APUNTES MICROBIOLOGA 201440 a 54 La microbiologa se define como
una disciplina, una ciencia que estudia los microorganismos que
existen en la naturaleza, pero no solo en su afn de caracterizar
estos MO sino que definir las relaciones y las interrelaciones con
los distintos nichos ecolgicos, es decir, las relaciones entre los
MO y su entorno. Esta disciplina es joven, ya que antiguamente los
MO no se conocan, se saba que existan, pero para conocerlos, se
necesitaba un instrumento especial. Este instrumento es el
microscopio, y no fue hasta 1676 donde Leeuwenhoek ide el primero
de estos que no es como el que conocemos ahora, sino que fue una
mezcla de lentes (posea forma de lupa). Con ellos empez a observar
lo que no era visible para el ser humano y se le ocurri mirar una
gota de agua, y en la cual (que aparentemente no tena nada)
observcositas que se movan, a los que los llam animculos. Ni
siquiera exista el concepto de bacterias, de MO, por lo que los
considera de tal forma nombrada anteriormente.
La microbiologa, fue detenida ya que la biologa en general
estaba controlada por lo que se conoci como teora de la generacin
espontnea. Muchos investigadores intentaron echar por tierra esta
teora, pero no se logr por varios aos.
Redi:en el siglo XVII: trabaj con trozos de alimentos en
distintos recipientes sometidos a diferentes condiciones. Donde uno
estaba tapado y otros no tapados.
A mediados del siglo XIX: Pasteur fue un cientfico que aport
mucho a la microbiologa, gracias a su experiencia y experimentos
que echaron por tierra la teora de generacin espontnea dando origen
a lo que se conoce hoy en da como la microbiologa moderna. Este
experimento consisti en que posea un matraz de vidrio de cuello
largo, donde se introduce un lquido que no est estril, lo que hizo
Pasteur fue generar en el cuello dos curvaturas, con el objetivo de
no tener contacto directo del exterior con el lquido que estaba en
el interior y posteriormente (sin tapar el envase) esterilizo el
lquido por calor. La idea es que desaparecieran todos los MO que se
encontraran ah. Lo dej a travs del tiempo y este lquido segua
estril, es decir no haba crecimiento de MO. Ahora como explica el
que los MO no aparecan dentro del lquido, ya que no podan llegar. l
estaba en el concepto que deba existir un precursor (no que era
espontaneo) y obviamente quedaban atrapados en la curvaturas del
cuello. Como poda comprobar esto, volte el matraz y el lquido que
se encontraba dentro de este para que llegase a la curvatura y
luego lo volvi a la posicin inicial y en muy corto tiempo empezaron
a crecer los MO (se supone que a la par de estos tena ms matraces
en los cuales el lquido que en un principio estaba estril, segua
estril).
En la biologa moderna existe un auge en el reconocimiento de los
MO como agente etiolgico de las enfermedades infecciosas, porque se
empiezan a conocer los MO asociados principalmente a bacterias,
donde acompaados del desarrollo de la microscopa que llevaba ya en
esa poca, los investigadores pudieron empezar a detectar, a
caracterizar y a darle nombre a estas bacterias. Y no solamente eso
sino que tambin a relacionarlas con la generacin de distintas
enfermedades y esto fue bastante rpido, y as que en: 1876: Robert
Koch aisl por primera vez y caracteriz el bacillus anthracis, que
es una bacteria que causa el ntrax o carbunco, que es una
enfermedad mortal en los animales y que tambin puede ser traspasada
al hombre donde tambin es mortal. Era una patologa importante en
esa poca, de alta prevalencia; y l logra aislar, caracterizar y
darle un nombre. 1881: Se logra por Robert Koch descubrir el MO de
la tuberculosis y no es que estos organismos hayan aparecido en
esta poca, si no que existan hace mucho tiempo pero en estos aos
recin se logran caracterizar y se reconocen estos agentes
etiolgicos de enfermedades infecciosas. (agente etiolgico: agente
causal, es decir causante de la enfermedad). 1883: Estudios sobre
el clera que tambin es una enfermedad de alta prevalencia, mortal
en los seres humanos, se descubre que es una bacteria que es
transmitida por agua, particularmente por las que estn contaminadas
que es la que produce el clera y se le da el nombre de Vibrio
clera. Y por lo tanto es una seguidilla de reconocimientos de MO y
Robert Koch en este anlisis que hace, establece en 1884 los
postulados de Koch, que son 4 premisas.
POSTULADOS DE KOCH:
1) Si yo tengo un animal enfermo y un animal sano, como se puede
comprobar esto, tomando una muestra yo distingo el MO en el animal
enfermo y no en el sano. 2) A partir de la toma de muestra donde yo
puedo identificar la presencia de MO, puedo aislar este MO en el
laboratorio. Podemos tener una placa donde cultivar y se puede
caracterizar. Del animal sano, no podemos tener nada en el
laboratorio. 3) El MO del cultivo nosotros lo sacamos y lo
inyectamos a un individuo sano, por lo tanto este se enfermar. 4)
Como se enferma, hacemos lo mismo que el anterior. Sacamos una
muestra, con presencia del MO, lo podemos aislar en el laboratorio
y cuando lo caracterizo encuentro la bacteria y esa es la misma que
estaba anteriormente en el animal enfermo. (punto 1)Podemos decir
que hay un concepto de que se enferm uno, distingo la presencia,
esto yo lo traspaso a otro, este se enferm, yo aslo el MO de este y
el MO que encontraremos ser el mismo del primer individuo. Esto es
la base de las enfermedades infecciosas, en este momento todo los
MO que cumplan con estas caractersticas eran agentes etiolgicos de
enfermedades infecciosas. Dentro de los avances de la microbiologa
moderna, hay una seguidilla de caracterizaciones y descubrimientos
del MO (siempre han estado estos MO, pero durante los aos se les
fue caracterizando) en la cual viene consigo el darle un nombre a
este. En el rea de la salud, todo esto est ntimamente relacionado
con las enfermedades de mayor prevalencia, los MO causantes de
estas enfermedades eran obviamente los que estaban caracterizando,
y para ello tambin era necesario encontrar algn tratamiento.
Fleming se encuentra con un metabolito que produce inhibicin del
crecimiento bacteriano, al encontrar que en una de sus placas de
cultivo (staphylococcus aureus) se contamina con un hongo, y este
hongo le genera inhibicin del crecimiento de este.
Penicilina: es el primero de muchos agentes antimicrobianos, no
es el nico que aparece en esa poca, es el que da a todo una
importancia mayor. Ya que gracias a este, durante los siguientes
aos aparecen ms antimicrobianos porque haba una bsqueda importante
en el rea de encontrar agentes que combatieran estas enfermedades
que hoy en da estaban caracterizadas, pero que no existan como
tratarlas.
Previo a esta poca cuando empieza este desarrollo, est la
necesidad de poder clasificar a los MO. Esto trae complicaciones
consigo porque en la poca de 1800, a finales, cuando ocurre todo
esto de desarrollo del conocimiento del MO, primaba todava la
clasificacin del mundo viviente que tena Linneo desde 1758, donde
existan solo dos grandes reinos, que era el reino animal y el reino
vegetal. Donde se ubicaban las bacterias aqu. Entonces empieza un
desarrollo en este mbito y una pequea disputa desde el punto de
vista cientfico, donde empezar a incluir estas bacterias. No fue
fcil incluirlas en el mundo viviente, porque la clasificacin de
Linneo estaba muy arraigada y cost mucho empezar a
modificarla.Recin en 1866, Ernst Haeckelestablece un tercer reino
que eran los protistas, que no fue muy bien aceptado. A pesar de
este nuevo reino, se segua considerando la opcin de solamente 2
reinos en la naturaleza.En 1969Whittaker estableci la presencia de
5 reinos: animal, vegetal, fungi, protista y monera (se incluan las
bacterias). A partir de aqu siguen muchos investigadores tratando
de idear nuevos reinos. Sin embargo, se utilizan otras tcnicas de
biologa molecular fundamentalmente asociados a lo que es la
filogenia (observar ARN ribosomal (en eucarionte: 18S y
procarionte: 16S), sirve hacer relaciones evolutivas), lo que llevo
todo estos estudios fue a establecer dominios, ms que reinos.Se
establecen 3 dominios: Eubacteria, Archaea y Eucaria. Dentro de
estos se pueden encontrar los reinos, pero estos no estn
establecidos, estn incluidos en estos dominios. Todos estos
organismos que existen, derivan de un ancestro universal comn que
es desconocido, y permite la generacin de los arboles filogenticos,
es decir establecer no solamente las clasificaciones sino que
relaciones evolutivas (se encuentran con grandes o pequeas
distancias).
UNIDAD I: ESTRUCTURA, NUTRICION Y CRECIMIENTO BACTERIANO
Relacionar la estructura y los factores abiticos con el
crecimiento bacteriano de acuerdo al nicho ecolgico en que se
encuentra el MO.Debemos entender que las bacterias tienen una
estructura, tiene condiciones para crecer, que son estos factores
abiticos, por ejemplo temperatura, pH, algunos nutrientes
especficos, esto se relaciona con el crecimiento. Si una bacteria
tiene ciertas estructuras, tiene ciertas capacidades estructurales
y condiciones nutricionales, necesidades de oxgeno, etc. El nico
fin de la bacteria es crecer. Pero este crecimiento no es igual en
todos estos microorganismos si no que este crecimiento est de
acuerdo con el nicho ecolgico en el cual se encuentran.
ESTRUCTURA BACTERIANAClula eucarionte animal vs clula
procarionte La clula procarionte estructuralmente es simple. No
posee compartimientos dentro de ella (no encontramos mitocondrias,
Golgi, ncleo, retculo, no estn los organelos). Es parecida a la
clula eucarionte, a pesar de su simplicidad en que el organismo
completo es una clula. Tiene una reproduccin asexual las
eucariontes (donde una clula madre dar a dos hijas exactamente
igual) Las clulas eucariontes tienen metabolismo que no es simple,
ya que cumple la funcin de sintetizar, degradar. A partir de la
dcada de los 50 cuando aparece la microscopia electrnica, se genera
un boom en la descripcin de la estructura celular. Ya que gracias a
esto se pudo observar los componentes celulares, y as fue como se
ha divido esta arquitectura celular: Regin citoplasmtica: genoma,
ribosomas e inclusiones La envoltura celulares: exopolisacridos,
pared celular y membrana celular Los apndices: flagelo, pili (se
considera a veces, como una fimbria especializada) y fimbria.Una
clula est compuesta por 70% agua y 30% de elementos qumicos slidos
(protenas 5%, ARN 6%, ADN 1% y un 8% compuesto necesario para el
desarrollo y la estructura de la clula). REGION CITOPLASMATICA: Es
un gel o un sistema coloidal, posee una consistencia como arenilla
porque el citoplasma contiene ribosomas, como los ribosomas al no
estar en un compartimiento, estn distribuidas en el citoplasma en
grandes cantidades lo que le da este aspecto finamente granulada.
