lipopolisacáridos, proteínas y fosfolípidos. El elemento común en los dos grupos son los peptidoglicanos.
Peptidoglicanos
Los peptidoglicanos están formados por aminosacáridos acetilados: Nacetilglucosamina (NAG) y N-acetilmurámico (NAM). Del NAM sale una
cadena de aminoácidos que puede variar. NAM y NAG forman cadenas intercaladas …G-M-G-M-G…. entre los NAM se forman enlaces que se producen entre los aminoácidos de la cadena peptídica. Éstos se conocen como
puentes interpeptídicos o intercatenarios. A veces, las uniones se producen por una cadena polipeptídica intermedia que une los dos anejos peptídicos de los NAM. Cuanto mayor es el número de puentes interpeptídicos,
más rígida sea la pared celular.
Gram positivos
La pared de las bacterias Gram positivas contienen, aparte de la gruesa capa de peptidoglicanos, los ácidos teicoicos. Éstos se unen a los peptidoglicanos. Son polímeros de ribitol-P o glicerol-P.
Los ácidos teicoicos tienen elevada densidad de cargas negativas (por
su riqueza de iones de fosfato) y parece que tienen un papel en el control
de paso de iones por la pared celular.
Los ácidos teicoicos son los antígenoss de superficie de las bacterias
gram positivas (son capaces de desencadenar respuesta de síntesis de anticuerpos).
Las bacterias Gran postilas también presentan ácidos lipo-teicoicos,
que se unen directamente a la membrana plasmática de la bacteria. Su
composición química es idéntica a la de los ácidos teicoicos de la pared celular, la única diferencia es en el hecho que se une a lípidos de membrana.
Las bacterias Gram positivas normalmente no tienen ácidos grasos en
su pared celular, pero algunas si que los tienen en la pared, como el género
Micobacterium.
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Morfología bacteriana
Jueves, 28 de octubre de 2004
Gram negativos
La capa de peptidoglicanos se encuentra en el espacio periplástico, y
está cubierta de la membrana externa (no es la membrana plasmática).
La membrana externa es una bicapa de fosfolípidos. La composición de
esta membrana es muy parecida a la de la membrana plasmática; algunos
de los fosfolípidos son sustituidos por lipopolisacáridos.
Lipopolisacáridos
Los lipopolisacáridos son complejos y formados por unas subunidades:
 Lípido A. la parte hidrofóbica del lípido. Constituido mayoritariamente por ácidos grasos. Tiene la acción endotóxica de algunas bacterias.
 Core polisacárido. La parte que formada por cadena polisacárida.
 Cadena lateral ‘O’. es una cadena de N repeticiones de sacáridos. Es
hidrófila y se encuentra en la región más externa de la membrana externa de la pared. Las cadenas laterales tienen el carácter antígeno
somático o ‘O’.
Función de la membrana externa
 Elevada carga negativa. Regula paso de iones.
 Aumenta la resistencia de la bacteria. Frente agentes como la lisozima o la penicilina, que actúan a nivel de los peptidoglicanos de la pared celular.
 Dejar el paso de nutrientes por porinas.
 Limitar el periplasma – enzimas y proteínas.
Micoplasmas
Las micoplasmas son bacterias que no presentan pared celular – protoplastos de vida libre. Su membrana celular es muy resistente (rica en
esteroles) para recompensar la ausencia de la pared celular como elemento
protector. Las micoplasmas son resistentes a la penicilina y otros antibióticos que actúan a nivel de la pared celular y su formación, ya que no la
presentan.
Al no tener pared celular, son pleomorfas, y pueden atravesar los filtros que retienen el resto de las bacterias.
Los micplasmas tienen requisitos muy específicos, son muy exigentes;
sus medios de cultivo son muy complejos y muy enriquecidos.
Sus colonias tienen aspecto de ‘huevo frito’ excavado en el medio, de >1
mm de diámetro (hace falta el uso de lupa para verlas).
Formas L (de instituto Lister)
17
Morfología bacteriana
Jueves, 28 de octubre de 2004
Las formas L son bacterias que han perdido la capacidad de sintetizar
los peptidoglicanos. Se puede encontrar formas L de Gram positivos y negativos.
Las formas L pueden crecer solo en medios isoosmóticos. Son resistentes a penicilina y otros elementos que actúan a nivel de la pared celular.
Se pueden obtener por mutaciones espontáneas o por tratamientos en el
laboratorio, como cultivar en medio rico en penicilina, y aislar las bacterias que sobreviven y crecen en este medio. Si al quitar la penicilina vuelven a sintetizar los peptidoglicanos, son formas L inestables, si siguen
igual son formas L estables.
Estructuras externas
Cápsula y capas mucosas
Algunas microorganismos sintetizan y secretan polímeros orgánicos,
sobre todo polisacáridos, formando una capa sobre la pared celular. La
nomenclatura de estas capas depositadas puede ser muy variada.
El glicocálix es un término general; sus dimensiones varían en función
de la especie.
La cápsula es una capa rígida que queda fuertemente adherida a la pared celular. Se observa por tinción negativa (tinta china). Las bacterias
que la tienen producen colonias de aspecto mucoso.
La capa mucosa es una capa laxa no tan adherida como la cápsula, por
tanto no se puede observar por tinción negativa, sólo se aprecia a microscopio electrónico y en el hábitat natural (no en el laboratorio).
Los ingredientes de la cápsula/capa mucosa se obtienen a partir de
procesos metabólicos habituales – no dependen de nutrientes externos. Sin
embargo, algunas bacterias forman cápsula sólo cuando algún nutriente
específico es presente.
La cápsula no es estructura esencial para el funcionamiento celular.
Aun así, es importante para la supervivencia en el hábitat natural del microorganismo.
Funciones de la cápsula:
 Facilita la adhesión a otras células, tejidos o superficies (factor de colonización).
 Dificulta la fagocitosis de la bacteria.
 Protege la bacteria frente la desecación.
 Se piensa que puede actuar como reservorio de nutrientes.
 Factor de virulencia. Las bacterias patógenas con capsulas, al perder
la cápsula pierden su poder patógeno.
 Capacidad antigénica – antígeno K.
18
Estructuras externas
Jueves, 28 de octubre de 2004
Fimbrias y Pili
Algunas bacterias tienen fibras extracelulares – fimbrias y Pili, que
tampoco son esenciales para la supervivencia del microorganismo. Los dos
son apéndices filamentosos en la superficie de la bacteria y se parecen a
los flagelos pero no tienen capacidad de movimiento.
Fimbrias
Son apéndices muy delgados y rígidos, presentes en bacterias Gram
negativas y en algunas Gram positivas. No son esenciales para la bacteria.
Son más cortos y numerosos que los flagelos. Sirven de estructuras de fijación. Están formados por proteínas que tienen estructura helicoidal.
Pili (pelos sexuales)
Tienen estructura parecida a la de las fimbrias, pero son más largos y
amplios y menos numerosos – cada célula tiene entre 1 y 10 pili. No son
estructuras esenciales para le supervivencia bacteriana. Participan en la
conjugación bacteriana (transferencia de DNA entre dos bacterias), también sirve como estructuras de fijación.
Membrana plasmática
La membrana celular es una estructura imprescindible para la supervivencia del microorganismo. Se encuentra debajo de pared celular (si es
presente) y forma la barrera osmótica – limita el contenido de la célula y
permite la entrada y salida de nutrientes y deshechos.
La membrana está formada por una bicapa de fosfolípidos (20-30% del
peso seco de la membrana) que tienen una región polar (orientada hacia el
exterior de la bicapa) y apolar (orientada hacia el interior de la bicapa) y
proteínas de membrana.
Las proteínas de la membrana plasmática constan más de 50% del peso seco. Se encuentran intercaladas entre los fosfolípidos de la membrana
plasmática. Hay tres clases de proteínas de membrana:
 Permeasas – proteínas transportadoras
 Enzimas biosintéticas (síntesis de lípidos, peptidoglicanos etc.)
 Enzimas de producción de ATP
La membrana plasmática no contiene esterol, excepto en el genero de
micoplasma.
19
Membrana plasmática
Martes, 2 de noviembre de 2004
Transporte de nutrientes
 Difusión pasiva. El mecanismo más sencillo. No requiere ningún enzima ni consumo de energía. Siempre se produce a favor del gradiente.
 Difusión facilitada. Es un mecanismo específico, ya que requiere la
presencia de proteínas de transporte. Las permeasas permiten el paso de sustancias hidrófilas a través de la membrana plasmática
siempre a favor del gradiente.
 Transporte activo. Mecanismo especifico que tiene lugar gracias a
proteínas especializadas y especificas para cada soluto. requiere suministro de energía, ya que lleva a cabo contra el gradiente.
 Translocación de grupo. Es un mecanismo exclusivo de los procariotas. Consta de la modificación química del sustrato a otro compuesto
químico durante el transporte. Las proteínas que se encargan de este
tipo de transporte consumen poca energía y tienen actividad catalítica. Este mecanismo no se produce ni a favor del gradiente ni contra
ello porque al cambiar el sustrato ya no hay gradiente de concentraciones. Ejemplo: PTS transporta hexosas y tiene actividad fosforilante de hexosas a hexosa-P.
La membrana plasmática presenta grosor bastante regular (como se
observa a microscopio electrónico), pero a veces se observan también plegamientos o excavaciones de la membrana denominados mesosomas. Éstos
suelen aparecer durante la replicación celular y se piensa que tiene algún
papel en la división celular. A veces aparecen unidas al cromosoma bacteriano, y se cree que pueden intervenir también en la replicación del DNA.
Estructura interna de la bacteria
Región nuclear
La bacteria presenta una región nuclear, que no se puede considerar
un núcleo de verdad, ya que no está limitado por membrana. Se observa
una región más electrodensa que contiene una molécula circular de DNA
muy replegada. La carga negativa de esta región se debe a los grupos fosfato del DNA, que se neutralizan por la presencia de iones Mg2+ y poliaminas (espermina y espermidina).
Citoplasma bacteriano
El citoplasma bacteriano contiene diferentes estructuras:
 Ribosomas
 Enzimas
 Gránulos de material de reserva
20
Estructura interna de la bacteria
Martes, 2 de noviembre de 2004
 Orgánulos envueltos de membrana
Nunca presentan RER ni mitocondria.
Ribosomas
Los ribosomas están formados por RNA (60%) y proteínas (40%). Tienen diámetro de unos 20 nm y sus constante de sedimentación es de 70S (a
diferencia de los ribosomas eucariotas, que son de 80S).
Como los ribosomas eucariotas, los ribosomas bacterianos se construyen por dos subunidades:
 Subunidad pequeña. Formada por una molécula de RNA 16S y 20
proteínas.
 Subunidad grande. Formada por una molécula de RNA 23S, una de
5S y 35 proteínas.
Los ribosomas forman agregados denominados poliribosomas.
Gránulos de reserva
 Gránulos metacromáticos/volutina/polisulfato. Contienen acumulo de
fosfato inorgánico que sirve de reserva para la célula. Tienen efecto
metacromático – cuando se tiñen de colorante básico (como el azul de
metileno, azul) se observan rojos.
 Inclusiones de azufre. Sirven como reserva de azufre inorgánico. Las
presentan dos grupos de bacterias:
o Bacterias rojas, fotosintéticas. Sirve de fuente de electrones.
o Bacterias filamentosas, no fotosintéticas. El SH2 sirve
 S 
 SO42
como fuente de electrones: SH 2 
reserva
 Materiales orgánicos no nitrogenados de reserva. Reserva de carbohidratos. Normalmente las bacterias utilizan una única sustancia
de reserva.
o Glicanos (polímeros de glucosa)

