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De bacterias a esporas
Introducción a la Microbiología
La microbiología trata de las células vivas y su funcionamiento. Estudia los
microorganismos, especialmente las bacterias, una amplia variedad de células con
una enorme importancia básica y aplicada. Trata de la diversidad microbiana y de la
evolución, de cómo surgieron las diferentes clases de microorganismos y por qué.
Analiza el rol de los microorganismos en la sociedad humana, en el cuerpo humano,
y en los animales y plantas. De una u otra manera, los microorganismos influyen en
todas las formas de vida sobre el planeta, por lo tanto la microbiología como ciencia
tiene una enorme importancia.
Células microbianas
La célula es la unidad fundamental de vida, aislada de otra célula por una
membrana celular (y en algunos casos) por una pared celular. Dentro de la
membrana celular se encuentran los diversos componentes que hacen posible que
la célula funcione. Son estructuras claves el núcleo o nucleoide, donde se guarda
la información genética en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN), y el
citoplasma donde se encuentra la maquinaria para el crecimiento y otras funciones
celulares.
Todas las células están constituidas de 4 tipos de ladrillos fundamentales: las
proteínas, los lípidos, los polisacáridos o azúcares y los ácidos nucleicos. En su
conjunto se denominan macromoléculas y la disposición y naturaleza química de las
mismas en una célula es lo que la diferencia de las otras.
Un célula es una unidad dinámica, que realiza constantes cambios reemplazando
sus componentes. Incluso cuando no está creciendo, puede estar tomando
materiales del medio para incorporarlos a su estructura y liberando desechos. Por lo
anterior, es un sistema abierto en constante cambio, y sin embargo, permanece
como tal.
¿Como se originaron las primeras células?
Se cree que la primera célula se formó hace algo más de 3.800 millones de años en
un proceso muy poco probable que necesitó de varios cientos de millones de años
para producirse y necesitó de las condiciones ambientales específicas que tuvieron
lugar en la Tierra primitiva. Una vez que la primera célula apareció se produjeron
una serie de sucesos mas probables, tales como el crecimiento y la reproducción,
originándose poblaciones de células a partir de las cuales tuvo lugar la evolución
mediante la selección de nuevas características generándose así una mayor
diversidad biológica.
Características de los sistemas vivos
Todos los organismos vivos son estructuras altamente organizadas que muestran
alguna forma de metabolismo. Las células toman sustancias del medio y las
transforman, retienen parte de la energía de estas sustancias y luego eliminan los
desechos al medio. Todas las células poseen reproducción, es decir, son capaces
de dirigir una serie de reacciones bioquímicas que conducen a su multiplicación.
Debido a que no siempre las condiciones del ambiente en donde las células se
encuentran son las mismas, las células son capaces de desplegar sofisticados
mecanismos de adaptación y diferenciación, generalmente en respuesta a
mediadores químicos liberados en el medio o ante cambios bruscos de su hábitat. A
menudo, la diferenciación celular es parte de un ciclo vital en el que las células
forman estructuras especializadas relacionadas con la reproducción, la dispersión o
la supervivencia. Uno de los mecanismos de diferenciación celular más estudiado en
el reino procariota es la formación de estructuras metabolicamente quiescentes,
inactivas, conocidas como esporas.
Esporas
Las esporas son células diferenciadas altamente resistentes al estrés físico y
químico, tal como calor, presión, sequedad, ácidos y bases fuertes y radiación UV.
Las bacterias que forman esporas se encuentran habitualmente en el suelo, y
pertenecen principalmente a los géneros Streptomyces, Clostridium y Bacillus.
Cuando una célula bacteriana capaz de esporular abandona su crecimiento
exponencial debido a la deprivación de nutrientes esenciales en su hábitat debe
tomar la decisión de esporular o arriesgarse a continuar creciendo como tal y correr
el riesgo de morir. Si la célula elige esporular se embarcará en un proceso
irreversible de diferenciación celular que dará como resultado una forma de vida
inactiva que permanecerá como tal indefinidamente hasta que mejoren las
condiciones de su medio externo, las cuales le permitirán germinar y volver a crecer.