Que contiene este citoplasma? Contiene el genoma bacteriano, los
ribosomas y adems los grnulos de inclusin o vesculas de inclusin
(son partculas de materiales nutricionales habitualmente de reserva
que pueden tener algunas bacterias, las poseen las bacterias de
caractersticas ambientales que eventualmente se pueden ver en
situaciones de falta de nutrientes). Recuerden que la clula
procarionte no tiene citoesqueleto celular, a diferencia de la
clula eucarionte.Qu vamos a encontrar en forma adicional en este
citoplasma? Encontramos a los ribosomas.RIBOSOMAS:estn dispersos en
el citoplasma, no estn en retculos y al igual que en las clulas
eucariontes, estn encargados de la sntesis proteica. Est
constituido por una estructura que tiene un tamao de 70S, a
diferencia de los eucariontes que son 60S, constituidos por 2
subunidades: una subunidad mayor y una subunidad menor Subunidad
mayor: 50S, constituidos por protenas + 2 ADN ribosomal que son el
23S y el 5S Subunidad menor: 20S, constituido por 21 protenas
ribosomales + ADN ribosomal 16S, es la ms estable y la ms
utilizable para trabajar en el laboratorio.GENOMA:Es todo el
material gentico que la bacteria posee. Por qu todo el material
gentico? Porque este material est constituido como 2 materiales de
ADN: ADN cromosomal bacteriano: constituido como una molcula nica,
circular, bicatenaria, que se encuentra en un estado de sper
enrollamiento y que se ubica en la parte central del citoplasma.
Contiene toda la informacin esencial de la bacteria, tambin llamada
Informacin Constitutiva porque constituye a este microorganismo.
ADN extracromosomal: ADN adicional, constituido en elementos
genticos mviles que aportan a la bacteria informacin extra, que le
dan una caracterstica adicional, accesoria, que no es letal y que
no la hace ser bacteria. Por ejemplo, si yo tengo una escherichia
coli, para que yo pueda decir que es una bacteria de este tipo, que
tiene apariencia como escherichia coli, que tiene metabolismo, que
se reproduce, etc., toda esa informacin est en el ADN
cromosomal.Ejemplo pasan 10 escherichia coli a la sala y todas
tienen el mismo ADN cromosomal, pero alguna de estas puede tener
ADN extracromosomal que le puede aportar un tipo de resistencia (e.
coli 1), como la ampicilina, todas las dems no lo tienen y son
susceptibles a este antibitico. Ahora puede que la e. coli 3 tenga
caractersticas de poder causarnos una diarrea si uno se la come, si
me como la e. coli 1, no me producir diarrea. La diferencia es que
la e. coli 3 tiene ADN extracromosomal que las dems no tienen
(producir diarrea), elcual le aporta esta informacin para producir
diarreas, para ser resistentes a la ampicilina, etc., el ADN
extracromosomal es una informacin complementaria (o accesoria), es
por eso que no es similar y no es obligacin que todas las bacterias
lo posean y adems estos ADN extracromosomal pueden estar
constituidos de muchas formas, 3 formas son las ms importantes que
hablaremos ms adelante xd. Al comparar estos 2 tipos de ADN, existe
otra caracterstica aparte, el tamao. El ADN cromosomal es de gran
tamao porque contiene toda la informacin de la bacteria. Como el
ejemplo que puso en la diapositiva donde sale una e. coli que tiene
4.300.000 pares de bases. Por qu tantas informacin? Porque la
requiere. En cambio, esta misma puede tener un plsmido que no va a
tener ms de 5.000 pares de bases en promedio, me puedo preguntar,
Por qu tan poquito? Y es porque solo tiene una caracterstica. Cul
sera la otra importancia? El ADN cromosomal, se pasa de manera
vertical de generacin en generacin (a la descendencia) de manera
Semi-conservativa, en cambio el ADN extracromosomal, son elementos
mviles, significa que se pueden pasar de manera horizontal (entre
molculas pares) y no necesita que la clula se est multiplicando,
sino que una bacteria en cualquier momento puede traspasar el gen
de resistencia entre pares.El ADN cromosomal, se divide por fisin
binaria, significa que la clula da origen a 2 clulas hijas iguales
a la madre. Esto requiere por lo tanto que el cromosoma de la clula
madre se replique (duplicacin del material cromosomal semi-
conservativamente), donde cada hebra de ADN sirve de hebra molde
para la replicacin complementaria. Me explico, el ADN de e. coli,
que es circular, bicatenaria (2 hebras) donde tenemos un Ori C que
es el origen de replicacin. Recuerden que en los procariontes
tenemos un origen de replicacin conocido con este nombre y en ese
punto el ADN cromosomal se abre (ya que esta superenrollado), y se
empieza a sintetizar el ADN complementario de las hebras (para
formar la hebra contraria que se le desprendi), al trmino del
proceso, que al igual que en la clula eucarionte es un
bidireccional y continuo, se generan 2 cromosomas exactamente
iguales, por lo tanto cuando la bacteria se divida, habrn 2 clulas
hijas exactamente iguales a la clula madre. Esta es la funcin de
este cromosoma y por eso est en l la informacin constitutiva de la
bacteria. Esto hace que la bacteria sea bacteria y permite que la
e. coli siga siendo la misma e. coli de siempre.Entonces, existan 3
tipos ms comunes de ADN extracromosomal: Plsmidos: Es un ADN
pequeo, circular, bicatenario donde la nica diferencia es el tamao.
Incluso tiene capacidad auto replicativa donde no depende de la
clula bacteriana, tiene su propia informacin para replicarse, por
lo tanto puede tener como su estructura, informacin para la sntesis
de una toxina o una resistencia antibitica, etc. Lleva genes
conjugativos (genes que le permiten la movilizacin), porque el
fenmeno de conjugacin es el que le permite el paso horizontal del
plsmido de una bacteria a otra. Tambin tiene genes para su
autocontrol, entonces llevan lo necesario, la informacin que
arrastran, la informacin para moverse y la informacin para ser
plsmidos. Ejemplo: Un plsmido grande que tiene 31.000 pares de
bases y es grande porque lleva mucha informacin gentica adicional.
Este plsmido est constituido por un origen de replicacin (para su
replicacin independiente), genes de origen de transferencia y genes
de funcin de transferencia (genes conjugativos para su movilidad),
lleva adems resistencia a mercurio, sulfuramida, tetracilina, y
otras 2 resistencias antibiticas. Entonces si otra bacteria obtiene
los genes de este plsmido, se har resistente a todo eso. Y adems,
la bacteria que traspasa estos genes (plsmido) no los pierde,
porque el plsmido al ser auto replicativo, se replica al momento de
ser entregado a la otra bacteria. Entonces, para qu les sirven los
genes accesorios a las bacterias? Para su adaptacin. Porque si una
bacteria que est en un medio con mercurio (toxico para la clula),
sino tiene estos genes de resistencia a este elemento, el
microorganismo se muere. Pero si lo tienen, la bacteria puede usar
el mercurio o simplemente desecharlo y todo esto por la adaptacin
que tiene por los genes extracromosomales que pudo recibir de otra
bacteria. Transposones: es un elemento mvil, lineal y no es auto
replicativo ya que solo es un trozo de ADN, pero tiene la gracia de
que puede saltar entre un cromosoma a otro por la enzima
transposasa que se los permite. Y cmo puede entrar al cromosoma?,
porque este tiene a los extremos 2 secuencias que son repetitivas
pero inversas una de la otra y estas son seales que le permiten al
transposn buscar complementariedad en el ADN, entrar y despus salir
a otro ADN. Tiene la caracterstica de poder saltar de un ADN
cromosomal a un plsmido, de un plsmido a un cromosoma o hasta de un
cromosoma a otro, es decir, de una bacteria a otra. Son procesos
bastantes complejos el cmo pasan, pero casi siempre pasan asociados
a un plsmido (porque le es ms fcil). A diferencia de un plsmido,
cuando un tranposn sale de una bacteria, esta bacteria pierde la
caracterstica que le otorga este elemento, porque el tranposn no es
auto replicativo. Estos pueden llevar cualquier informacin, como la
resistencia a la tetraciclina por ejemplo y siempre con la enzima
transposasa (que le da la capacidad de saltar). Integrn: Tambin es
un trozo de ADN que tampoco es auto replicativo y es absolutamente
dependiente de un elemento gentico superior, esto significa que no
puede estar solo, sino que siempre unido a un tranposn, un plsmido
o un cromosoma, es decir, puede estar integrado a cualquiera de
estos 3. Su cromosoma est constituido por extremos 5 y 3
conservados, donde en el extremo 5 tiene una integrasa (enzima que
permite integrar genes en el Integrn) y un extremo 3 conservado que
codifica para algunas cosas, tambin existen algunas zonas de no
codificacin, pero que se conservan en todos los integrones. Tiene
adems una regin central que es variable que es una zona de
adherencia de genes, los cuales estn en la forma de casset genticos
(pequeos trozos de ADN que codifican para algo, generalmente una
resistencia antibitica). Pueden unirse varios casset genticos en
esta zona que hace una especie de trencito o cadena de ADN de
resistencia a antibitico. Generalmente el Integrn se asocia a genes
de resistencia antibitica y no con otro tipo de gen. Adems tiene un
promotor, que permite que el Integrn se exprese solo. La necesidad
absoluta del Integrn, es estar en un transposn o estar en un
plsmido, existen muchos plsmidos con integrones incluidos y como
pueden llevar (los integrones) muchos genes asociados y se expresan
por si solos, pueden convertir a una bacteria en multi-resistente
como lo son comnmente las bacterias de los hospitales.
ENVOLTURA CELULAR
MEMBRANA CITOPLASMTICA: Contiene al citoplasma, esta alrededor
de la regin citoplasmtica, es parte de la organizacin celular. Est
compuesta por una bicapa fosfolipdica, en caso procarionte sigue el
modelo de mosaico fluido con una diferencia, no posee esteroles (ni
colesterol ni derivados), hay elementos que estabilizan esta
membrana y le dan la fluidez, entre ellos una serie de protenas que
son parte de la estructura, las cuales tienen enlaces disulfuro los
que ayudan a producir la flexibilidad del mosaico fluido, adems de
las protenas encontramos otras sustancias tales como opanol,
glicolipidos, protenas con terminales, los que forman parte de la
membrana y le dan fluidez a esta.
Esta membrana desde un punto de vista funcional es tremendamente
significativa, permite o reemplaza la existencia de organelos en
una clula eucarionte animal, tiene una actividad metablica asociada
que es importante junto a la funcin de toda membrana que es
ser:Barrera de permeabilidad selectiva: por su composicin qumica no
deja pasar TODO, solo pasan algunas cosas que son elementos afn a
su composicin qumica, el resto no atraviesa la membrana por difusin
simple sino que pasara a travs de canales los cuales son protenas,
verdaderos hoyos que se establecen en la membrana pero que estn
mediados o controlados por una protena que forma este canal o
porina, estos canales o porinas pueden estar a favor o en contra
del gradiente de concentracin por lo tanto el ingreso o salida de
MO va asociado a un gasto energtico y en otras ocasiones no, y
puede incluso estar pasando a ser llevada o co-ayudada por otro
microorganismo ingresando o haciendo otros intercambios, mientras
uno sale el otro entra, debido a esto es que se habla de una
seleccin, ya que estas porinas o canales no estn para todas las
sustancias que deseen entrar a la clula y por lo tanto dependiendo
muchas veces del tipo bacteriano que nosotros estemos analizando
puede que tengamos algunos elementos que sean capaces de ingresar y
otros no, esto lo podemos relacionar con que si esta bacteria la
tenemos en un nicho que es muy distinto de otro. Ejemplo: si lo
tenemos a nivel de la laguna, para poder crecer requiere ingresar
nutrientes que eventualmente en este lugar pueden pasar ya que
encuentran afinidad, pero si a la misma bacteria la ponemos dentro
del organismo humano puede no encontrar los nutrientes o los que
hay all no pueden entrar porque obviamente una bacteria que vive en
un nicho ambiental como la laguna, tiene una cierta caracterstica
de membrana, entre ella la cantidad de protenas existentes como
porinas que van a permitir o controlar el acceso de nutrientes
hacia ella.Las porinas son estructuras que van a generar una
especie de hoyito, un tubo que se ubica en la membrana.Las protenas
de transporte pueden ser o tener la misin de co-transportar es
decir pasar ellas junto con una sustancia, en este caso debe haber
un receptor en la membrana, algunas de estas protenas tambin pueden
tener la funcin de porina es decir lo que ellas hacen es hacer una
especie de tnel a travs de la membrana para que los elementos
pasen.