Almidón (no ramificado)

Glicógeno (ramificado)
o PHB (poliéster del ácido β-hidroxibutirico). Exclusivo de
los procariotas.
21
Estructura interna de la bacteria
Martes, 2 de noviembre de 2004
Orgánulos intracelulares envueltos de membrana
Los orgánulos están envueltos de una membrana unitaria (una capa)
normalmente proteica (excepto los magnetosomas). Hay diferentes tipos de
orgánulos:
 Vacuolas de gas. Presentes en microorganismos acuáticos (bacterias
rojas, bacterias verdes). Constad de aire envuelto de proteínas y sirve
para flotar. Cuando hay cambio de presión hidrostática, las vacuolas
colapsan y las bacterias sedimentan.
 Carboxisomas. Son cuerpos poliédricos que contienen la enzima ribulosa-difosfato-carboxilasa que fija CO2. presentes en bacterias autótrofas.
 Clorosomas. Vesículas con pigmentos fotosintéticos que suelen localizarse debajo de la membrana plasmática. Presentes en un único grupo de bacterias fotosintéticas.
 Magnetosomas. Los presentan microorganismos acuáticos denominados magnetotácticos. Contienen cristales de magnetita envueltos de
membrana compleja (proteínas, fosfolípidos etc.). las bacterias que los
presentan tienen orientación magnética muy desarrollada y se encuentran en los polos norte y sur.
Movilidad bacteriana
Flagelos bacterianos
Los flagelos son prolongaciones filamentosas helicoidales en la superficie de la bacteria (tanto Gram + como -). Normalmente se presentan en
bacterias de forma bacilo. Su función es de movilidad, por tanto no son estructuras vitales.
Los flagelos se observan mediante tinciones especiales que sedimentan
el colorante alrededor del flagelo. El estudio del flagelo se hace en separado de la célula. El flagelo presenta tres regiones bien diferenciadas:
 Filamento helicoidal. Tiene diámetro de unos 13 nm, formado por flagelina. Se encuentra en la parte más alejada de la superficie de
membrana. Tiene una propiedad importante – autoagrupación. Las
subunidades se montan por sí solos espontáneamente.
 Gancho. De diámetro menor que el filamento. Está formado de una
proteína muy similar a la flagelina. Su función es de transmitir el
movimiento de rotación al filamento helicoidal.
 Cuerpo basal – la parte fijada en el interior de la célula. Es un cilindro insertado en un sistema de anillos o discos. Se observa una diferencia entre las bacterias Gram positivas y Gram negativas:
o Gram positivas. Tienen los anillos externos (L y R) y también un par de anillos internos (S y M).
22
Movilidad bacteriana
Lunes, 8 de noviembre de 2004

El anillo L se inserta en la membrana externa.

El anillo R se inserta por debajo de la capa de peptidoglicanos.
o Gram negativos. Solo tienen los anillos S y M. Estos dos
anillos se sitúan a nivel de la membrana plasmática, justo
tocando el espacio periplasmático. El anillo S el más externo, y el M es más profundo.
Esta diferencia entre las bacterias Gram positivas y Gram negativas
hace pensar que sólo los anillos S y M son imprescindibles para el
funcionamiento del flagelo.
Los anillos proporcionan el movimiento del flagelo, que se propaga
por el cuerpo basal.
Características de los flagelos
 Tienen actividad antigénica – son los antígenos flagelares (AgH) que
se localizan a nivel de la flagelina.
 La síntesis del filamento flagelar se realiza a nivel del citoplasma.
Los nuevos componentes del flagelo salen del citoplasma y se deposita en la punta del flagelo.
 La distribución de los flagelos y su número son unas características
taxonómicas que ayuda identificar el microorganismo. Varios tipos de
distribución:
o Polar

Distribución monótica. Un flagelo en un polo.

Distribución lofótica. Uno o más flagelos en uno o
dos polos.