Propiedades de las esporas
El núcleo de una espora madura difiere mucho de la célula vegetativa de la cual
proviene. Además del abundante contenido en dipicolinato de calcio, el núcleo de
esta estructura se presenta en un estado parcialmente deshidratado, conteniendo
solo el 10-30 % del agua de la célula vegetativa, por lo que la consistencia del
citoplasma se corresponde con la de un gel denso. La deshidratación aumenta
dramáticamente la termo-resistencia de la espora y al mismo tiempo le confiere
resistencia frente a sustancias químicas, como el peróxido de hidrógeno.
El pH del citoplasma de la espora es aproximadamente una unidad menor que el de
la célula vegetativa y contiene niveles elevados de proteínas específicas
denominadas SASPs (del inglés: Soluble Acid Small Proteins). Estas proteínas
tienen al menos dos funciones. Por un lado se unen fuertemente al ADN y lo
protegen de las lesiones potenciales de la radiación UV, la desecación y el calor
seco. Por otro lado las SASPs pueden servir como fuente de carbono y energía para
el desarrollo de una nueva célula vegetativa a partir de la espora, proceso conocido
como germinación.
¿Cuánto puede vivir una espora?
Los datos publicados sobre la longevidad de las endosporas indican que pueden
permanecer viables durante varias décadas y probablemente mucho tiempo más
según las condiciones a las que esté sometida.
En 1981 se colocó en un medio nutritivo una suspensión de esporas de la bacteria
Clostridium aceticum que había sido preparada y extraviada en 1947, luego de 34
años y en 12 horas de crecimiento se recuperó un cultivo de este microorganismo1.
Existen muchos otros ejemplos de esporas de mucha más antigüedad. El análisis
microbiológico de los restos arqueológicos romanos hallados en el Reino Unido, y
datados en 2000 años permitieron recuperar un gran número de esporas viables del
género Thermoactinomyces en distintas muestras de residuos. También se
recuperaron muestras de esporas viables de esta bacteria en fracciones de estratos
de sedimento en un lago de Minessota que datan de 7000 años2. En 1995 un grupo
de científicos publicó la resurrección de endosporas bacterianas cuya edad se
estima en 25-40 millones de años3. Supuestamente, estas esporas del género
Bacillus fueron preservadas en los intestinos de una abeja extinta atrapada en un
cristal de ámbar. Algo aún más increíble fue el aislamiento de bacterias halófilas
formadoras de endosporas en cristales de sal procedentes del período Pérmico, es
decir, de hace más de 250 millones de años4.
Estas publicaciones han permitido especular con la idea de que si las esporas se
conservan de manera adecuada podrían llegar a perdurar viables de manera
indefinida.
El descubrimiento de las esporas bacterianas tuvo una gran trascendencia
para la microbiología, porque el conocimiento de la existencia de estas
estructuras tan refráctiles al estrés ambiental fue decisivo para desarrollar
procedimientos de esterilización,
tanto
para la medicina como para la
industria alimenticia.
1- Braun, M., F. Mayer y G. Gottschalk, 1981. Clostridium aceticum (Wieringa), a
microorganisms producing acetic acid from molecular hydrogen and carbon dioxide. Arch.
Microbiol. 128: 288-293.
2- Gest. H. y J.. Mandelstam, 1987. Longevity of microorganisms in natural environments.
Microbiol. Sci. 4: 69-71.
3- Cano, R.J. y M. K. Borucki, 1995. Revival and identification of bacterial spores in 25- to 40million-year-old Dominican amber. Science 268: 1060-1064.
4- Vreeland, R.H., W.D. Rosenzweig y D. W. Powers, 2000. Isolation of a 250 million-year-old
halotolerant bacterium from a primary salt crystal. Nature 407: 897-900.
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