Actividad Metablica:En todas las membranas se pueden encontrar
actividades metablicas, en la de los procariontes esta actividad es
fundamental para la clula, ya que reemplaza a algunos organelos,
porque aqu encontramos toda la cadena transportadora de electrones
y encontramos tambin el complejo ATPACICO para la produccin de ATP
y hallamos todo este complejo enzimtico de sistema, cadena
transportadora de electrones debido a que no hay mitocondrias, por
lo que en algn lado de la clula deben estar incluidos todos estos
elementos por que la bacteria requiere energa, requiere hacer
sntesis de ATP para todo su metabolismo, en este lugar encontramos
toda la cadena enzimtica que es necesaria para la sntesis de
lpidos, sistemas enzimticos como por ejemplo la sntesis de los
elementos de la pared, distinto a las eucariontes animales, se
puede encontrar tambin una pequea sntesis de protenas de
exportacin, porinas, de transporte, o tambin se pueden modificar
las protenas a este nivel.
FLAGELO: estn presentes en algunas bacterias tienen la funcin de
mover a la clula, este movimiento de flagelo se produce gracias a
un gasto energtico y a la fuerza protn motriz generada en la cadena
transportadora de electrones, por lo tanto el motor del flagelo lo
encontramos en la membrana citoplasmtica.
Todos estos elementos excepto los grnulos de inclusin son de
vital importancia para la bacteria, estas son las sustancias ms
fciles de intervenir para hacer control bacteriano, cuando se
quiere matar una bacteria se deben atacar los puntos que son
esenciales para ella entre ellos: genoma, ribosomas, membrana
plasmtica, pared celular.
PARED CELULAR:Es un elemento que no encontramos en la clula
eucarionte animal, est constituida por un compuesto que se conoce
con el nombre de peptidoglican.
PEPTIDOGLICAN:corresponde al componente fundamental de la pared,
es una especie de polmero (estos son muy estables) que se encuentra
constituido por dos compuestos, n-acetilmuranico y
n-acetilglucosamida, estos dos elementos se unen a travs de enlaces
1-4, lo cual permite cierto movimiento entre las molculas, y se van
intercalando para formar una verdadera red o malla de alta
estabilidad para la clula, esta estabilidad del peptidoglican le
otorga a la bacteria la capacidad de que tenga una forma, si este
no existiera la clula tendera a ser redondeada. El peptidoglican
adems es una estructura que da rigidez pero tambin tiene cierta
flexibilidad. Esta caracterstica de ser estable, rgida y a la vez
flexible le da la capacidad de soportar cambios de presin osmtica,
por ej; podemos poner a una bacteria a diferentes presiones
osmticas y no ocurre lo que pasa en una clula eucarionte animal, la
ltima se rompe o se empieza a achicar.
Existen algunas enzimas que son parte de nuestro organismo, por
lo tanto parte de nuestra defensa orgnica, como ocurre con la
lisozima esta tiene como funcin destruir el peptidoglican y por eso
es considerada un antimicrobiano natural, esta enzima se encuentra
en grandes cantidades a nivel de la saliva, de lagrimas. La
lisozima acta rompiendo la unin 1-4 y al romperla desestabiliza al
peptidoglican y por lo tanto la bacteria queda susceptible al medio
ambiente y se destruye. Es por eso que a nosotros no nos afectan
tanto las bacterias a nivel de ojos, o de boca.
SEGN PARED CELULAR:
1er grupo: tiene un porcentaje de peptidoglican significativo
importante en su pared, prcticamente est cubierta por completo,
pero adems est constituida por otros elementos entre los que
mencionamos el acido teicoico y lipoteicoico, los cuales son
elementos que se entrelazan al medio del peptidoglican, estabilizan
este sistema e incluso algunos de ellos son capaces de anclar esta
pared a la membrana citoplasmtica para que esto sea una sola
cosa.
2do grupo: aqu el peptidoglican est presente, pero no en la
misma cantidad que en el primer grupo, corresponde a un
peptidoglican mucho ms delgado, no posee tantas capas, pero tiene
las suficientes para cumplir su funcin, no tiene acido teicoico ni
lipoteicoico, pero posee una segunda membrana a la cual se denomina
membrana externa, esta es parte de la pared celular, constituida
por una bicapa: no es simtrica, ya que no corresponde a una bicapa
fosfolipidica. Es una membrana que tiene hacia el lado interno de
la bacteria fosfolipidos, y hacia el lado externo mirando hacia
afuera tiene una molcula que se conoce con el nombre de
LIPOPOLISACARIDO (LPS).
Este LPS es una molcula compleja, constituida de tres partes;
una parte altamente conservada que est inmersa en la membrana que
es LIPIDO A, luego tenemos una zona central o CORE que es de
composicin polisacriday luego tenemos una parte externa que es
variable que est compuesta de polisacrido, pero aqu estos
polisacridos van variando en el tipo, el largo y la estructuracin
de ellos segn la especie o el gnero bacteriano que estemos
hablando. Esta molcula completa se le conoce como endotoxina
bacteriana, esto significa que esta molcula le otorga la capacidad
de causar dao de ser toxica para las clulas eucariontes animales,
ahora de esta molcula la parte que es mas toxica, en donde est
centrada esta actividad es el LIPIDO A, es el que le da la
capacidad de toxina. Se habla de endotoxina porque es una
estructura de la bacteria por lo tanto es parte natural de
ella.Tenemos estructurado tambin en la membrana una serie de
protenas estructurales que van a estabilizar la membrana y que
tambin van a servir de porinas o canales y esto pasa a ser bastante
importante al punto que aqu en muchas ocasiones nosotros vamos a
escuchar hablar de protenas de membrana externa que estn en un
nmero significativo porque esta membrana tiene un carcter
hidrofobico importante y por lo tanto el paso de muchos elementos
obligatoriamente debe ser a travs de las porinas o protenas de mb
externa. Otras protenas que existen o terminales proteicos los
vamos a encontrar asociados a la membrana citoplasmtica, la funcin
de estas protenas es estabilizar el sistema, adems de servir de
porinas, existen otras protenas que adems de dar estabilidad
cumplen con la funcin de unir, estas pueden ser la protena completa
o solamente algunos residuos, algunos terminales que interaccionan
con la membrana citoplasmtica para unir. Entre la membrana
citoplasmtica y la externa nos queda una zona que se conoce con el
nombre de espacio periplasmico: este espacio (zona
intermembranosa), posee varios elementos tales como el
peptidoglican, protenas o residuos que unen a la membrana
citoplasmtica y adems encontramos otras protenas que estn como en
suspensin que no son ni de la mb citoplasmtica ni de la membrana
externa y que cumplen funciones metablicas en el espacio
periplasmico, es decir que cuando nosotros hablamos de la pared
celular debemos tambin considerar este espacio, el cual no est
presente en el primer grupo de bacterias.
Si analizamos estas dos paredes de los dos grupos de bacterias
encontramos diferencias estructurales lo cual implica que cada uno
de estos grupos bacterianos interaccionan con el medio de manera
distinta.Si nos vamos a lo elemental esta bacteria expone residuos
qumicos que son absolutamente distintos a la otra, y por lo tanto
en el momento de interaccionar con el medio es diferente. Si lo
pensamos de la manera que esta es una estructura mas hidrofbica que
el peptidoglican los elementos que entran por ellos debe ser a
travs de canales o porinas lo cual hace que este tipo de bacterias
sea distinto.El LPS que se encuentra en la membrana externa tiene
una actividad que es inherentemente toxica, especficamente por el
lpido A presente en su estructura.
CRISTIAN GRAMIdeo un procedimiento muy simple para poder
distinguir las diferencias en la estructura de la pared celular de
las bacterias, esto lo hizo asociando las diferencias de afinidad
tintorial.
Si se prepara un frotis en un portaobjetos y ponemos de los dos
grupos de bacterias y la sometemos a un procedimiento con
colorantes, debiera verse la diferencia de afinidad tintorial entre
ellas.
Pasos:1.- Agrega el primer colorante CRISTAL VIOLETA (morado
oscuro) al frotis, todas las bacterias se tien sin importar la
pared celular, se deja 1 minuto, se bota el exceso, se lava con
agua.Si se mira al microscopio veo todas las bacterias de color
azul.
2.- Se agrega lugol (solucin de color pardo que no da coloracin)
no es un colorante, tiene la funcin de estabilizador, se agrega por
1 minuto, se bota el exceso y se lava con agua.Observacin al
microscopio: se ven todas las bacterias teidas con azul. Un grupo
est ms coloreado y el otro no tanto.
3.- Se agrega una solucin decolorante que est compuesta de
alcohol y acetona, durante 30 segundos, se bota el exceso y se lava
con agua.Al mirar al microscopio aun se ven las bacterias teidas de
azul (peptidoglican grueso), pero solo un grupo, el otro queda
incoloro a la solucin (peptidoglican delgado).
4.- Se aplica un segundo colorante que es de contraste, la
SAFRANINA es de color rojo, por lo tanto las bacterias que fueron
decoloradas en el proceso anterior se tien de un rojizo o rosado,
este colorante no es capaz de desplazar al cristal violeta.En el
microscopio voy a ver bacterias teidas de azul oscuro y/o bacterias
teidas rosadas.
Las bacterias que se quedaron de color azul tienen un
peptidoglican grueso.Las bacterias que estn rosadas es un tipo de
pared con un peptidoglican delgado y una membrana externa.
GRAM POSITIVAS: color azulGRAM NEGATIVAS: color rojo o
rosado.
EXOPOLISACRIDO: Son molculas polisacridos que son sintetizadas
por la bacteria y luego son expulsadas al medio extracelular para
disponerse de dos formas:-Cpsula-Glicoclix o SlimeEn estricto rigor
esas estructuras no son iguales. Ambas se encuentran altamente
hidratadas lo cual le otorga una consistencia pegajosa a la
bacteria.
CPSULA:Es una serie de polisacridos externos (malos
estimuladores del sistema inmune), los cuales se ubican por fuera
de la bacteria formando una estructura que corresponde a una
envoltura de alta densidad. Al envolver a la clula bacteriana, la
protege frente a nuestro sistema inmunolgico, particularmente de la
fagocitosis, debido a que el sistema inmune normalmente reacciona
frente a residuos, porque cuando llega un elemento extrao a nuestro
organismo este lo ataca para fagocitarlo y destruirlo el sistema
reconoce muy bien a las PROTEINAS, por lo que la capsula resulta
ser una muy buena fuente de infeccin. Ejemplo: si la bacteria
ingresa a la va sangunea el sistema inmune no va a ser capaz de
captarla ya que pasa desapercibida.Este componente no se expresa en
todas las bacterias, solo lo hace exclusivamente en las clulas
bacterianas que utilizaran por ejemplo la va sangunea para
diseminarse.