Distribución anfítrica. Un flagelo a cada polo
o Perítrica. Distribución de flagelos por toda la superficie de
la bacteria.
Las bacterias Gram positivas tienen prácticamente todos la distribución perítrica, mientras que las bacterias Gram negativas son más diversas.
 División de los flagelos.
o Polar. Una célula queda con el flagelo original y la otra
sintetiza un flagelo completamente nuevo.
o Perítrica. Cada célula hija recibe parte de los flagelos originales y sintetiza nuevos flagelos entre los flagelos originales.
Funcionamiento de los flagelos
23
Movilidad bacteriana
Lunes, 8 de noviembre de 2004
Los flagelos son rotores helicoidales semirígidos que giran alrededor de
su eje longitudinal. Tienen dos tipos de movimientos:
 De avance o traslación (correra) – se mueve linealmente. producida
por giros en dirección contra el reloj.
 De rotación voltereta. Se produce por giros en dirección del reloj.
Los anillos S y M giran uno contra el otro. Si se elimina la pared celular, los flagelos quedan intactos, pero la bacteria queda inmóvil, ya que el
flagelo es afuncional. Parece que el anillo S está relacionado con la pared
celular.
Bacterias de flagelación polar se mueven más rápidamente por movimientos de voltereta; en bacterias de flagelación perítrica el movimiento es
más lento.
Los flagelos no están sincronizados – el movimiento no es 100% eficaz.
Movimientos tácticos
Movimientos tácticos son movimientos que se producen como respuesta
a señal externa en bacterias móviles. Hay diferentes tipos de taxis.
Quimiotaxis
Se produce por la detección de gradientes químicos. Puede ser quimiotaxis positivo (desplazamiento hacia el gradiente de concentraciones) o
quimiotaxis negativo (desplazamiento en el sentido contrario). El quimiotaxis es posible gracias a quimiorreceptores, que son proteínas específicas
a diferentes sustancias. Cuando captan cierta sustancia, activan el motor
flagelado, produciendo el movimiento.
Aerotaxis
La aerotaxis es la respuesta al gradiente de oxigeno. Los aerobios tienen aerotaxis positivo, los microaerobios tienen poco aerotaxis positivo y
los anaerobios estrictos tienen aerotaxis negativo.
Fototaxis
La fototaxis es la respuesta al gradiente de luz. Tienen fotorreceptores
a nivel de la membrana plasmática, que detectan la luz. Puede ser fototaxis positivo o negativo.
24
Movilidad bacteriana
Lunes, 8 de noviembre de 2004
Movimiento de espiroquetas
Las espiroquetas son bacterias Gram negativas en forma de gusano
con flagelos especiales.
Tienen una vaina o cubierta de membrana que envuelve el cilindro
protoplasmático. Alrededor del protoplasma, por debajo de la membrana
externa, se encuentra el filamento axial, que es el conjunto de flagelos periplasmáticos – fibras axiales o endoflagelos. Se encuentran en el espacio
periplasmático. Cada uno está unido a uno de los polos de la célula por un
extremo, el poco de inserción.
Las espiroquetas pueden tener tres tipos de movimientos en medios
acuosos:
 Translaciones. Los movimientos más lentos.
 Rotaciones. Giros alrededor de su eje longitudinal.
 Flexiones. Movimiento parecido a los del gusano, producido gracias a
la vaina (en medios viscosos).
Movimiento de deslizamiento
en las bacterias Gram negativas
No se sabe como lo hacen. Pueden moverse sobre medios casi sólidos.
No tienen flagelos. Algunos segregan una sustancia que se piensa que está
relacionada al movimiento.
Endosporas
Las esporas bacterianas son realmente endosporas ya que se forman
en el interior de la célula. Normalmente las forman las bacterias Gram positivas.
Las endosporas se pueden definir como células en reposo – en criptobiosis. Son estructuras de resistencia inertes metabolicamente, que pueden sobrevivir condiciones que la célula vegetativa no puede soportar.
Las endosporas tienen elevada refringencia. Son resistentes a la tinción con colorantes básicos; de la misma manera son resistentes al calor,
radiación UV y productos químicos.
Normalmente el eje longitudinal de la endospora es paralelo al eje longitudinal del bacilo. La forma, amplitud y localización de la endospora son
características taxonómicas. La localización puede ser central, terminal o
subterminal. La endospora puede deformar o no la célula vegetativa.
Las endosporas se observan a microscopia óptica con tinciones diferenciales: Ziehel-Nielsen modificada o verde de malaquita.
25
Movilidad bacteriana
Lunes, 8 de noviembre de 2004
Las endosporas se forman cuando la célula deja de dividirse o que se
encuentra en condiciones adversas – normalmente al inicio de la fase estacionaria.
Formación de endosporas
La formación de endosporas consta de 7 etapas morfológicamente y
químicamente diferentes, que vienen seguidas.
 Formación del filamento axial. Es la reorganización del DNA que se
coloca en posición transversal en la célula.
 Formación del septo transversal. Se forma desplazado a uno de los
polos, dividiendo la célula a una porción pequeña y una porción grande. Luego la membrana envuelve la porción pequeña, formando la
preendospora.
Hasta la formación de la preendospora el proceso de esporulación es
reversible.
 Inclusión de la preendospora. La preendospora se forma cuando la
membrana plasmática termina envolverse alrededor de la membrana
de la porción pequeña. La preendospora es independiente – tiene su
DNA y poco citoplasma.
 Formación del córtex. Se sintetiza entre las dos capas de membrana.
Tiene estructura de peptidoglicano. En esta fase también se produce
deshidratación parcial de la preendospora, lo que aumenta la resistencia al calor.
 Síntesis de la cubierta. Se sintetiza alrededor del córtex. Es proteína
– queratina – que da mucha fuerza a la espora. Algunas bacterias
aun forman otra cubierta – el exosporio.
 Finalización. Deshidratación total, aumenta la concentración de calcio y ácido dipicolinico que no se encuentra en la célula vegetativa.
Los dos forman una sal – dipicolinato cálcico, que representa 15% del
peso seco de la endospora. Le da resistencia al calor y refringencia al
observarla en el microscopio óptico.
 Lisis y liberación de la espora. Autólisis por enzimas que sintetiza la
propia bacteria.
El proceso de esporulación está regulado genéticamente. En la regulación genética de la esporulación intervienen al menos 50 y hasta 200 genes. Es un proceso secuencial – un paso detrás del otro. Se pude inducir
experimentalmente inhibiendo la represión enzimática, como cambio de
nutriente. El proceso es reversible hasta la aparición de la preendospora.
26
Endosporas
Jueves, 11 de noviembre de 2004
De endospora a célula vegetativa
Para pasar de endospora a célula vegetativa la endospora ha de sufrir
unos pasos:
 Activación. Una señal que hace que la célula se prepare para la germinación. Es el único paso que es reversible. Puede ser espontáneo o
provocado por tratamientos de activación (como choque térmico) e incubación en ambiente favorable.
 Germinación. Pérdida irreversible de las propiedades de la espora.
Depende de las condiciones. La endospora sufre cambios:
o Pierde la resistencia al calor
o Pierde la resistencia a la acción de sustancias tóxicas
o Liberación al medio del ácido dipicolinico
o Aumenta la capacidad de tinción
o Aumenta la captación de agua y minerales
o Baja la refringencia
La germinación puede ser inhibida por varios factores:
o Nutrientes
o Factores ambientales
 Crecimiento. Transformación de endospora en célula vegetativa. Síntesis de macromoléculas. Diferentes etapas:
o Inflamiento dentro de la cubierta.
o Síntesis de pared celular.
o Sale de la cubierta.
o Se alarga e inicia la primera división vegetativa.
Características de bacterias
formadoras de endosporas
 Sintetizan sustancias tóxicas
o Para insectos
o Para hombre y animales – toxinas
o Para otros microorganismos
Ecología de las bacterias formadoras de endosporas
 No tienen relación genética entre sí.
 Son todos de hábitat común – el suelo
27
Endosporas
Jueves, 11 de noviembre de 2004
 La presencia de endosporas inhibe la existencia de otros microorganismos en el hábitat.
 Casi todas son Gram positivas y casi todas de tipo bacilo.
Metabolismo bacteriano
Hay dos mecanismos para fabricar ATP: fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa. Estos dos mecanismos llevan a cabo en membranas. En eucariotas ocurren en las membranas mitocondriales, y en los
procariotas – en la membrana plasmática (mesosomas).
La fuente de energía química es de reacción de oxidación y reducción.
Los piridin-nucleótidos tienen capacidad de reducirse y oxidarse de forma
reversible.
Los microorganismos tienen tres mecanismos para generar ATP:
 Fermentación.
 Respiración
 Fotosíntesis
Fermentación
La fermentación es el proceso más sencillo para obtener ATP. El sustrato ha de ser orgánico. Los compuestos orgánicos sirven tanto como donadores de electrones (se oxidan) o como aceptores de electrones (se reducen). La obtención de ATP es por fosforilación a nivel de sustrato (no hay
aceptor final de electrones). La oxidación del carbono es parcial – la cantidad de energía que se obtiene es baja.
Diferentes tipos de fermentación
 Alcohólica. El producto es el alcohol etílico. Sirve para la elaboración
de vino, cerveza y licores.
 Láctica. El producto final es el ácido láctico. Esta fermentación lleva
a cabo por la actividad de bacterias del ácido láctico. Sirve en la elaboración de productos lecheros. Dos tipos de fermentación láctica:
o Homofermentadores. Solo se produce ácido láctico.
o Heterogermentadores. Se produce ácido láctico, ácido acético y etanol.
 Fermentación propiónica. Produce ácido propiónico. Utiliza como sustrato cualquier carbohidrato.
 Fermentación ácido mixto. Sirve para identificar géneros de la familia enterobacter. Dos tipos de fermentación
o Tipo E. coli. Forman predominantemente ácidos (fórmico,
acético, succínico, láctico).
28
Metabolismo bacteriano
Lunes, 15 de noviembre de 2004
o Tipo aerobacter. Forman predominantemente butanodiol
y ácidos en poca proporción.
o Bioluminiscencia. Fermentación ácido mixto en presencia
de oxigeno, sin oxigeno, produce luz.
 Fermentación butírica y butanólica. Típica del genero clostridium.
Anaerobios estrictos.
 Fermentación metánica. CO2 como aceptor final de electrones. Bacterias anaerobias estrictas.
 Fermentación homoacética. CO2 como aceptor de H2, reduce el CO2 a
ácido acético. Utilizado a nivel industrial para producir ácido acético.
Compuestos fermentables
Compuestos con C, H, O y N que pueden ser parcialmente oxidados por
hidrólisis: polisacáridos, pentosas, polialcoholes, ácidos orgánicos, aminoácidos.
Los compuestos no fermentables son los carbohidratos aromáticos y alifáticos, esteroides, terrenos. Son muy estables en anaerobiosis, aunque son
oxidables.
Respiración
En la respiración pueden actuar como donador de electrones tanto los
compuestos orgánicos como los compuestos inorgánicos (más orgánicos que
inorgánicos) igual como los aceptores finales (más inorgánicos que orgánicos).
El sustrato se oxida totalmente, produciendo elevada cantidad de
energía.
La respiración requiere la presencia de compuesto con capacidad redox
reversibles y una cadena de transporte de electrones. La generación de
ATP es por fosforilación oxidativa.
Hay dos tipos de respiración, según el aceptor final de los electrones. Si
el aceptor final es el oxigeno --> respiración aeróbica. Si el aceptor final de
es oxigeno --> respiración anaeróbica.
29
Metabolismo bacteriano
Lunes, 15 de noviembre de 2004
Respiración aeróbica
Respiración anaeróbica
Los microorganismos pueden utilizar los nitratos como fuente de nitrógeno, pero las enzimas que actúan en la reducción no son las mismas,
aunque los productos finales son iguales. Igual que los nitratos, las enzimas que captan sulfatos, no son las enzimas que lo utilizan como aceptor
de electrones. Cada tipo de microorganismo utilizar un tipo de aceptor de
electrones.
Metabolismo quimiolitotrofo
Quimiolitotrofos – grupo de microorganismos que viven en medios estrictamente minerales. Tienen fuente de carbono diferente de la fuente de
energía.
30
Metabolismo bacteriano
Lunes, 15 de noviembre de 2004
Resumen
Mecanismo de transporte de electrones
Es utilizado para producir ATP. Se encuentra en la respiración aeróbica y anaeróbica y también en la fotosíntesis. Consta de una gama de moléculas transportadoras con capacidad redox reversible. Se localiza en los
cloroplastos y mitocondrias en eucariotas y en las membranas de los procariotas
CTE
Función: aceptar los electrones del donador y transferirlo al aceptor.
Conservan la energía liberada por este proceso de transporte para fabricar
ATP.
Principales componentes
 Flavoproteínas. Proteína que transporta electrones. También recibe
iones de H+.
 NADH deshidrogenasa. Transportadoras proteica de protones.
 Citocromos. Transportadora proteica de electrones.
31
Metabolismo bacteriano
Lunes, 15 de noviembre de 2004
Rutas metabólicas comunes
en fermentación y respiración
 Glicólisis
 Pentosas P
 EnterDoudoroff (exclusivo de procariotas)
Fotosíntesis
El mecanismo más complejo. Presente en organismos fototrófos. La
mayoría son autofototrófos – utilizan CO2 como fuente de C. la síntesis de
ATP es parecida a la de la respiración (fosforilación oxidativa). Los microorganismos fotosintéticos son capaces de convertir la energía de la luz en
energía química.
El mecanismo de fotosíntesis puede ser cíclico o no cíclico.
Componentes del aparato fotosintético:
 Cadena de fotocaptación.
 Centro de reacción
 Cadena de transporte de electrones.
El pigmento más importante es la clorofila. Otros pigmentos son los
carotenos y las ficobiliproteínas.
En el centro de reacción los fotones activan las moléculas de clorofila.
La activación provoca liberación de electrones. Los electrones siguen un
circuito, que puede ser cíclico (fotosíntesis cíclica) o lineal (fotosíntesis no
cíclica). La proteína más importante es la ferredoxina. Los electrones pasan a la CTE que es igual que la CTE de la respiración. Los electrones que
salen de la CTE vuelven al centro de activación, y desactivan las moléculas de clorofila --> fotosíntesis cíclica.
En la fotosíntesis no cíclica, los electrones pasan de la clorofila a la ferredoxina, que los transporta a NADP+, que se reduce a NADPH. La clorofila se regenera por el paso de electrones de la CTE (que produce ATP).
Los electrones provienen de otro donador de electrones, y no de la clorofila.
Los donadores de electrones pueden ser agua (fotosíntesis oxigénica, produce oxigeno) o otros (fotosíntesis no oxigénica).
 Primera etapa – formación de ATP y NADPH – fotofosforilación.
 Segunda etapa – consumo de ATP y NADPH – ciclo de Calvin.
32
Biosíntesis
Jueves, 18 de noviembre de 2004
Biosíntesis
Macromolécula
Precursor
Ácidos nucleicos
Nucleótidos
Polisacáridos
Carbohidratos simples
Lípidos
Ácidos grasos, aminoácidos
Hay 12 metabolitos precursores.
Asimilación de C, H, O, N, P y S.
 Asimilación de C.
o Quimiolitotrofos. Ciclo de Krebs
o Fotosintéticos. Ciclo de Calvin
 Asimilación de N.
o Asimilación de NH3. tres productos de fijación: ácido glutámico,
glutamina y asparginina.
o Asimilación de NO3. reducción asimilatoria de Nitratos.
o Asimilación de N2. reducción por el proceso de fijación. Sobre
todo en bacterias relacionadas con la agricultura.
 Fijación de S.
o SO3-2. reducción asimilatoria de los sulfatos. Dos complejos enzimáticos que consumen mucho ATP.
 Fijación de P.
o Se incorpora en forma de fosfato inorgánico (PO4-3).
 Aminoácidos.
o Histidina – origen biosintético diferente
o 19 aminoácidos – 5 precursores (oxalacético, piruvato)
 Poliaminas (putrescina – da resistencia osmótica. Espermina y espermidina – neutralizan la carga negativa del DNA).
o Precursores – intermediarios de biosíntesis de aminoácidos
 Lípidos. Dos rutas diferentes
o AG esterificados. Nº par de carbonos. No más de un doble enlace.
o Isopreno.
33
Biosíntesis
Jueves, 18 de noviembre de 2004
Mecanismos de regulación del metabolismo
 Regulación de síntesis enzimática (nivel genético)
o Inducción – una enzima determinada solo se sintetiza cuando
una sustancia está presente en el medio.
o represión.
 Por producto
 Por metabolito de la ruta catabólica
 Regulación de actividad enzimática
o Control alostérico
Crecimiento microbiano
El crecimiento se define como aumento ordenado de todos los componentes químicos de organismo. El crecimiento de una célula implica aumento del peso y tamaño, que lleva a la división celular. El crecimiento de
una población celular implica múltiples divisiones celulares, que conllevan
un aumento del número de células.
La multiplicación celular implica aumento de número de individuos en
organismos unicelulares, mientras que implica aumento del tamaño del
individuo en organismos pluricelulares.
División celular en bacterias
La división o fisión binaria es generalmente transversal. Da dos células hijas iguales. Consta de tres fases:
 Replicación del DNA (alargamiento de la célula)
 División del DNA
 Formación del septo transversal y separación de las dos células hijas.
El septo transversal se forma como crecimiento interior de membrana
y pared celular.
Una de las dos cadenas se rompe en un cierto punto, y la doble hélice
se desenrolla. La síntesis se produce en dirección 5’-->3’. El extremo 5’
queda sumergido en la membrana formando un nuevo mesosoma. La cadena se desplaza en el sentido contra reloj lo que abre la horquilla. Una
vez formadas las dos copias de la doble hélice, se forma el septo transversal. El septo transversal se forma en el interior de la célula, y divide la célula madre en las dos células hijas.
34
Crecimiento microbiano
Martes, 22 de noviembre de 2004
Crecimiento de la población
El tiempo de generación (duplicación) se define como el tiempo que triga entre 2 divisiones, o en otras palabras, el tiempo que triga una población en duplicarse. El tiempo de generación varía según la especie y condiciones ambientales, de 10 minutos en procariotas hasta años en eucariotas.
En las condiciones naturales, el tiempo de generación suele ser mayor
que en el cultivo en laboratorio.
Expresión matemática del crecimiento
 N0 – numero inicial de la población bacteriana
 Primera generación 
 N1  2N0
 Segunda generación 
 N2  2  2N0  22 N0
 Tercera generación 
 N3  2  2  2N0  23 N0
 n generación 
 N3  2  2n1 N0  2n N0
log N  log N0  n log n 
n 
log N  log N0
log 2
constante
K es el constante de velocidad de crecimiento exponencial – es el numero de divisiones celulares (o numero de generaciones) producidas por
una unidad de tiempo.
K
n  Kt 
n