GLICOCLIX:Son polisacridos de la misma naturaleza que los de la
capsula, son sintetizados y luego llevados al medio exterior, pero
se estructuran de una manera bastante ms laxa, no es una estructura
altamente condensada como la anterior, aqu la funcin es distinta,
est asociada fundamentalmente a capacitar a la bacteria para
adherirse. Los polisacridos altamente hidratados se transforman en
una sustancia pegajosa, lo cual le da a la bacteria la capacidad de
adherirse pero de manera inespecfica, esto hace que la clula
bacteriana se pueda unir a factores abiticos. La adherencia
corresponde a un fenmeno de sobrevivencia de las bacterias, pueden
vivir adheridas a sitios orgnicos, a una clula, y a varias partes
ms, para poder adherirse a las estructuras que no son celulares,
requieren de un elemento que les permita la adherencia inespecfica,
es por eso que estn presentes los polisacridos.DIENTES PLACA
BACTERIANA BIOPELICULA O BIOFILM (organizacin de bacterias que se
pegan entre ellas y a una superficie gracias al glicoclix, utilizan
matrices para poder adherirse)No lo utilizan habitualmente con
clulas, pero si en sitios donde no tienen un receptor especfico,
por ejemplo: dientes, sondas, catter, va, todos estos tubos o
plsticos cuando ingresan a nuestro organismo, a las 48 horas estn
colonizados por bacterias.
APNDICES:Encontramos tres tipos: fimbrias, pili (sexual) y
flagelo. Estructura filamentosa, pueden estar dentro o fuera de la
clula bacteriana.
FIMBRIAS:corresponden a pelitos que se ubican habitualmente
alrededor de la bacteria, son de naturaleza proteica, conformadas
por PILINA. Puede estar presente tanto en bacterias gram-positivas
y gram-negativas. La funcin de las fimbrias es de adherencia
especfica, ya que al ser una protena esta para poder adherirse o
interactuar necesita de un receptor, por lo tanto corresponde a una
adherencia TISULAR; es decir a distintas clulas y tejidos. Esto
justifica que al tener una bacteria esta solo se una a un
determinado lugar ejemplo: neisseria meningitidis es la causante de
la meningitis, cuadro fulminante bacteremico que se disemina a
travs de la sangre llega a la barrera hematoencefalica la atraviesa
y pasa al sistema nervioso central, se une a este lugar porque aqu
es donde tiene un receptor, esta bacteria no va a producir diarrea
ya que no presenta receptores en el intestino, a diferencia de la
escherichia coli, la cual es parte de la flora bacteriana normal y
nos puede producir diarrea (receptor en el intestino), una infeccin
urinaria (receptor en la vejiga).
PILI (sexual):puede aparecer como una subclase de fimbria o
fimbria especializada, ya que tiene una composicin proteica de
PILINA. Est dirigido por el plsmido. Se encuentra solo en bacterias
gram-negativas, corresponde a una estructura que se sintetiza (da
la forma de un tnel) solo cuando va a haber conjugacin (mecanismo
que permite el traspaso de plsmidos de una clula a otra). Es de un
tamao mucho mayor a la fimbria a pesar de ser de la misma
estructura, ms largo. Despus que se ocupa el pili se degrada. La
bacteria puede hacer conjugacin cuantas veces quiera, pero no se
ocupa el mismo pili, ya que este es dependiente del plsmido.
FLAGELO:Tanto en bacterias grampostivas como
gramnegativas.Constituido por FLAGELINA, esta protena est ubicada
en el ligamento que va a unir el flagelo; este posee tres zonas,
una basal donde tiene unos anillos (motor) que son los que le dan
el movimiento (el cual es helicoidal, de forma contraria a las
manecillas del reloj), habitualmente este anillo se encuentra
asociado a la membrana citoplasmtica y le otorga la movilidad
gracias a la fuerza protn motriz y energa ATP; luego tiene un
gancho que es una seccin un poco curva y a partir de aqu est el
flagelo como tal (apndice que protruye). Estas estructura son
taxonmicas, es decir son caractersticas de cada una de las
bacterias, pueden estar de a 1 (vibrio clera), o de varios
(salmonella) en donde se ubican alrededor de la clula bacteriana y
se denominan flagelos peritricos. Pueden estar de forma polar, es
decir en un polo de la bacteria o tambin de forma bipolar (en dos
polos), esta ltima da la caracterstica de una pastilla. Su funcin
es el movimiento (gasto energtico): esto no significa que la
bacteria se va a estar moviendo en el mismo sitio sino que este MO
se va a mover en funcin de ciertos estmulos ya sea de atraccin
(cuando hay un nutriente) o repulsin (cuando se encuentra con una
sustancia toxica).
ESPORA BACTERIANA (ENDOSPORA):Es una estructura de resistencia
sintetizada solo por algunas bacterias, que habitualmente son de
carcter ambiental. Esta endospora protege al cromosoma bacteriano,
las bacterias que sintetizan esta estructura lo hacen cuando se
encuentran en una condicin adversa (ambiente toxico o falta de
nutrientes), por lo tanto si esto no es remediado la bacteria se
morir. Los MO que poseen esta capacidad protegen su ADN
construyendo la espora, lo primero que hace la bacteria es duplicar
su material gentico ADN, luego de esto comienza un proceso de
invaginacin donde tenemos membrana citoplasmtica y peptidoglican y
se empiezan a sintetizar una serie de envolturas que le dan
resistencia a todas las condiciones ambientales a esta espora
(inerte metablicamente). El material por el cual estn conformadas
estas estructuras es fundamentalmente ACIDO DIPICOLINICO, este
ltimo le da resistencia, impermeabilidad. Cuando existen las
condiciones adversas, la bacteria va a desaparecer pero la espora
se mantendr en el ambiente con el cromosoma bacteriano dentro, todo
el tiempo que sea necesario (1 da o 2, una semana, meses, aos,
siglos) hasta cuando la espora siente que las condiciones
ambientales cambiaron y ahora existe una condicin adecuada de
nutrientes. La espora germina y comienza el proceso de
transformarse en una bacteria metablicamente activa. La relacin que
existe entre estas bacterias ambientales y el ser humano, no es del
todo activa, ya que a nosotros no nos afectan estos MO, a excepcin
de algunos. Esta espora al ser pequea, liviana, posee una gran
capacidad de diseminacin y por lo tanto constituyen fuentes de
contaminacin. Hay enfermedades graves que estn mediadas por estas
estructuras, nos infecta la espora, como por ejemplo Clostridium
tetani, productor del ttano: enfermedad grave que afecta el sistema
nervioso que puede ser mortal, la adquirimos por el contacto con la
espora de esta bacteria, la cual entra a nuestro organismo y se da
cuenta de que correspondemos a un ambiente optimo con los
nutrientes requeridos para poder desarrollarse, por lo cual esta
germina, se transforma en una clula metablicamente activa y nos
produce la infeccin. Lo mismo sucede con el bacillus anthris
productor de ntrax. Clostridium difficile agente microbiano
intrahospitalario que produce las diarreas hospitalarias, este
cuadro se transmite entre pacientes a travs de las esporas las que
logran diseminarse y germinan. Para lograr hacer control de esta
espora hay que tener claro que no es fcil exterminarla; cuando el
agua est contaminada con una espora se demora mnimo 8 horas en
hervir a 100C de manera constante.
FISIOLOGIA, METABOLISMO O NUTRICION BACTERIANA:Nos referimos a
una serie de reacciones qumicas y bioqumicas que se producen dentro
de la clula, que permiten que esta se comunique o tenga intercambio
de materia y energa con el ambiente. CATABOLISMO: degradacin de
molculas complejas en constituyentes ms simples y almacenaje de la
energa obtenida en proceso (ATP). ANABOLISMO: sntesis de compuestos
complejos a partir de constituyentes ms simples y energa.La
bacteria realiza esto para crecer y multiplicarse, por lo cual a
partir de una clula se generaran dos clulas exactamente iguales y
as sucesivamente (divisin celular). Para poder llevar a cabo este
proceso requiere de energa y nutrientes. ENERGIA: LUZ: fototrofas
COMPUESTOS QUIMICOS: quimiotrofasInorgnicos: litotrofos
(oxido-reduccin)Orgnicos:organotrofos (oxido-reduccin) Cada
bacteria tiene su forma de adquisicin de energa, esto no significa
que en un momento la obtengan a partir de la luz y en otro a partir
de los compuestos qumicos. Esta captacin de energa tiene una
relacin directa con los nichos ecolgicos en donde se pueden
encontrar las bacterias, es decir: si una bacteria obtiene su
energa a partir de la luz, esta se va a encontrar en la laguna, y
si la obtiene a travs de compuestos qumicos la encontraremos en el
nicho donde estn presentes estos compuestos ya sean orgnicos o
inorgnicos.
NUTRIENTES: MACRONUTRIENTES:en grandes cantidades. C.H.O.N, son
la base de las molculas orgnicas y de las estructuras celulares. El
carbono pasa a ser uno de los ms importantes, y es obtenido por
parte de las bacterias de dos formas: A partir del CO2: auttrofas A
partir de la degradacin de compuestos orgnicos: hetertrofos
MICRONUTRIENTES:en menor cantidad (azufre, fsforo, calcio, sodio).
I ELEMENTOS TRAZA:pizca de nutrientes. Se descubrieron cuando se
pens que en ciertos ambientes que se estaban estudiando haban unos
compuestos qumicos que por su cantidad parecan contaminantes, pero
cuando se sac este supuesto contaminante, el sistema no funciono,
es decir las reacciones qumicas no funcionaron. Luego le agregaron
este contaminante y el sistema volvi a funcionar. En ese momento se
dieron cuenta que no eran contaminantes, sino que ayudaban al
sistema a funcionar. FACTORES DE CRECIMIENTO:son molculas ms
complejas absolutamente necesarias para el crecimiento bacteriano.
Pueden ser vitaminas, aminocidos, entre otros. SEGN NUTRIENTES Y
ENERGIA: FOTOHETEROTROFO: fuente de energa LUZ, fuente de carbono
compuestos orgnicos FOTOAUTOTROFO: fuente energtica: LUZ, fuente de
carbono: CO QUIMIOHETEROTROFO: mayor importancia clnica para el
hombre ya que son las bacterias con las cuales se relaciona
directamente. Porque este tipo de clasificacin corresponde a todos
los microorganismos que obtienen su energa y su fuente de carbono
(nutrientes) a partir de compuestos orgnicos (degradacin de estos).
Atacan al ser humano (metabolismo quimioheterotrofo) ya que este
corresponde a un nicho que cumple con todos estos requisitos para
que las bacterias puedan vivir. QUIMIOAUTOTROFO: las bacterias
obtiene su energa a partir de compuestos qumicos inorgnicos y su
fuente de carbono corresponde al CO.