n  t  K
t
log N  log N 0
log N  LogN 0

K 
log 2
t log 2
El tiempo de generación se puede calcular a partir de t y n:
t
t gen  
t
1
 t gen 

n  
kt k
n  Kt 

Es mucho más fácil representar el crecimiento exponencial en una grafica semi-logarítmica: eje y (crecimiento) logarítmico, y eje x (tiempo) normal. El pendiente representa la velocidad de crecimiento. Cuanto más
grande es el pendiente, más grande es el K.
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Crecimiento microbiano
Martes, 22 de noviembre de 2004
Diferentes fases del crecimiento microbiano
El crecimiento de tipo exponencial no dura mucho tiempo por unas razones:
 Se agota algún nutriente esencial
 Acumulación de residuos tóxicos del metabolismo
Hay 4 fases diferenciadas por la velocidad de crecimiento y cambios
morfológicos y fisiológicos en el microorganismo:
 Fase de latencia. El tiempo que el microorganismo necesita para
acostumbrarse a las condiciones (V=o).
 Fase de crecimiento exponencial.
 Fase estacionaria (V=0)
 Fase de muerte. También es exponencial pero de signo inverso
Fase de latencia
La duración de la fase de latencia varía en función de la especie y no
siempre se produce. Puede ser más o menos largo.
Inoculo (MC 1)
Medio fresco
Periodo de latencia
Fase exponencial
MC1 T igual
No hay fase de latencia
Fase estacionaria
MC1 T igual
Hay fase de latencia
Fase muerte
MC1 T igual
Hay fase de latencia muy largo –
pocas células viables
Fase estacionaria
/muerte
MC2
Hay fase de latencia
Fase exponencial
(E. coli)
MC2 (contiene
xilosa)
Hay fase latencia, el microorganismo se acostumbra al nuevo
sacárido
Fase exponencial
(E. coli)
MC2 (contiene
glucosa)
No hay fase estacionaria. La glucosa es fácilmente degradadle y
casi todos los microorganismos
tienen enzimas glicolíticos
Fase exponencial
La fase exponencial se caracteriza por:
 División y duplicación de la población en intervalos regulares de
tiempo (tiempo de generación).
 Células viables y mucha homogeneidad química y fisiológica.
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Crecimiento microbiano
Martes, 22 de noviembre de 2004
 Aumento del número de células y de la masa celular.
 La velocidad de crecimiento depende de las condiciones del cultivo.
 La velocidad tiene un límite máximo, que se determina genéticamente.
La fase exponencial no dura sino que llega un momento que para.
Fase estacionaria
La velocidad de crecimiento es cero. La duración de esta fase es variable.
Fase de muerte
La fase de muerte también es exponencial pero de signo negativo. La
muerte puede estar acompañada de lisis. Si no se tiene en cuenta cuales
de las células son viables y cuales no, se puede cometer errores.
Cambios morfológicos y fisiológicos
 Tamaño celular
o Elevado en la fase exponencial
o Reducido en la fase estacionaria
 Formación de endosporas. Fase estacionaria
 Metabolitos secundarios. Sintetizados en la fase estacionaria.
o Antibióticos
o Toxinas
o Pigmentos
La síntesis de metabolitos secundarios se hace a partir de metabolitos
primarios, que se han acumulado en la fase exponencial o logarítmica.
Medición de crecimiento y tamaño de población
Medición del crecimiento
1. Determinación de peso seco. De un volumen conocido se separan las
células, se secan hasta la deshidratación total y se pesan. Hay unas
tablas que hacen equivalencias con numero de células para saber que
momento de la curva de crecimiento se encuentra la población.
2. Indirectos de algún componente celular. Se determina el contenido de
N celular o proteico, o el contenido de DNA.
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Crecimiento microbiano
Jueves, 25 de noviembre de 2004
3. Método óptico (turbimetría). Se mide la cantidad de luz difractada por
una solución. Cuanto mayor sea la concentración de celular, más luz
se absorbe.
A
log Inical

  A  crecimiento
log final
Medidas del número de células
1. Método microscópico. Cámaras de recuento de células (como en hematológica). No distingue células viables de células no viables. Es un
método poco preciso.
2. Contador eléctrico. El aparato tampoco sabe si las células están viables o no. Cada vez que pasa una célula, hay una señal eléctrica.
También cuenta partículas no microbianas.
3. Recuento en placa. Contamos células vivas, que forman colonias
(UFC). Cada colonia se origina por una sola célula (UFC, unidad formadora de colonias). Hay dos técnicas:
a. De superficie. Bajo volumen (0.1 ml).
b. Inclusión. Volumen elevado incluido en el medio (agar).
Este método nos permite aislar los diferentes microorganismos.
4. Técnica del NMP (numero más probable). Se mide el crecimiento en
medio líquido. No se puede contar las células. Se realizan diluciones y
se cuentan tubos positivos (con crecimiento) y se consulta una tabla
de NMP.
5. Filtración a través de membrana. Medio liquido con muy pocos microorganismos. Concentramos la muestra. Se parte de un volumen bastante grande de la muestra – se usan filtros para concentrar la muestra.
Crecimiento sincrónico
Los microorganismos son sincronizados cuando todas las células están
en la misma fase. Normalmente las poblaciones son asincrónicas. Nos interesa que la población sea sincronizada para estudiarla mejor.
Hay dos maneras de sincronizar una población:
 Inducción
 Selección
o Filtración. Las células quedan adheridas al filtro y luego se ponen en medio liquido fresco. Se empiezan a formar células hijas
recién formadas en la misma fase – fase de crecimiento exponencial.
o Centrifugación
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Crecimiento microbiano
Jueves, 25 de noviembre de 2004
Cultivo continuo
Un cultivo que siempre se encuentra en fase exponencial se puede conseguir si se mantiene el volumen del cultivo constante. Dos métodos para
mantener el cultivo continuo:
 Quimiostato
 Turbidostato
Genética de los microorganismos
El gene: avances históricos:
 Descubrimiento de los genes – Mendel (1866)
 Descubrimiento de ácidos nucleicos (1871)
 Descubrimiento de la doble hélice (1953)
 Elucidación del código genético
 Secuenciación rápida de DNA (1977)
 Secuenciación automatizada del DNA (1986)
 Primer genoma secuenciado (1995)
 Primer cromosoma humano secuenciado (1999)
 Genoma humano secuenciado (2001)
Estudios genéticos – modelo bacteriano
Ventajas:
 Corto tiempo de generación
 De una célula se consigue una población casi idéntica (concepto de
clon-cepa).
 Material genético sencillo
Inconvenientes:
 Pequeño tamaño individual – estudio de poblaciones y no de individuos.
 Reproducción sexual no convencional.
Conceptos genéticos
 Concepto antiguo: un gen codifica una proteína.
 Concepto amplio: un gen codifica un péptido, rRNA, tRNA, promotor,
regulación.
En eucariotas, hay exones (no codifican) e intrones (codifican). En procariotas casi no existe este fenómeno. Por el otro lado, en procariotas es
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Genética de los microorganismos
Jueves, 9 de diciembre de 2004
muy habitual que un grupo de genes que codifican proteínas relacionadas
(por ejemplo, una ruta metabólica) son transcritas, traducidas y reguladas
en bloque.
Los alelos son formas mutacionales. Cambios de un gen determinado.
No siempre influyen la funcionalidad.
El genóforo bacteriano es el equivalente al ‘cromosoma’ bacteriano.
Contiene la mayor parte de la información genética, pero no toda – hay
otras estructuras que contienen información genética – los plásmidos.
El genoma bacteriano es la suma del genóforo y los plásmidos. En eucariotas, el genoma es la suma de todos los cromosomas, DNA mitocondrial y DNA del cloroplasto.
El genotipo es el conjunto de genes de un determinado organismo. El
fenotipo es el conjunto de características observables de un organismo en
cierto ambiente. Los cambios debidos al ambiente pueden ser morfológicos
o fisiológicos.
Mutaciones
Las mutaciones son variaciones genotípicas. Cualquier cambio permanente de la secuencia de DNA se considera una mutación, de cambios de
muchas bases (fácilmente detectables) hasta cambios de una única base
(difícilmente detectables). Hay diferentes clases de mutaciones:
 Selectivas. El mutado beneficia de la mutación.
 No selectivas. La mutación no afecta el mutado.
Las mutaciones son muy raras – su frecuencia es de 1/100 millones de
bases. Pueden ser espontáneas o causadas por unas causas:
 Error de replicación de DNA
 Daño al DNA
o Radiación
o Mutágenos endógenos (metabolitos altamente reactivos)
o Transposones – elementos genéticos que saltan dentro del DNA.
Macrolesiones del DNA
Se cambia más de una base.
 Deleciones – pérdida de materia genética (cierta secuencia).
 Duplicaciones – se multiplica un determinado fragmento del DNA.
 Inversiones – se invierte la secuencia (ABCDE --> ABEDC).
 Inserciones – se incorporan bases al DNA. dos fragmentos de DNA
que intercambian información entre sí. Parecido a recombinación
meiotica.
40
Genética de los microorganismos
Jueves, 9 de diciembre de 2004
Microlesiones del DNA
Cambio puntual de una base.
 Sustituciones de bases
o Transición – cambio de una base por otra base del mismo tipo
(purina por purina, pirimidina por pirimidina).
o Transversión – cambio de una base por una base del otro tipo –
purina por pirimidina y viceversa.
Consecuencias de la mutación (en la proteína)
 Silenciosa – diferente código, mismo aminoácido. Ejemplo: cambio de
AGG por CGG, los dos codifican una arginina.
 Neutra – cambio de código, de un aminoácido a otro con función similar. AAA (lisina) a AGA (arginina).
 Sentido erróneo – cambio de código de un aminoácido a otro con función no similar (ejemplo: aminoácido ácido por aminoácido aromático).
 Sin sentido – el cambio codifica STOP.
Desplazamiento del marco de lectura
El desplazamiento del marco de lectura corresponde a eliminación de
una base. Se puede corregir por una reversión – añadir una base.
 Reversión verdadera: (GC) --> (AT) --> (CG).
 Nueva par de bases:
o Mutación silenciosa
o Mutación neutra
 Mutación supresora
o Intragénica (desplazamiento).
o Extragénica – tRNA. La segunda mutación (que corrige el gen) se
produce en el tRNA.
Mutágenos
Los mutágenos son agentes que causan mutaciones. Hay varios tipos
de mutágenos, de diferentes mecanismos de acción: incorporación al DNA,
unión al DNA, daño físico etc.
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Genética de los microorganismos
Lunes, 13 de diciembre de 2004
Mutágenos químicos
Análogos de bases
Hay unos compuestos que se parecen a bases del DNA. Estas moléculas pueden tener dos conformaciones (enólicas y cetónicas). El cambio de
conformación implica un cambio del numero de puentes de hidrogeno que
la molécula es capaz de formar – y un cambio de la base a la cual se puede
unir.
1ª generación 2ª generación
3ª generación
4ª generación
A—T
G—5BrU
G—C


A—5BrU




Agentes intercalantes
Los agentes intercalantes se unen al DNA, pero no se incorporan a él.
Se colocan entre las bases, y cuando el DNA se replica, en su lugar se añaden bases de forma aleatoria produciendo mutación de inserción con desplazamiento de marco de lectura. Ejemplos: acridinas, bromuro de etidio.
Agentes que reaccionan con el DNA
El ácido nitroso convierte la adenina en hipoxantina (causa desaminación de la base).
1ª generación 2ª generación 3ª generación 4ª generación
A—T


H—T


H—C


G—C
Agentes alquilantes
Los agentes alquilantes son donadores de grupo alquilo (metilo, etilo
etc.). Hay dos tipos de agentes alquilantes:
 Monofuncionales. Añaden grupo alquilo solo sobre una cadena.
Ejemplo: etilmetasulfonato.
1ª generación 2ª generación
C—G