SEGN FACTORES DE CRECIMIENTO: PROTOTROFOS: son las bacterias
capaces de sintetizar sus propios factores de crecimiento
AUXOTROFOS: microorganismos que no son capaces de sintetizar sus
factores de crecimiento y por lo tanto se les debe entregar al
medio.EJEMPLO: existen bacterias que necesitan para su crecimiento
vitamina K , si este MO es prototrofo para este factor de
crecimiento yo no necesito entregrselo, pero en el medio deben
estar presentes los precursores para que esta primera pueda
sintetizar la vitamina K. Si estabacteria es auxotrofa para esta
vitamina (no tiene la maquinaria enzimtica para poder
sintetizarla), en el medio debe haber vitamina K adems de otros
nutrientes. Es importante destacar que una bacteria no es auxotrofa
ni prototrofa para todos los factores de crecimiento, lo es solo
para algunos como el ejemplo de arriba. Por lo tanto un MO puede
ser auxotrofo para un elemento y prototrofo para otro. Una bacteria
podra modificar su capacidad a partir de su cromosoma. A partir de
esta condicin se puede hacer control bacteriano, ya sea alterando
los nutrientes, alterando su estructura, alterar condiciones.
TRANSPORTE DE NUTRIENTES:Mecanismos distintos para que las
bacterias ingresen sus nutrientes. PASIVO: a favor del gradiente de
concentracin por lo cual no hay gasto energtico. Difusin simple:
HO, sustancias lipdicas. A travs de la membrana. Facilitada: por
accin de permeasas que ayudan como carriers. Son protenas que las
bacterias exportan al exterior y poseen gran avidez para la
sustancia requerida. ACTIVO: en contra del gradiente de
concentracin, por lo tanto existe un gasto de energa.
CONDICIONES FISICO-QUIMICAS: El medio en el cual se cultiva una
bacteria adems de nutrientes debe tener ciertas condiciones
ambientales que influyen en el crecimiento bacteriano.
TEMPERATURA:corresponde a uno de los puntos ms importantes, es
una caracterstica propia y taxonmica de las bacterias (est
acentuada en el cromosoma bacteriano), ya que esta condicin hace
que la accin se desarrolle y est asociada directamente a una
velocidad de reaccin. Esto no se realiza a cualquier temperatura,
ya que cada MO tiene una t mxima (esta es UNICA, no es un rango) y
mnima de crecimiento. A mayor temperatura (optima) mayor velocidad
de reaccin y por lo tanto mayor duplicacin bacteriana. Esta
temperatura optima de la bacteria esta en directa relacin con la
estabilidad de las molculas (protenas: si aumentamos la temperatura
estas inhiben su funcin) del microorganismo en cuestin. La
temperatura ptima corresponde al valor en donde la bacteria se
multiplica de forma ms rpida y en mayor cantidad.Ejemplo: bacteria
X: T optima: 43 C, T mxima: 50C, T mnima: 22CCuando la bacteria
llega a la temperatura mnima a la que puede reaccionar, esta deja
de crecer, es decir que a esta t las reacciones ya no estn
funcionando. En este caso existe una disminucin gradual del
crecimiento. Ac las protenas estn inactivas, pero la bacteria no
est muerta, solo se encuentra inhibida.En la temperatura mxima
tambin llega un momento en que las reacciones se detienen y el
crecimiento bacteriano es cero. En este caso hay disminucin
totalmente brusca del crecimiento. Esto se debe a que aqu las
protenas que estn en la bacteria se desnaturalizan, lo cual produce
que el microorganismo se muera. Para lograr hacer control y
modificar el material gentico de una bacteria esto se realiza a la
temperatura mxima.Un ejemplo clsico es la comida, cuando la
guardamos en el congelador por mucho tiempo esta no se descompone,
ya que disminuimos la temperatura de las bacterias y estn
inactivas, por lo tanto se detiene el crecimiento de
estas.ClasificacinRangoptima
Termfilos25 - 80 C50 60 C
Mesfilos10 45 C20 40 C
Psicrfilos-5 30C10 20C
Patgenas humanas, mesfilas Listeriamonocytogenes, psicrfila
pH: no se relaciona directamente a si yo bajo o subo el pH de un
medio especfico voy a tener una velocidad de reaccin, sino que
tiene relacin con la estabilidad. Las reacciones de las bacterias
se realizan en un pH ptimo en donde estas estn estables.
ClasificacinpH externopH interno
Acidfilos1.0 5.06.5
Neutrfilos5.5 8.57.5
Alcalfilos9.0 10.09.5
Lactobacillus spp, microorganismo acidfilo que crece a
pH=4.5Vibriocholerae, basfilo que puede vivir a pH 9.
pH externo: ejemplo: la bacteria funciona a 6.5 (pH interno),
quiere decir que sus iones son estables a este valor de pH, pero
este microorganismo puede vivir o soportar condiciones de 1.0 a
5.0. Las bacterias ACIDOFILAS pueden vivir en pH diferentes a su pH
interno ya que poseen mecanismos que permiten sobrellevar los
valores de pH externos, como buffers biolgicos y otros que
modifican el pH de su entorno directo lo cual les permite vivir.
Helicobacter pilori es una bacteria que afecta a nivel de estomago
causando gastritis y ulceras en el ser humano, esto es una situacin
crnica, para que esto ocurra la bacteria debe ser capaz de vivir a
pH ms altos (1 y 2 pH del estomago). Los neutrofilos poseen un
metabolismo que funciona a pH neutros.Los alcalofilos o basofilos
pueden estar en distintos pH cercanos a su rango ptimo.La mayora de
los microorganismos que nos afectan tienen un pH cercano a la
neutralidad, sin embargo los seres humanos no somos homogneos en
nuestros valores de pH y tenemos sitios por ejemplo el estomago que
tienen pH distinto. Es por esta razn que tambin nos pueden infectar
bacterias tanto acidofilas como alcalofilas.
ACTVIDAD DE AGUA: es de gran importancia para las bacterias.
Esto corresponde al agua disponible. Es el agua que no est
comprometida con los nutrientes, se refiere a la cantidad que est
disponible para hacer reacciones. Los valores van entre 0 y 1,
mientras ms cercano al cero hay menos actividad de agua, es decir
hay menos cantidad de agua disponible y por lo tanto el crecimiento
bacteriano tambin es menor.
PRESION OSMOTICA: existen algunos microorganismos que requieren
ambientes NO necesariamente isotnicos, sino que requieren algunos
ambientes con una carga de algunas molculas importantes. Halfilos:
microorganismos que requieren de una carga adicional por ejemplo de
sodio en el ambiente. Vibrio cholerae: parahemolitico. Son
bacterias que requieren obligatoriamente que en el medio exista sal
y a veces no porcentajes menores sino que se pueden dividir. H.
discretos: (1 6%) H. Moderados: (6 15%) H. Extremos: (15 30%)Por
ejemplo el vibrio parahemolitico es una bacteria patgena para el
ser humano que se encuentra en el mar, por lo cual es un
microorganismo HALOFILO (necesita del ion sodio). Osmfilos: son
microorganismos que viven en altas concentraciones de azucares.
Xerfilos: microorganismos que viven ausencia de agua o
sequedad.
REQUERIMIENTO DE OXIGENO ATMOSFERICO:
Este experimento se realizo para poder evidenciar las
necesidades de oxigeno que tienen las bacterias, utilizando la
propiedad del oxigeno de solubilizarse en un liquido, lo cual va a
generar una disolucin en la cual habr un gradiente de concentracin
de O.
Sin inocular: en esta zona el oxigeno est solubilizado con el
liquido, ya que no hay un movimiento dentro de la columna del tubo
de ensayo. El oxigeno va a comenzar a difundir hasta que este mismo
se acabe, entonces se genera un gradiente de concentracin del
elemento. Si este tubo se agita encontraramos una concentracin
homognea de oxigeno.
Aerobios obligados: microorganismos que son absolutamente
dependientes de oxigeno, es decir, su metabolismo es oxigenado (de
ah viene el concepto de aerobio). Son obligados ya que valga la
redundancia, obligatoriamente deben vivir en estas condiciones.
Estas bacterias crecern solo en la superficie del tubo ya que es
donde hay oxigeno atmosfrico suficiente para que estas puedan
crecer. Su metabolismo es dependiente del oxigeno, de la cadena
transportadora de electrones. Estas bacterias poseen todos los
sistemas de detoxificacion posibles para la clula, es por esto que
para ellos el oxigeno no es toxico.
Micro aerofilos: son microorganismos que requieren oxigeno pero
en baja concentracin, su metabolismo es oxigenado en menores
cantidades, es por eso que al colocarlos o inocularlos en el tubo,
estos crecern un poco ms abajo que los aerobios obligados. Estas
bacterias requieren de una pequea cantidad de oxigeno y NO CUENTAN
con todos los sistemas enzimticos de detoxificacion para este
elemento, solo poseen algunos. Debido a esto no pueden vivir en
condiciones mayores de presencia de oxigeno atmosfrico.
Anaerobios obligados: estas bacterias no necesitan oxigeno para
vivir, su metabolismo est adaptado para la ausencia de este
elemento qumico, utilizan metabolismo alternativo como por ejemplo:
la fermentacin para la obtencin de energa, cadena transportadora de
electrones pero no tienen al oxigeno como ultimo aceptor sino que
tienen molculas distintas derivadas del azufre y nitrgeno. El
oxigeno mata a estos microorganismos, ya que para ellos este
elemento es toxico, aunque es una molculaesencial para la vida,
cuando este reacciona genera lo que se conocen como los radicales
libres de oxigeno, estos ltimos son txicos para las clulas, por lo
tanto estas deben hacer frente a estos radicales y poseen
mecanismos de detoxificacion de oxigeno, como las catalasas,
peroxidasas, superoxido dismutasa, entre otras. Lo que hacen es
transformar todos los radicales de oxigeno en nuevamente oxigeno y
agua, por lo tanto constituyen los antioxidantes naturales de la
clula.Es por eso que son OBLIGADOS a vivir sin la necesidad de este
primero. Cabe destacar que estos anaerobios obligados NO POSEEN
ninguno de estos mecanismos, por lo tanto no necesitan el oxigeno
para poder vivir y adems este es toxico para ellos. MUEREN
RAPIDAMENTE EN PRESENCIA DE OXIGENO.
Anaerobios aerotolerantes: estos microorganismos son anaerobios,
no utilizan oxigeno para su metabolismo, pero poseen algunos
sistemas de detoxificacion para el O, que les permite tolerar el
oxigeno a pesar de que no lo ocupan, por lo tanto estas bacterias
no mueren inmediatamente en presencia de este elemento.
Anaerobios facultativos: tienen las dos grandes vas metablicas:
aerobia y anaerobia. Por probabilidades habitualmente se estn
comportando como aerobios, porque vivimos en una atmosfera
oxigenada y por lo tanto su maquinaria o mecanismo es dependiente
del oxigeno. Estas bacterias facultativamente se pueden convertir
en anaerobias, por lo que existe una posibilidad de que por ejemplo
si yo tengo a las bacterias en un medio rico de oxigeno estas se
estn comportando como aerobias, pero si las llevo a un medio que no
tenga oxigeno se comportaran como anaerobias y posiblemente no se
morirn, ya que reemplazan su maquinaria a anaerobia en donde tienen
posibilidades hacer fermentacin entre otros. Crecen a lo largo de
todo el tubo, los que estn en la base se estn comportando como
anaerobios y los de la superficie como aerobios. Corresponde a los
tipos de microorganismos ms frecuentes en el medio ambiente, en
nuestro organismo se puede encontrar un nmero importante de
anaerobios facultativos y estrictos que son los agentes etiolgicos
causantes de infecciones y tambin formando parte de nuestra flora
normal. Ejemplo: en la cavidad bucal hay un aerobio por mil
anaerobios presentes, por lo cual se denomina como un nicho
preferentemente de bacterias anaerobias. La cav. Bucal se
caracteriza por tener zonas anaerobias como los surcos
interdentarios, radiculares donde va la pieza dental y los surcos
que se generan con el tejido blando la enca, en el fondo de estos
ltimos existe un potencial de oxido reduccin que es adecuado, la
cantidad de oxigeno que llega es disminuida por lo tanto es un
ambiente predominantemente anaerobio.