G’’—T


3ª generación
A—T
 Bifuncionales. Añaden grupo alquilo sobre las dos cadena uniéndolas. También activan enzimas que rompen el DNA, en una intención
de recuperar parte de la información retenida en el DNA. ejemplo:
mostaza nitrogenada, mitomicina, nitrosoguanidina.
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Genética de los microorganismos
Lunes, 13 de diciembre de 2004
Mutágenos físicos
Radiaciones ionizantes (X, Γ y UV)
Las radiaciones ionizantes producen radicales libres que atacan la célula, incluso el DNA.
La radiación a 260 nm (UV) es muy mutagénica porque es absorbida
por el DNA. Produce una alteración de bases pirimidínicas contiguas,
dando lugar a los dímeros de pirimidinas. Este tipo de mutación modifica
la estructura del DNA, y la polimerasa no reconocer la información codificada.
El daño producido por la radiación UV puede ser reparado por la fotorreactivación con luz visible. La presencia de fotones activa una enzima, la
fotoliasa, que es capaz de romper los dímeros de pirimidinas. Hay otro mecanismo de reparación, que es la reparación oscura (no necesita luz visible). Es un proceso complejo, en que intervienen muchas enzimas que
coactan para recuperar el DNA. Por ejemplo, se utiliza reparación por excisión: endonucleasa UVR-ABC elimina el dímero de timina; la polimerasa
I sintetiza la secuencia eliminada (a partir de la cadena complementaria);
la ligasa une los trozos de DNA.
Intercambio genético
Exogenote – proviene de fuera.
Endogenote – material genético propio del organismo.
Hay varios mecanismos de adquisición de DNA por bacterias:
 Transformación. El DNA proviene del exterior.
 Transducción. El DNA proviene de un virus (bacteriófago).
 Conjugación. El DNA proviene de otra bacteria.
El producto del intercambio genético es el merocigoto (cigoto parcial).
Del merocigoto hay varias posibilidades:
 DNA integrado en el genóforo propio de la bacteria.
 DNA no se puede incorporar. Un diploide parcial. Se duplica dando
lugar a clon con genóforo y segmento de DNA separado.
 DNA no se puede incorporar ni duplicar. No se forma clon. Célula
única parcialmente diploide.
 Restricción del hospedante. Activación de enzimas DNAsas que degradan el DNA.
43
Intercambio genético
Martes, 14 de diciembre de 2004
Transformación natural
Griffiths 1928. El Streptococcus pneumoniae puede tener dos formas
de colonias: lisas – S (con cápsula, elevada patogenidad) y rugosas – R (sin
cápsula, baja patogenidad).
Desactivación de cepa S con calor. Se añade a la cepa R viva. Al juntar
las células rugosas con el degradado de las células S se ha producido la
transformación natura – la cepa R ha adquirido fragmentos de DNA que
codifican la capacidad de producir cápsula. Al inyectar las cepas R al animal, se muere. Al extrae el microorganismo del animal muerto, se ven dos
cepas: lisas (S, capsulados) y rugosas (R, no encapsulados).
Transformación natural – competencia. Proteínas de membrana que
reconocen el DNA y lo entra a la célula. Una nucleasa rompe el DNA al entrarse a la célula en fragmentos. Una proteína de competencia lo separa en
una cadena, que se integra al DNA (por la DNA nucleasa).
Transducción
El DNA proviene de un bacteriófago. El bacteriófago infecta la célula
donadora, de la cual coge un fragmento de DNA. Este fragmento es introducido por el bacteriófago a la célula receptora.
Transducción generalizada
El bacteriófago inyecta su material genético, con el fin de multiplicarse
dentro de la célula infectada. El DNA vírico es suficiente para multiplicar
el fragmento de DNA y las proteínas que lo envuelve. Las proteínas se
montan formando la cápside. El bacteriófago anula la capacidad de funcionamiento del genóforo. El DNA de la bacteria se fragmenta por nucleasas.
La bacteria contiene muchas copias del DNA vírico y fragmentos de su
propio DNA (que provienen del genóforo roto). El DNA vírico ha de ser incorporado en la cápside. Como hay fragmentos de DNA bacteriano degradado en la célula, cuando se incorpora el DNA vírico en la cápside, puede
entrar en la cápside algún fragmento de DNA bacteriano.
Cuando el bacteriófago infecta otra bacteria, también inyecta el material genético bacteriano.
Este tipo de transducción se denomina transducción generalizada, ya
que cualquier gen de la bacteria donadora puede transducir de esta manera.
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Intercambio genético
Martes, 14 de diciembre de 2004
Transducción especializada
Transducción de ciertos genes. Ejemplo: al estudiar la transducción en
E. coli K12 y el bacteriófago Tλ, se observaba que siempre se producía
transducción de uno de dos genes determinados: el gen que codifica la síntesis de biotina y el gen que codifica la enzima β-galactosidasa.
El DNA del bacteriófago se integra al genóforo, siempre en el mismo
lugar en el genóforo – en los extremos hay dos secuencias que se parecen a
la secuencia del DNA vírico (secuencias Att (Attachment)). Los genes que
siempre se incorporan se encuentran a los dos lados de las secuencias de
adhesión.
El bacteriófago en este caso entra en un ciclo lisogénico – el DNA se cicla para separar la secuencia del bacteriófago. Si no llega a hacerlo perfectamente, coge un fragmento de uno de los dos genes adyacentes – la β-gala
o la biotina.
Conjugación
El intercambio de genes entre células mediante un pili sexual – hay
una célula donadora y una célula receptora.
La secuencia F (factor F) está presente en unas bacterias. Puede ser
incorporada en el genóforo o estar libre (plásmido). Si la célula F positiva
se junta con la célula receptora (F negativa), se intercambia el factor F. El
factor F se multiplica y pasa a la célula por el pili sexual. La célula receptora se hace F positiva.
HFR – High Frequency Recombination. Células que ganan más información por la conjugación, en función del tiempo que estén unidas las células por el pili. El factor F está integrado en el genóforo. El DNA bacteriano se duplica y atraviesa el pili. En estos casos, normalmente no intercambia el factor F.
Otros elementos genéticos de la bacteria
Plásmidos
Los plásmidos son cadenas cortas de DNA de peso molecular bajo y pocos genes con capacidad de autoduplicación. Muchas veces tienen la capacidad de autotransferencia, mediante conjugación. El factor F es un plásmido, que puede transferir información: resistencia a antibióticos (plásmido R), patogenia, capacidad de sintetizar pigmentos o antibióticos.
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Plásmidos
Martes, 14 de diciembre de 2004
Plásmido R
Contiene unas zonas diferenciadas:
 RTF – codifica la replicación del plásmido y su transferencia a otra
célula.
 R1, R2,… genes que codifican resistencia a antibióticos y terapéuticos.
Ejemplo: resistencia a penicilina. Enzima que rompe el anillo βlactámico.
La presencia de los plásmidos R fue descubierta en una epidemia de
disentería (Shigella dysenteriae) en Japón. Las cepas que causaron la enfermedad eran resistentes a diferentes tipos de antibióticos y adquirían
resistencia a nuevos tipos de antibióticos, hecho que no se puede explicar
con la mutación y selección natural (que es más lenta).
Transposones
Los transposones son fragmentos de DNA con capacidad de desplazamiento. Presentes en eucariotas y procariotas. Los transposones presentan
secuencias de inserción en sus dos extremos. Estas secuencias contienen
pocas bases, que codifican la capacidad de movimiento: la transposasa y
secuencias inversamente repetidas.
Los transposones compuestos contienen 10-15 miles de bases, que codifican genes de resistencia, toxinas, enzimas etc.
Estructura
El transposón es muy pequeño – es un fragmento en comparación con
el plásmido. Puede contener un único gen que codifica una característica
(aparte de las secuencias de inserción). Es un mecanismo para facilitar la
acumulación de nueva información.
Formas de producir transposición
Conservativa
El número total de copias es uno. El transposón puede moverse, pero
no puede multiplicarse.
Replicativa
El número total de copias es dos (como mínimo). El transposón se duplica antes de insertarse de nuevo al genoma. Estos transposones tienen
un gen que codifica una enzima de duplicación.
46
Plásmidos
Jueves, 16 de diciembre de 2004
Efectos
 Formación de plásmidos R
 Diseminación de información
 Mutación
Recombinación genética
 General (homologa). Secuencias muy parecidas. Si la molécula es
muy parecida al lugar donde ha de integrarse, es muy fácil que se integre – complementariedad. No hace falta que sea completamente
idéntica.
 Especifica de lugar. La secuencia se introduce en lugares específicos –
los lugares Att (attachment). Se produce la lisogenia.
 Replicativa. La integración de transposones. El transposón tiene sus
enzimas para moverse y replicarse.
Genética de eucariotas
El intercambio genético en microorganismos eucariotas es similar al
intercambio genético en plantas y animales. La información genética se
agrupa en cromosomas pero también hay información genética extracromosómica – en mitocondrias y cloroplastos.
El modelo de estudios de eucariotas es la levadura (Saccharomyces cerevisiae). Sus característicos son:
 Cromosomas: n=16
 Ciclo – diploide o haploide.
 Reproducción
o Sexual (a y α, los signos sexuales)
o Asexual
 Ascomicote – ascosporas.
 Primero eucariota decodificado – tienen 12 millones de bases.
El ciclo reproductivo sexual y asexual complica el estudio en laboratorio.
47
Genética de eucariotas
Jueves, 16 de diciembre de 2004
Ingeniería genética
Conceptos
 Ingeniería genética – modificación directa del genoma premeditada.
 Tecnología del DNA recombinante. Una técnica muy utilizada en la
ingeniería genética.
 Biotecnología. Manipulación de organismos para obtener productos
útiles.
Enzimas de restricción
Las enzimas de restricción son nucleasas que se activan cuando se introduce DNA ajeno a la célula. Cada enzima corta de una manera especifica. Las enzimas de restricción cortan el DNA de forma que quedan extremos cohesivos. Lo que interesa es que se una un fragmento del DNA con
plásmido cortado por la misma nucleasa (tiene los mismos extremos cohesivos). Para introducir el gen deseado, hace falta de un vector – un plásmido o un bacteriófago.
Para asegurarse que la bacteria (E. coli) en el cultivo ha adquirido el
plásmido, se utiliza un plásmido que contiene un gen de resistencia a cierto antibiótico (ejemplo: tetraciclina). La colonia que crece en el medio con
tetraciclina ha adquirido el plásmido (pero no necesariamente el gen). Este
método funciona con genes de procariotas, pero no en eucariotas (que tienen intrones y exones).
48
Genética de eucariotas
Lunes, 20 de diciembre de 2004
Plásmido PBR 332 contiene dos genes que codifican resistencia a dos
diferentes antibióticos: ampicilina y tetraciclina. En cada gen hay dos lugares en que se puede cortar el plásmido por diferentes enzimas de restricción. Si se utiliza cierta enzima, entonces se anula el gen que se ha cortado
por la enzima, y hay que utilizar un medio que contiene el otro antibiótico
(que no se ha cortado el gen que codifica la resistencia a él).
Vectores de clonación
 Fags. Los bacteriófagos se utilizan como vectores de clonación.
 Cósmidos. Fags sin su material genético. Sólo se mantienen los extremos cohesivos (Att). Se utilizan para incorporar más material genético que mediante los fags.
 Cromosomas artificiales. YAC (yeast artificial chromosome) y BAC
(bacterial artificial chromosome). Se ha trabajado con este mecanismo para seccionar el genoma humano. Se elimina gran parte del genoma bacteriano o de la levadura, y se introducen genes de otros organismos. La finalidad es aumentar la cantidad de DNA disponible
para el estudio.
 Replicación de DNA por PCR. Se utiliza un termociclador, que varía
la temperatura rápidamente (calentar y enfriar). Se utiliza para separa las cadenas de DNA (calentándolas) y que junten (enfriar).
Aparte, hace falta de:
o Cebadores. Fragmentos de DNA que inician la replicación.
o Bases
o Taq polimerasa. Es una DNA polimerasa que utiliza una cadena de DNA como molde. La polimerasa puede catalizar la
reacción a temperaturas elevadas necesarias para mantener
las cadenas separadas. La taq polimerasa se extrae de una
bacteria, Thermus aquaticus, que vive en manantiales calientes (~100º).
Aspectos genéticos de la regulación celular
Concepto de regulación: modelo bacteriano
J. Monod (1940). E. coli (lactosa positiva) utiliza la lactosa. Tiene una
permeasa que transporta la lactosa al interior de la célula y la enzima βgalactosidasa, que rompe la lactosa en glucosa y galactosa. En E. coli crecido en medio de cultivo sin lactosa, la cantidad de las dos proteínas es
muy baja. En presencia de lactosa, las dos están presentes en elevada cantidad.
La alolactosa (isómero de la lactosa) es quien activa la síntesis de las
proteínas. El operón lactosa está formado por una serie de genes que se
traducen en forma sistrónica en presencia de lactosa (Z – β-galactosidasa;
49
Regulación génica
Lunes, 20 de diciembre de 2004
Y – permeasa). El operador LacO es el operador de la lactosa. Contiene el
promotor y otros elementos.
En situación de medio sin lactosa, los niveles de enzimas son muy bajos. El gen LacI es un gen regulador que se traduce constantemente en
una proteína represora. Este tipo de gen se denomina gen regulador.
Cuando no hay lactosa en el medio, la proteína represora inhibe la síntesis
de las enzimas del metabolismo de la lactosa – se une al operador y no deja
que la RNA polimerasa se una al DNA. Así se bloquea la síntesis de RNA
mensajero.
Cuando se añade lactosa al medio, ésta actúa como inductor que bloquea la proteína represora. Cuando la proteína represora se une a la lactosa, no puede fijarse al operador del gen y el gen se traduce a RNA mensajero.
Enzimas que se pueden activar de esta manera se denominan enzimas
inducibles.
Inducción génica – enzimas inducibles
Represión génica implica enzimas reprimibles – enzimas que se inhibe
su síntesis por productos o sustancias. La proteína reguladora (represora)
actúa como represora sólo cuando se encuentra el co-represor. Si está sola,
es inactiva. Ejemplo: triptófano. Cuando la concentración de triptófano es
elevada, se inhibe el bloque de enzimas que sintetizan triptófano a partir
de otros aminoácidos.
Síntesis constitutiva
Enzimas que se sintetizan constantemente (como las enzimas de la glicólisis). Cuando en el medio hay glucosa y lactosa, la curva de crecimiento
es diaúxica (tiene dos áreas de crecimiento exponencial).
Control positivo – represión por catabolito
50
Regulación génica
Lunes, 20 de diciembre de 2004
La regulación de la utilización de diferentes nutrientes favorece la utilización del nutriente más fácil de degradación (glucosa es más fácil de degradar que lactosa, por ejemplo). Cuando hay una fuente de energía de utilización fácil (glucosa) la concentración de CAMP es muy baja.
CAMP
en baja concentración induce la síntesis de CAP, que inhibe la
transcripción de los genes que codifican las enzimas del metabolismo de
lactosa, aunque su concentración en el medio es alta.
Cuando la concentración de glucosa es baja, aumenta la concentración
de CAMP, que fija el CAP. El promotor de los genes de metabolismo de lactosa queda expuesto, y la RNA polimerasa puede empezar la transcripción
de estos genes.
Relaciones microorganismo-hospedante
El primer contacto entre el microorganismo y el hospedante es en el
momento que el último nace.
Tipos de relaciones entre microorganismo y hospedantes:
 Mutualismo. Los dos se benefician de la relación entre ambos, pero
pueden vivir solos.
 Comensalismo. El microorganismo se beneficia de la relación; el hospedante es indiferente (no beneficia ni sufre).
 Parasitismo. El microorganismo se aprovecha del hospedante causándole problemas de salud.
Colonización e infección
La colonización se produce en el momento del nacimiento del animal.
El microorganismo penetra el hospedante y empieza multiplicarse, normalmente sobre una superficie (por ejemplo, piel y mucosas). Eso no implica una invasión a tejidos ni daño tisular; no se produce ningún cambio en
el hospedante, la colonización puede ser transitoria, si se pierde después
de cierto tiempo. Hay otros tipos de colonización, que son permanentes y
duran toda la vida del individuo.
La infección es la invasión al hospedante por un microorganismo que
se multiplica, pero eso no implica una enfermedad. Sin embargo, una enfermedad infecciosa normalmente empieza por infección. Hay infecciones
positivas, que dan lugar a la microbiota norma del organismo.
La infección puede ser subclínica, es decir, los microorganismos (que no
pertenecen a la microbiota normal) se multiplican pero no se manifiesta
ningún síntoma de enfermedad.
El paso de infección a enfermedad depende del estado del animal y de
las características del microorganismo – su virulencia. El microorganismo
que produce la enfermedades conoce como agente etiológico o agente causal.
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Relación microorganismos – hospedante
Martes, 11 de enero de 2005
La enfermedad puede ser infecciosa y/o contagiosa, que no es lo mismo.
Una enfermedad infecciosa está vinculada a la naturaleza del microorganismo que la causa; una enfermedad contagiosa es una enfermedad que
puede transmitirse a otros organismos. Por ejemplo, la bacteria Clostridium tetani, que causa el tétanos, es una enfermedad infecciosa – hay que
infectarse de la bacteria para padecer la enfermedad; el tétanos no es una
enfermad contagiosa, ya que un animal infectado no transmite la enfermedad a otros animales.
Patogenidad y virulencia
La patogenidad es la capacidad de un microorganismo de producir enfermedad. Se distinguen dos tipos:
 Típicos, clásicos. Invariablemente cuando el animal se pone en contacto con el microorganismo se infecta de la enfermedad. Ejemplos:
Bacillus anthracis (produce ántrax) Brucilla abortos.
 Oportunistas. En algunos casos pueden producir enfermedades, dependiendo de la situación del hospedante (su defensa y microbiota).
Ejemplos: Pseudomonas aeruginosa (produce otitis) E. coli y Candida
albicans (causan enfermedades intestinales en determinadas situaciones; en condiciones normales, pertenecen a la microbiota normal
del organismo).
La virulencia es el grado de patogenidad de un determinado microorganismo. La virulencia depende del género, especie y variedad. Por ejemplo, hay cepas de Salmonlla avirulentas, virulentas y altamente virulentas. Dos aspectos de la virulencia:
 Infectividad. Facilidad de establecer infección.
 Gravedad de las lesiones que produce el microorganismo.
Un microorganismo con elevada infectividad que produce lesiones poco
graves no es virulento. Las dos propiedades son independientes.
 Virus de resfriado común. Elevada infectividad, lesiones leves.
 Micobacterias. Baja infectividad, lesiones muy graves.
 Virus de la peste porcina africana. Elevada infectividad, lesiones producidas muy graves (puede provocar la muerte del animal).
La infectividad se evalúa mediante la relación entre el número de microorganismos necesarios para producir la enfermedad (dosis efectiva);
cuanto menor sea el número de microorganismos necesarios para producir
la enfermedad, más infectiva es la enfermedad.
 Dosis efectiva o infectiva. El numero de microorganismos necesarios
para producir la infección. DE50 – la dosis efectiva que produce la infección en 50% de una población testada.
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Relación microorganismos – hospedante
Martes, 11 de enero de 2005
 Dosis letal. El numero de microorganismos necesarios para producir
la muerte. DL50 – la dosis de microorganismos necesaria para producir la muerte de 50% de la población testada.
Microbiota normal
La microbiota normal forma la típica infección del animal, en la piel,
mucosa etc. la microbiota normal de la piel contiene 102-105 microorganismos por cm. cuadrado, fundamentalmente Gram positivos:
 Estafilococos, COAG negativos.
 Estreptococos.
 Corinbacterias
 Levaduras
Ciertos órganos, en animal sano, no contienen microorganismos – han
de ser estériles (por ejemplo, riñón e hígado).
Las mucosas presentan microbiota propia también, especialmente en el
tracto intestinal:
 Bocal. Hay más anaerobios que aerobios (10:1)
 Estómago (pH 1.7-3.5) – 103-105 microorganismos por mililitro.
 El intestino grueso (109-1011/ml) tiene más microorganismos que el
intestino delgado (103-108/ml).
o Intestino delgado

Enterobacterias (Gram negativos)

Lactobacilos

Enterococos
o Intestino grueso – 99% anaerobios estrictos

Fusobacterium

Bacteroides

Clostridium
 Tracto respiratorio, urinario, genital.
Ectosimbiosis en rumiantes (rumen)
Los microorganismos se encargan de la digestión del a celulosa ingerida por el rumiante. Su microbiota (anaerobiosis) consta de:
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Relación microorganismos – hospedante
Martes, 11 de enero de 2005
 Bacterias, arqueas (1010/ml)
o Ruminococcus
o Fibrobacter
 Protozoos (106/ml) hongos
o Celulolíticos: D-glucosa + celobiosa
o Ácidos grasos (acético, propiónico)
o Vitaminas
o Digestión de microorganismos: aminoácidos, azucares.
o Hidrogeno, metano, dióxido de carbono (200 litros/día)
Modificaciones de los postulados de Koch
Los postulados de Koch se ven modificados por algunas características
de los microorganismos que conocemos hoy en día.
1. El microorganismo se ha de observar asociado a la enfermedad.
Ejemplo: infección intestinal.
o Bacterias diferentes producen enfermedades similares.
o Graves de virulencia de la cepa.

E. coli: cepas virulentas y avirulentas.
o Presencia o ausencia de enfermedad, portadores, subclínica.
o Animales inmunodeprimidos: oportunistas.
2. El microorganismo ha de ser aislado y crecer en cultivo puro.
o Patógenos no cultivables.

Respuesta inmunológica especifica – presencia de anticuerpos.