CRECIMIENTO BACTERIANO
Implica que las bacterias se comiencen a multiplicar debido a
las optimas condiciones tanto ambientales como fsico qumicas
existentes. La multiplicacin de las bacterias responde al proceso
de fisin binaria donde a partir de una clula se generan dos clulas
exactamente iguales a ella.
Tenemos una clula madre y a partir de ella lo primero que sucede
cuando la bacteria se comienza a multiplicar es la duplicacin de su
cromosoma, el cual es de caractersticas semi conservativas por lo
tanto se generaran dos hebras de material gentico exactamente
iguales. Junto con este proceso debe haber adems un crecimiento
celular (formacin de todos los elementos necesarios para la creacin
de las clulas hijas) una elongacin por parte de la clula, la cual
es solamente temporal. Luego se produce la formacin de un septo o
tabique que es producto de una invaginacin a nivel celular gracias
a la introduccin hacia el citoplasma tanto de la membrana
citoplasmatica como del peptidoglican. Cuando este tabique est
formado las clulas se comienzan a separar. Este septo pas a ser las
paredes celulares respectivas de las bacterias y da origen a dos
clulas hijas idnticas a la clula madre que las origin. Este proceso
ocurre en una generacin bacteriana, cuando las bacterias estn en
condiciones tanto nutricionales como ambientales ptimas. El tiempo
en que crecen las bacterias no est relacionado con las condiciones
fsico-qumicas ni nutricionales de estos microorganismos, sino que
est en directa relacin con una caracterstica gentica que se conoce
con el nombre de Tiempo de Generacin o Tiempo de Duplicacin, el
cual indica el tiempo en que la bacteria se va a demorar en
duplicarse o en hacer una generacin.Cada bacteria tiene su PROPIO
tiempo de generacin.La Escherichia coli tiene un tiempo de
generacin de 30 min, Mycobacterium tuberculosis tiene un tiempo de
generacin mucho ms lento aproximadamente de 15 horas, es decir de
pasar de una clula a dos se demor 15 horas.Cuando la bacteria se
encuentra en condiciones optimas de nutricin y fsico-qumicas, este
microorganismo se va a demorar en duplicarse lo que dice su tiempo
de generacin. Ejemplo: si la gentica dice que una bacteria x se
demora 30 minutos en duplicarse, se demorar ese tiempo SOLO CUANDO
su sistema se encuentre en el ptimo. Si a la bacteria se le da MAS
nutrientes de los necesarios para que esta crezca ms rpido, esto no
ser as, al contrario, el microorganismo crecer de manera ms lenta.
Si una mam sobrealimenta a su hijo para que este crezca ms rpido,
no ser as, a los 10 aos habr crecido lo mismo comiendo menos, pero
la diferencia est en que el nio estar ms gordo. Es por eso que
siempre se habla de nutrientes en cantidades ptimas, no en exceso,
solo los que las bacterias necesitan para que sus reacciones
funcionen al mximo.
El crecimiento bacteriano no tiene una progresinaritmtica, sino
que tiene una progresin geomtrica, que si se quiere calcular
equivale:
Ejemplo: Escherichia coli, en condiciones ptimas la duplicacin
celular se realiza cada 20 minutos,en 10 horas se habrn producido
30 generaciones, es decir mil millones de clulas bacterianas a
partir de una clula de E. coli, se obtiene al cabo de 10 horas o
sea 600 minutos, 600/20=30 generaciones.Si este crecimiento lo
graficamos generamos una hiprbole. El crecimiento de las bacterias
no es de forma continua.
CURVA DE CRECIMIENTO BACTERIANO:Esta curva debiera ser una
hiprbole, pero ya que es muy complicado explicarla de esa manera,
se saca el logaritmo en base 10 del nmero de clulas viables (que se
estn multiplicando) versus tiempo. Y con esto se obtiene la
linealizacion de la curva. Se va a considerar un tubo, un matraz,
un recipiente en donde colocamos todos los nutrientes de las
bacterias y sus respectivas condiciones fsico-qumicas. Tericamente
si la bacteria (Escherichia coli, tiempo de crecimiento 30 min) est
en condiciones adecuadas, al cabo de media hora debiera tener 2
bacterias, a la hora 4 bacterias.
FASE DE ADAPTACIN: las bacterias se deben adaptar a las
condiciones de crecimiento otorgadas, para que estas puedan
comenzar a duplicarse, y comenzar su funcionamiento enzimtico. Esta
fase puede ser variable (ms larga o ms corta), dependiendo de la
capacidad de adaptacin o de donde provenga la bacteria, en qu
condiciones viene este microorganismo al nuevo medio de cultivo.
Esta fase se puede hacer ms corta, esto ocurre cuando las bacterias
se llevan a un medio de cultivo similar al que estaban
anteriormente. Si cambio el microorganismo de un medio rico a uno
pobre, este se tiene que adaptar, y si lo cambio de un medio rico a
otro medio rico, este proceso de adaptacin puede ser muy corto o
prcticamente cero. Por ejemplo: hay bacterias que al entrar en
nuestro organismo no tienen fase de adaptacin ya que venan de un
medio en condiciones similares, es por eso que nos producen
infecciones muy rpidas, lo que se conoce como infecciones agudas o
crnicas.
FASE EXPONENCIAL: las bacterias comienzan a crecer de manera
constante, se grafica como una lnea que va en ascenso, se puede
evidenciar que hay un gran nmero de clulas que estn vivas y este
nmero sigue en aumento. Luego llega un punto en que el crecimiento
se comienza a detener gradualmente, y se debe a que los nutrientes
se empiezan a acabar (escases), hay falta de espacio, hay desechos
metablicos que son txicos para algunas bacterias.
FASE ESTACIONARIA: en este periodo no hay aumento de la poblacin
bacteriana, ya que se igual la cantidad de bacterias muertas y las
que se estn multiplicando. En esta etapa hay un crecimiento neto
igual a cero, cabe destacar que hay clulas que se siguen dividiendo
pero en una condicin mucho ms lenta a la inicial (fase
exponencial). En algn momento las bacterias al no haber nutrientes
disponibles comienzan a usar su metabolismo secundario el cual
genera muchos ms desechos txicos para estas mismas y llega a ser un
ambiente hostil para estos microorganismos.
MUERTE CELULAR: se produce un desequilibrio de la fase
estacionaria, en donde las bacterias muertas aumentan y las vivas o
las que aun se estn multiplicando disminuyen gradualmente. En esta
etapa las bacterias se comienzan a morir.Las bacterias de la
cavidad oral estn recibiendo nutrientes de forma constante, por lo
tanto se encuentran en fase exponencial, es decir de crecimiento.
No se produce un crecimiento explosivo ya que la cavidad bucal es
un sistema termodinmicamente abierto, lo cual significa que as como
entran nutrientes de manera constante, salen desechos de la misma
forma, lo cual permite mantener a las bacterias en equilibrio (de
crecimiento constante). Se generan cultivos de naturaleza continua
lo que permite que la fase de crecimiento exponencial sea
permanente pero no implica que las bacterias aumenten de manera
excesiva.
VARIABILIDAD GENTICAEste es un tema que va a permitir entender
muchos conceptos que ms adelante iremos analizando que tienen que
ver fundamentalmente con evidenciar cambios genticos que van a
presentar las bacterias a lo largo de su trayectoria, de su vida.
Estos cambios genticos en principio es difcil entenderlos si no
sabemos esto, porque el concepto que se ha dado desde el punto de
vista de la multiplicacin es fundamentalmente la invariabilidad
gentica y cada vez que una clula se divide lo hace para generar
clulas hijas exactamente iguales, entonces no existe variabilidad
gentica y por lo tanto uno podra pensar que las bacterias no son
capaces de evolucionar ni de adaptarse genticamente a nuevas
condiciones. Sin embargo no perdiendo de vista esa premisa porque
eso no cambia, el concepto de reproduccin no vara a pesar de este
tema que vamos a analizar pero si nos permite entender que a pesar
de esa premisa y de la invariabilidad gentica que se genera entre
padres e hijos o entre clulas madres y clulas hijas existe la
posibilidad de variabilidad gentica de la clula y existe desde
otros mecanismos adicionales que permiten que las bacterias se
vayan adaptando en periodos cortos de tiempo que vamos a ver en los
fenmenos de adaptacin son en tiempos relativamente cortos porque la
bacteria no puede esperar mucho tiempo para adaptarse, justamente
un proceso adaptativo es eso, un cambio relativamente rpido para
hacer frente a una condicin distinta pero tambin vamos a ver que es
posible que la sumatoria de estos cambios ms otros fenmenos que
vamos a conocer da origen a evolucin. No podemos suponer que por
mucho que una bacteria que siga siendo la misma E. coli a travs de
sucesivas generaciones esta E. coli es la misma que exista mil aos
atrs porque las condiciones del planeta han cambiado por lo tanto
las condiciones ambientales a las que se enfrentan las bacterias
son distintas y por lo tanto estas bacterias tienen que de una u
otra manera as como lo hace todo el resto de seres vivos se debe ir
adaptando de alguna manera.Estos cambios evolutivos son lentos y
nosotros los vamos a poder distinguir cuando hagamos un anlisis a
travs del tiempo y no en una situacin puntual, en una situacin
puntual eventualmente vamos a ver un cambio o a lo mejor el cambio
se produjo y nosotros no nos dimos cuenta, no lo pudimos
evidenciar. En este contexto es que vamos a ver estos fenmenos de
variabilidad gentica que existen y son absolutamente necesarios y
que justifican muchas cosas que vamos a ir viendo a medida que
vayamos avanzando el curso y que se va a decir cmo esa bacteria
logr esas caractersticas a travs de un cambio gentico, pero eso
cambio gentico no viene asociado a un proceso de reproduccin sino a
estos fenmenos que vamos a conversar hoy.
Variabilidad genticaPara que sea considerado un cambio gentico
para que sea considerado una variacin gentica esta variacin debe
ser estable, esa es la primera premisa y qu implica estabilidad,
que yo la pueda evidenciar en una generacin y que ese cambio se
mantenga en generaciones sucesivas, es decir, que la bacteria pueda
transmitir esa informacin y la transmite muy eficientemente porque
justamente el concepto de reproduccin es que una condicin que
adquiri a una clula se va a reproducir a todas su generaciones
porque se reproduce completa y va a generar una clula exactamente
igual a ella y ah es donde est la gracia de estos fenmenos de tipo
genticos adaptativos y evolutivos.Cules son los fenmenos que dan
origen a estos cambios estables a nivel gentico hay dos grandes
fenmenos, la mutacin y la transferencia horizontal de genes.