Evidencia de material genético.
3. La enfermedad ha de poder ser reproducida en un animal susceptible,
por inoculación del microorganismo del cultivo puro.
o Dificultades de encontrar modelo adecuado.
o Pérdida de virulencia después del cultivo
4. El microorganismo ha de encontrarse en la infección experimental
producida en el animal susceptible y se ha de demostrar que es el
mismo ser inoculado.
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Mecanismos y estructuras de patogenidad
Martes, 11 de enero de 2005
Mecanismos y estructuras de patogenidad
Los microorganismos patógenos pueden adherirse a los tejidos; en función de su patogenidad pueden penetrar a los tejidos más profundos; pueden generar enfermedad por lesión tisular, por toxinas y por capacidad de
invasión a tejidos más profundos.
Factores de adhesión – adhesinas
Los factores de adhesión son elementos estructurales localizados externamente en la bacteria.
 Cápsula y glicocálix (exopolisacáridos). Los sacáridos facilitan la adhesión a ciertos tejidos.
 Fimbrias. Facilitan la unión con receptores específicos en diferentes
tipos de tejidos, a veces específicamente según la especie animal.
Las fimbrias son estructuras proteicas, presentes sobre todo en bacterias Gram negativas. Las fimbrias reconocen los glicolípidos, que se
encuentran en la superficie tisular. Estos azucares son los receptores
de las fimbrias. Por ejemplo, bacterias con fimbrias manosa sensibles
cultivadas en medio manosa positivo, pierden su virulencia, ya que
todas sus fimbrias están bloqueadas por la manosa del medio.
En algunas bacterias las fimbrias reconocen solo especies específicas.
Por ejemplo, la bacteria E. coli K88 provoca la colibacilosis (diarrea)
en cerdos. El microorganismo se adhiere al intestino delgado, liberando toxinas que aumentan la motilidad intestinal. Otro ejemplo es
la Moraxella bovis, que forma parte de la microbiota transitoria de
las vías respiratorias altas; allí no provoca ninguna enfermedad. Si
llega a la córnea, que presenta receptores específicos, se adhiere a la
superficie y puede llegara provocar queratoconjuntivitis.
 Fibrillas. Estructuras presentes en bacterias Gram positivas, parecidas a las fimbrias pero menos definidas. Están formadas por proteínas y ácidos grasos.
 Proteínas de membrana en los micoplasmas.
Factores de invasión
La invasión es facilitada por heridas, quemaduras, cirugía, vectores y
factores de invasión. Los factores de invasión son enzimas que tienen los
microorganismos.
 Hialuronidasa. Rompe el ácido hialurónico, que es abundante en el
tejido conjuntivo. Presente en estafilococos, estreptococos y clostridios.
 Quinasa. Disuelve coágulos de fibrina, para intentar penetrar por heridas o salir del coágulo. Presente en estreptococos (S. pyogenes) y estafilococos (S. aureus).
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Mecanismos y estructuras de patogenidad
Martes, 11 de enero de 2005
 Coagulasa. Coagula la sangre, encerrándose en un coágulo que lo
protege del sistema inmunitario. Presente en estafilococos COAG positivos (más virulentos que COAG negativos).
 Colagenasa y elasatasa. Degradan el colágeno y elastina del tejido
conjuntivo. Presentes en microorganismos que generan gangrena
(clostridios) pero también se encuentra en microorganismos oportunistas.
Toxinas
Se distinguen dos clases de toxinas:
 Exotoxinas. Toxinas liberadas por la bacteria. Son proteínas sintetizadas y liberadas por la bacteria.
 Endotoxinas. Toxinas localizadas en la pared celular de la bacteria.
Se denominan endotoxinas aunque no se encuentran en el interior de
la bacteria.
Exotoxinas
Proteínas excretadas al medio. Al ser proteínas, hay formas fáciles de
inactivarlas:
 Calor. las proteínas son termolábiles (se eliminan por calor; temperatura de 60-80º es suficiente para destruir la toxina).
 Enzimas protelíticas. Rompen la proteína y la inactivan.
o Excepción: intoxicación alimentaria. Se ingiere la pretoxina que se rompe por hidrólisis en el digestivo. La hidrólisis activa la toxina.
 Formol. Inactiva la proteína dando el toxoide – proteína no tóxica pero inmunogénica – sigue siendo antigénica. Sirve en la producción de
vacunas.
 Anticuerpos
Las toxinas están codificadas en el material genético: el genóforo, el
plásmido o en bacteriófagos que infectan la bacteria.
Las exotoxinas son muy tóxicas – la dosis letal (DL50) en ratas es de
4·10-6 μg.
Efectos biológicos
 Neurotoxinas. Tétanos (C. tetani) toxina tetánica.
 Enterotoxina. Cólera (V. cholerae) toxina colérica.
 Citotoxina. Carbúnculo (B. anthracis) provoca muerte celular.
Endotoxinas
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Mecanismos y estructuras de patogenidad
Martes, 11 de enero de 2005
Las endotoxinas se encuentran en la membrana externa de las bacterias Gram negativos – los lipopolisacáridos. Se denominan endotoxinas
porque la bacteria ha de romperse para liberar la toxina, por tanto se pensaba que se encuentra en el interior de la bacteria.
Los macrófagos rompen la bacteria cuando la fagocitan, y así se liberan
las endotoxinas, que provocan síntomas de intoxicación. Las endotoxinas
son termoestables (aguantan temperaturas >100º). Su dosis letal es superior: DL50 = 0.1 mg.
Efectos biológicos
Activación de citoquinas, coagulación de sangre, fibrinolisis, fiebre, inflamación, diarrea, hemorragia, shock séptico. La activación de estos mecanismos es en función de la cantidad de toxina presente en el organismo.
Quimioterapia antibacteriana y antimicótica
Conceptos
 Agentes quimioterapéuticos. Compuestos que se utilizan para curar
enfermedades.
 Agentes quimioterapéuticos microbianos. Compuestos que se utilizan
para curar enfermedades producidas por microorganismos.
o Antibióticos
o Antifúngicos
o Antivíricos
 Antibióticos. Compuestos producidos (originalmente) por microorganismos. Pueden ser:
o Naturales. Penicilina G
o Semi-sintéticos. Modificados químicamente - amoxicilina.
o Sintéticos. Son antibióticos sencillos que se pueden sintetizar
industrialmente sin la necesidad de cultivo microbiológico.
Ejemplo: cloramfenicol.
 Quimioterapéuticos sintéticos. Productos que se producen por síntesis
química. Ejemplo: sulfamidas.
 Agentes antimicrobianos. Productos con actividad antimicrobiana.
Incluye antibióticos, quimioterapéuticos, desinfectantes (utilizados
pos superficies) y antisépticos (utilizados en tejidos).
 Productos de amplio espectro. Afectan gran variedad de bacterias.
Ejemplo: tetraciclinas, afectan bacterias Gram positivas y negativas,
micoplasmas, rickettsias y clamidia.
 Productos de espectro reducido. Afectan pocos microorganismos. Por
ejemplo, la penicilina G afecta sólo bacterias Gram negativas.
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Quimioterapia antibacteriana y antimicótica
Martes, 30 de noviembre de 2004
 Bactericida. Provoca la muerte de la bacteria. Ejemplo: penicilina.
 Bacteriostático. Inhibe el crecimiento del microorganismo pero no lo
mata. Ejemplo: tetraciclinas.
Origen de la quimioterapia antimicrobiana
Quimioterapéuticos
 P. Ehrlich, 1904. descubrió que el tripano rojo cura la tripanosomiasis, y que el salvarsan se puede aplicar para tratar sífilis.
 G. Domagk, 1935. descubrió el prontosil (que es el origen de las sulfamidas).
Antibióticos
 A. Fleming, 1928. descubrió la penicilina G (que fue comercializada a
1940 por Floreyl & Chain).
 S. Waksman, 1944. descubrió la estreptomicina.
 1953. descubrimiento del cloramfenicol, neomicina, tetraciclina.
 Productos sintéticos y semi-sintéticos.
Mecanismos de acción de antibacterianos
Inhibición de la síntesis de pared celular
La inhibición de la síntesis de la pared celular es provocada por un
rango de antibacterianos, como la penicilina y cefalosporinas (βlactámicos). Estos antibacterianos inhiben las enzimas transpeptidasas
(PBS) que crean las cadenas peptídicas que dan rigidez a la pared. Estos
antibacterianos también provocan la síntesis y activación de autolisinas,
que producen la autólisis de la bacteria.
Alteración de membrana celular
La alteración de membrana celular es provocada por polimixina. El antibacteriano penetra la membrana plasmática de la bacteria cambiando su
permeabilidad, lo que provoca la muerte de la bacteria.
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Quimioterapia antibacteriana y antimicótica
Martes, 30 de noviembre de 2004
Inhibición de síntesis de DNA
Se basa en la diferencia de síntesis de DNA en eucariotas y procariotas.
 Quinolonas. Inhiben la DNA girasa que abre la doble hélice de DNA
antes de la duplicación.
 Rifamicina. Bloquea la síntesis de RNA parando la síntesis de mRNA
y proteínas.
Inhibición de síntesis de proteínas
 Unión a la subunidad 50S
o Eritromicina. Inhibe la elongación de la cadena peptídica.
o Cloramfenicol. Bloquea la formación del enlace peptídico.
 Unión a la subunidad 30S
o Tetraciclina. Inhibe la unión aminoácido-tRNA-ribosoma.
o Aminoglucosidos. Estreptomicina, gentamicina. Provocan errores
en la síntesis de proteínas, lo que produce proteínas no útiles.
Antagonismo metabólico – sulfamidas
Inhibición de la síntesis del ácido fólico. El ácido fólico es necesario para la síntesis de las bases nitrogenadas (del DNA y RNA). La inhibición de
la síntesis de ácido fólico no causa daño a los animales ya que éstos consumen el ácido fólico con su dieta, porque no son capaces de sintetizarlo.
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