MutacinLa mutacin obviamente es un cambio en algunas zonas del
ADN y este cambio puede ser puntual, puede ser que exista un cambio
de una base por otra o eventualmente pueden ser cambios un poco
mayores ya sea por la insercin de algn elemento o por la salida de
algn elemento o tambin por la reversin o intercambio gentico, puede
existir algn tipo de reordenamiento. Cualquier cambio que sufra el
ADN es considerado mutacin, estamos hablando de ADN
cromosomal.Estos cambios son importantes porque son heredables,
porque obviamente si hay un cambio en la secuencia del ADN, este
cambio va a ser mantenido a travs del resto de las generaciones y
por lo tanto eventualmente vamos a poder ver un cambio fenotpico
porque por ejemplo el cambio puede ser suficiente como para
evidenciar una alteracin en la sntesis de una protena o se dej de
sintetizar una protena o si fue producto de una insercin hubo ahora
una posibilidad de sintetizar una protena que antes no se
sintetizaba. De cualquier manera el cambio existe, se hereda porque
sigue a travs del resto de las generaciones y es relativamente
estable, no es habitual que exista una mutacin y despus que la
mutacin se revierta pero eventualmente si vuelve a mutar en la
misma zona y se vuelve a lo anterior podra ser pero esto no ocurre
ni en la generacin siguiente ni en subsiguiente, sino que
eventualmente son situaciones que ocurren a muy largo plazo por lo
tanto los cambios son mantenidos a travs del tiempo.La mutacin
genera como producto siempre es un cambio gentico, porque si yo
hago la comparacin, tengo una bacteria salvaje y la secuencio y
ordeno todas sus secuencias de ADN y pongo la bacteria que est
mutada y pongo la secuencia yo voy a evidenciar, comparar cambios
en la constitucin del ADN del cromosoma. Lo que yo no
necesariamente puedo observar y por eso es que uno a veces tiende a
cometer este error porque el fenotipo puede o no estar alterado, la
mutacin no tiene por que obligatoriamente llevar a un cambio de
expresin de los genes, por qu, porque eventualmente la mutacin
ocurri por ejemplo en una zona de no lectura (ADN eucarionte tiene
zonas de lectura y zonas de no lectura) si yo genero una mutacin ah
y comparo las dos cadenas de ADN, hago una secuenciacin y miro base
por base hay un cambio pero resulta que en la expresin gentica, en
el fenotipo la bacteria sigue siendo la misma, no hay una alteracin
de protenas, no hay un cambio metablico, no hay un cambio ni de
color ni de forma, pero si yo analizo el genoma si est la
mutacin.La otra posibilidad es que eventualmente ahora cuando son
mutaciones puntuales y hay solamente inversin de base, es decir,
hay un cambio de una base por otra a veces la base que ingres no
necesariamente da origen a un cambio o a una expresin de una
protena distinta porque recuerden que el cdigo gentico de los
eucariontes as como de los procariontes es un cdigo gentico
degenerado esto significa que ms de un triplete da origen a un
mismo aminocido, entonces perfectamente pudo haber ocurrido este
cambio de base pero resulta que eso no se traduce en un fenotipo
alterado, por lo tanto cuando nosotros hablamos de mutacin lo que
se obtiene siempre es un cambio gentico en la secuencia. El nuevo
rasgo puede expresarse como puede que no se exprese, por lo tanto
no necesariamente voy a poder hablar de mutacin cuando se diga que
cambi la protena.Desde un punto de vista absolutamente natural, lo
que las bacterias hacen en la naturaleza:a. Mutaciones
espontneas:que son absolutamente naturales y que son habitualmente
producidas por errores de replicacin o por insercin de elementos
mviles. Estas mutaciones como su nombre lo indica son espontneas,
esto quiere decir que yo no s cundo van a aparecer, van a aparecer
de repente, ahora por qu yo no s cundo van a aparecer porque si es
un error en la replicacin esto es una cosa extraa porque la
replicacin habitualmente cul es nuestra premisa, se generan dos
molculas de cromosomas exactamente iguales por lo tanto para que
ocurra un error en la replicacin tiene que haber alguna de las
polimerasas que pudo haberse equivocado cuando estaban revisando la
constitucin de las hebras complementarias y de repente se les pas y
hubo un intercambio de por ejemplo alguna base por otra, entonces
hubo un error en la replicacin que pudo haber producido esto. Por
lo tanto yo no s cundo esto va a pasar adems es muy poco frecuente
que pase. Son al azar, esto significa que no s en qu parte va a
ocurrir, puede ocurrir en cualquier zona del ADN a pesar de que hay
que estudios que s tienen claro que hay zonas que son ms mutables
que otras y que incluso en los ADN eucarionte particularmente en
eucarionte animal son las zonas que se les llama como de hotpoint,
los puntos que son ms mutables, son ms susceptibles a mutar, en las
bacterias tambin hay ciertos puntos que tienden a mutar ms pero
perfectamente en una mutacin puede mutar eso como puede mutar otro,
no es necesario que siempre estn mutando esos puntos.La otra
caracterstica es que aparece en baja frecuencia porque las
polimerasas no se equivocan todo lo contrario el sistema se
mantiene a travs del tiempo justamente gracias a la posibilidad de
generar dos clulas hijas exactamente iguales porque se generaron
dos cromosomas exactamente iguales por lo tanto esto ocurre en
frecuencias muy bajas, es decir, es un fenmeno muy poco frecuente,
sern frecuencias bajas pero fijas porque cada cierto tiempo s se va
a producir una mutacin, es decir, que si nosotros le echramos la
culpa a las polimerasas podramos decir que estas estn como cateadas
para que de repente se equivoquen porque esto favorece los cambios.
Esta situacin no es de una generacin a otra sino que van a pasar
muchas generaciones para que eventualmente se produzca.Las
mutaciones en general porque hay para algunas propiedades que
pueden ser un poco ms frecuentes pero en trminos generales si uno
hace un promedio las frecuencias de mutaciones estn alrededor de 10
elevado a menos 10 por ah, qu quiere decir eso, que por cada 10
elevado a 10 bacterias existe la probabilidad que una de ellas
muera, si se saca la cuenta son bastantes generaciones de bacterias
y en esas generaciones cabe la probabilidad porque tampoco es una
certeza que una de ellas se encuentre que ha mutado, esta situacin
es muy poco frecuente pero fija, es decir, se sabe que cada cierto
tiempo va a ocurrir alguna mutacin y eso es lgico por el
ordenamiento de los sistemas biolgicos y de la vida en general, la
vida ha ido evolucionando de esa manera, cada cierto tiempo tiene
la capacidad de ir evolucionando y una de las formas es a travs de
este tipo de cambios genticos.b. Mutaciones inducidas:ocurren
tambin en la naturaleza pero aqu estamos hablando que hay alguna
intervencin, esta intervencin es generalmente por elementos fsicos
o qumicos donde aqu lo que sucede es que el agente se pone en
contacto con la bacteria ya sea fsico, qumico, radiacin uv por
ejemplo y va a producir algn dao en el ADN, estos son los que se
conocen como agentes mutgenos, que lo hacen es cambiar la
frecuencia, es aumentar la probabilidad que la mutacin ocurra
porque tambin nosotros mismos estamos expuestos de forma habitual a
muchos agentes mutgenos pero eso no significa que nuestro ADN mute,
en algunas personas s y se evidencia y en otras no y por qu no,
porque lo que hacen los agentes mutgenos es aumentar la
probabilidad, es decir, lo que hace es que aumenta la frecuencia de
mutacin pero tampoco cambia el concepto que siguen siendo
espontneas y al azar, yo no s cundo van a ocurrir y tampoco s dnde,
ahora este dnde si yo hago en el laboratorio puedo manejar
cualquier cosa y puedo dirigir una mutacin a un sitio especfico y
que es lo que se hace mucho en la terapia gnica en los seres
humanos que se hacen cambios a nivel gentico donde se dirige un
vector que vaya dirigido especficamente a una zona del ADN y
produzca un cambio gentico que finalmente lo que est haciendo es
una mutacin tipo dirigida en el laboratorio. Pero en la naturaleza
estos agentes mutgenos no me dicen dnde va a ocurrir, no me dicen
cundo pero s aceleran y por qu pueden acelerar la frecuencia,
acelerar o aumentar las probabilidades, porque estos agentes pueden
ser anlogos de bases por lo tanto se pueden producir cambios, una
base por otra, pero resulta que estructuralmente son similares pero
cuando se empieza a leer el ADN obviamente no es reconocido como
una base y por lo tanto se produce ya sea un corte, una mala
sntesis o expresin de una protena, etc., pueden haber agentes
derechamente modificadores que hidroxilan una zona, que le agregan
o sacan alguna molcula, cambian algn enlace, reaccionan con el ADN
por lo tanto cambian estructura y van a cambiar obviamente la
funcionalidad o eventualmente hay algunos agentes intercalantes que
se introducen, se meten entre medio del ADN y van a alterar la
estructura o funcin de este.Por lo tanto como se puede ver hay
diferentes posibilidades que se produzcan cambios, estos cambios
por muy rpidos a aumentar la probabilidad que se produzcan a travs
de los agentes mutgenos no son cambios que yo vaya a poder estar
para que las bacterias se adapten, podra ocurrir casualmente que la
bacteria est en una mutacin y que yo favorezca esa mutacin por
alguna condicin y que gracias a eso la bacteria lograra adaptarse
rpidamente pero si no habitualmente muchos de estos cambios no van
a contribuir con que la bacteria se adapte en un determinado
momento sino que la sucesin de estos cambios yo las puedo
evidenciar o ver que ha habido algn cambio, alguna mejora o alguna
situacin que va a favorecer la evolucin de la bacteria ms que los
cambios adaptativos, sin embargo los cambios adaptativos ocurren y
la bacteria rpidamente puede ir cambiando pero esos cambios
genticos rpidos son producto de la transferencia horizontal de
genes.
TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENESNo es otra cosa que el traspaso
de genes de una bacteria a otra de manera horizontal y que no
necesitan estar emparentados sino que no necesitamos que sean de
madres a hijos, es decir, de una generacin a otra sino que incluso
por ejemplo puede ser de una E.coli a un protheus, de una E.coli a
una serratia, es decir, de bacterias distintas que incluso no
tienen por qu tener una relacin gentica muy cercana, pero si existe
esta probabilidad.Cmo transfieren estos trozos de ADN o estos
genes, son transferidos a travs de 3 fenmenos: la conjugacin, la
transduccin y transformacin. Son 3 fenmenos distintos que tienen
distintas caractersticas y que mueven distintos tipos de genes o
estructuras genticas distintas, pero a pesar que son fenmenos
distintos dan 3 caractersticas que son similares y que tienen en
comn. La primera es la unidireccionalidad, por lo tanto la
transferencia horizontal de genes se caracteriza por ser
unidireccional, que la informacin gentica siempre va en una
direccin, es decir, desde una clula dadora a una clula receptora.
No hay trueque, no es que la bacteria de algo y reciba algo a
cambios, eventualmente ella puede recibir algo pero esa recepcin es
despus, primero se hace un fenmeno, termina ese fenmeno y despus la
bacteria puede hacer un fenmenos que puede ser el mismo tipo pero
puede ser un evento posterior, por lo tanto siempre existe una
bacteria que da que se conoce como clula dadora o donadora de un
material gentico y siempre existe por fenmeno una bacteria que
recibe por lo tanto se conoce como bacteria receptora.La
transferencia horizontal es parcial, siempre es parcial porque una
bacteria no puede entregar todo el cromosoma sino que recuerden
ustedes que cuando la bacteria recibe cosas siempre son cosas
accesorias, son caractersticas adicionales, porque la bacteria
tiene una estructura que es clsica, propia, y que le permite ser la
bacteria que es, por ejemplo E.coli, yo no puedo esperar que la
bacteria reciba algo que haga ser otra sino que va a recibir una
informacin que la a convertir en una E.coli con caractersticas
distintas con una capacidad por ejemplo para la sntesis de una
toxina que no tena pero esta toxina no la hace cambiar de E.coli,
por lo tanto siempre son trozos o es un plsmido, siempre es una
parte del cromosoma no es todo.
La otra caracterstica es que la bacteria tiene que aceptar esa
transferencia gentica, la dadora no es solo la que entrega y la que
recibe no solo recibe sino que tambin hay un filtro y este filtro
se da exclusivamente en lo que ella acepta como informacin gentica,
puede aceptar todo lo que a ella le conviene porque las bacterias
no reciben nada que sea contra producente para ellas y por lo tanto
no puedes recibir algo que vaya en contra de lo que ellas
son.Tienen varios mecanismos para poder ir bloqueando esas
posibilidades, por lo tanto siempre existe un cambio o una variacin
que habitualmente es beneficiosa porque son adaptativas. Un ejemplo
de esta aceptacin de este material gentico es la posibilidad que
tienen las bacterias de recombinar, es decir, reciben un trozo de
ADN por ejemplo y ese trozo de ADN cuando no es un elemento gentico
establecido por ejemplo un plsmido ese trozo tiene dos
posibilidades dentro de una bacteria, es degradado o se integra al
cromosoma, pero para integrarse al cromosoma tiene que encontrar un
sitio de complementariedad y si encuentra ese sitio se interna y
ese fenmeno se conoce como fenmeno de recombinacin porque entra un
trozo de ADN de otra bacteria, se inserta y pasa a ser parte de la
bacteria, habitualmente al insertarse la bacteria pierde algo,
pierdo un trozo de ADN que es la zona donde se va a insertar este
nuevo, pero eso lo favorece porque eso constituye una caracterstica
adicional para la bacteria.Teniendo en cuenta todas estas
caractersticas que tienen las bacterias que son comunes en los
fenmenos de la transferencia horizontal gentica, veamos las
caractersticas de cada una de ellas en particular.
Transformacin
La transformacin es un fenmeno donde una bacteria adquiere, la
bacteria receptora va adquirir ADN libre del medio, el ADN no es
que ande libre caminando por el medio ambiente, los ADN no andan
libres, entonces uno puede decir de dnde vienen estos ADN libres
que requiere este proceso de transformacin. As como las bacterias
se multiplican, existen algunas que por razones naturales mueren, y
cuando una bacteria muere qu es lo que le pasa, se destruye y al
destruirse obviamente libera ADN y libera todos los componentes que
tiene en el interior, no todas las bacterias que mueren van a tener
el ADN libre por la naturaleza porque ese ADN inmediatamente es
degradado por un asunto de seguridad biolgica pero resulta que esa
degradacin del cromosoma o el ADN de esta bacteria que se va a
convertir en la bacteria dadora no es instantneo porque obviamente
las enzimas que son las nucleasas tienen que empezar a degradar,
tiene que haber una reaccin asociada, es un fenmeno que se va
produciendo y se demora un periodo de tiempo corto. Imagen: tenemos
una bacteria que por alguna razn muri, se lis y liber todo su
material gentico, todo lo que tenia dentro, y eventualmente est
siendo degradado su ADN, en este momento cuando sucede eso en un
determinado ambiente va pasando una bacteria, y se encuentra con
esta situacin que hay degradacin de ADN, las bacterias se
comunican, sienten y lo hace a travs de seales qumicas, entonces
detecta presencia de ADN y existen ciertas bacterias que la
deteccin de este ADN les interesa y es ms, pueden hacer que este
ADN ingrese hacia el interior de su citoplasma. Esto no es fcil
porque se tiene claro que el cromosoma no pasa por difusin simple a
travs de la membrana, ni difusin facilitada ni por una porina.Puede
que la bacteria que iba pasando y detect esta situacin que hay ADN
libre, lo quiere y ah viene el problema cmo lo entra. Por eso aqu
hay una limitante, no es una situacin que todas las bacterias lo
pueden hacer, sino que hay ciertas bacterias que tienen la
capacidad de hacerse competente, es hacerse permeables selectivos
ADNs, es decir, esta bacteria puede pasar a tener un estado que es
absolutamente biolgico que es propio que no es inducido ni
adquirido por la bacteria de que bajo ciertas circunstancias como
estmulos como este de encontrarse con un ADN la bacteria puede
hacerse permeable selectivo ADN y que es generar un sistema
proteico en la membrana tipo una porina para que pueda ingresar el
ADN, pero esta es una situacin que es muy puntual, se realiza
frente a una situacin en que la bacteria se encuentra con ADN que
es factible de ser ingresa porque este ADN que es factible de ser
ingresado debe estar dictenario es decir debe haber sido degradado
pero todava no separado de sus dos hebras, es decir, no puede ser
cualquier cosa, debe ser un trocito que sea doble y que por lo
tanto pueda ser captado por esta bacteria que est en estado de
competencia o que es lo mismo competente.
En la primera figura ha generado este estado de competencia,
tiene unas pelotitas en la membrana que es lo que se mencionada que
es como un sistema proteico tipo porina por donde puede entrar el
ADN, pero asociado a una de esas pelotitas que es una protena de
unin y la otra es una nucleasa, porque si bien es cierto en la
limitante para que se produzca la transformacin es que el ADN sea
bicatenario, el que se asocia a la bacteria entra solo una hebra,
por qu si entra una no se adhiere una, no, el fenmeno es
bicatenario, trozo doble cadena se adhiere a la protena de unin
pero entra una y la nucleasa cumple la funcin de ir degradando la
otra cadena.Cuando la bacteria va ingresando se va uniendo a los
puntos azules que son protenas que protegen al ADN, porque qu es lo
que un ADN dentro de un citoplasma si no encuentra un sitio homlogo
rpidamente es degradado, entonces para darle un tiempo a la
bacteria o a este trozo de ADN para encontrar esa zona
complementaria es que se une a estas protenas que lo protege de la
degradacin, si este trozo de ADN que ingres encuentra
complementariedad en el ADN, es decir, hay una zona homloga se
inserta, hace recombinacin, entra, sale un trocito y el trozo que
sale obviamente es degradado y la bacteria entonces recibe una
informacin gentica.
Este proceso no siempre es exitoso, eventualmente un 30% de los
procesos de ingreso son efectivo, es decir, la bacteria acepta esta
informacin, por eso se dijo que haba una ltima condicin que la
bacteria tiene que aceptar este trozo de ADN que viene y cul es la
mxima respuesta, que sea ingresado el cromosoma y que ahora ese
cromosoma se va a expresar con esta nueva informacin gentica. Esa
es considerada una bacteria transformante, es decir, que recibi
informacin gentica nueva y que ahora la est expresando. Hay algunos
ejemplos entre las bacterias Gram positivas Streptococcus spp.
Bacillus spp.Entre las bacterias Gram negativas Haemophilus spp.
Neisseria spp. Moraxella spp. Acinetobacter spp. Pseudomonas
spp.Son ejemplos de bacterias que transforman de manera
natural.(rol nucleasa: enzimas degradadoras, degrada la hebra que
no entra y con eso contribuye a la entrada de una sola)
ConjugacinHasta hace algunos aos se crea que la conjugacin era
un proceso que se daba en Gram negativos, y fundamentalmente estaba
esta creencia porque la conjugacin hasta ese momento se supona que
solamente se produca a la presencia de pili o poli sexual, dijimos
que la funcin era unir a las bacterias una dadora y otra receptora
para el traspaso de un plsmido, porque aqu en la conjugacin lo que
se traspasa no es un trozo de ADN sino es un plsmido. En los ltimos
aos, en la ltima dcada se ha tenido claro y se acept que existe
conjugacin en los Gram positivos. Los sistemas conjugativos en Gram
positivos no estn estudiados pero s hay absoluta certeza que hay
bacterias que s conjugan porque la resistencia a antibiticos por
ejemplo que nosotros podemos ver hoy en da en algunas bacterias es
responsable exclusivamente a la presencia de plsmidos y por lo
tanto de alguna manera tienen que llegar estos plsmidos ah porque
si no estaban de alguna manera llegan y el proceso de llegada de un
plsmido es a travs de un proceso de conjugacin.Por lo tanto hoy en
da la conjugacin se divide en conjugacin Gram positiva y Gram
negativa porque la estructura que media el traspaso no es la misma.
Por eso vamos a partir en la conjugacin en Gram negativos porque
habitualmente es la que ms se conoce, hay mucho ms informacin y es
de la cual hablan los libros.Una condicin para que se produzca la
conjugacin es que aqu las dos bacterias tanto la donadora como la
receptora se encuentren y se unan, esa es la funcin del pili.
Entonces cmo se encuentran las bacterias, cmo se unen, se reconocen
pero este reconocimiento es a travs de seales qumicas, quin enva
las seales qumicas, son las bacterias receptoras las que se van a
transformar en receptoras, es decir que la bacteria que en un
determinado momento no tiene plsmido y quiere tener un plsmido
porque la situacin ambiental en la que se encuentra lo amerita
porque son procesos adaptativos que hacen frente a ciertas
condiciones ambientales o alguna situacin en particular, entonces
esta bacteria que quiere un plsmido emite seales qumicas a las
cuales una bacteria poseedora de plsmido que se va a convertir en
la clula dadora responde y al responder se acerca a esa bacteria y
empieza a manejar el proceso de conjugacin y lo primero que se hace
es sintetizar el pili, se adhiere a la otra bacteria y se produce
despus de esto una retraccin del pili, se acorta para que la
distancia entre las dos bacterias no sea tan larga.Este pili no
solamente genera un tnel que por dentro pasa el ADN plasmidial para
que no sea degradado sino que adems este pili va a permitir que en
las dos paredes bacterianas (dadora, receptora) se produzca una
especie de poro porque cmo sale el plsmido que est en el citoplasma
y cmo entra al citoplasma de la otra bacteria, entonces se
establece una especie de poro ayudado por el pili, el pili en los
dos extremos entonces genera un sistema, induce la generacin de un
sistema proteico que va a formar una especie de poro para que pase
el plsmido que en realidad no pasa como plsmido, no pasa redondito
ni tampoco pasa entero, sino que recuerden ustedes qu conjugacin
tena un plsmido, el plsmido era un elemento gentico circular
bicatenario por lo tanto fjense lo que sucede, el plsmido tena una
zona que deca origen de transferencia porque en ese punto el
plsmido se abre, es decir, una hebra se abre, se desprende como
aparece aqu y empieza a pasar una hebra pero como el plsmido tiene
capacidad replicativa, empieza a medida que va perdiendo una hebra
va sintetizando la hebra complementaria, la hebra que llega a la
otra clula se empieza a circularizar y va a sintetizar tambin su
hebra complementaria.
Cuando termina de pasar toda la hebra en ambas clulas ahora hay
plsmidos bicatenarios porque cada hebra sirvi de molde para la
sntesis de su complementaria, es decir, lo mismo que ocurre con la
replicacin de un cromosoma, cada una de las hebras es molde para la
sntesis de la complementaria. Este sistema de paso que es lineal se
conoce como el sistema de crculo rod