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Microbiologia
ESTRUCTURA BACTERIANA :Elementos facultativos y obligados
Las bacterias estructuralmente están constituidas por :
Elementos obligatorios : están presentes en todas las bacterias y son indispensables
para la vida de la propia bacteria.Son :
- Pared celular
- Membrana citoplasmática
- Citoplasma
- Ribosomas
- Región nuclear
Elementos facultativos: pueden estar o no presentes en la bacteria y son :
- Cápsula
- Flagelos
- Pelos
- Endosporas
- Inclusiones citoplasmáticas
Pared celular
m<rc;S<da.
Es el límite externo de la célula. Tiene una estructura i;%I&a parecida a la pared celular
de las células vegetales . Tiene entre sus funciones las siguientes :
- Protege a la bacteria de cambios externos adversos
- Ayuda a mantener la morfología de la célula
- Proporciona a la bacteria resistencia frente a los antibióticos
- Permite el paso selectivo de algunas sustancias
- Está implicada en la patogenicidad de la bacteria
Existen bacterias sin pared celular : Micoplasmas y otras que al perderla se tranforman
en formas L ( protoplastos ó esferoplastos )
La pared se pone de manifiesto mediante la tinción por el método de gram, que permite ,
de acuerdo con la afinidad tintorial ,dividir a las bacterias en gram positivas y gram
negativas. No obstante tanto las bacterias gram positivas como las grarn negativas
poseen un componente común, que es el peptidogiicano ( glucopéptido 6 mureina ),
que es un heteropolisacárido formado por dos aminoazúcares alteniantes :N-acetilglucosamina y el ácido N-acetil- murámico .c& cadena p e r i e c e unida a las
adyacentes mediante un tetrapéptido ,formándose una especie de malla ó red .
ESTRUCTURA DE PEPTIDOGLiCANO
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Pared celular de las bacterias gram wsitivas
En estas bacterias el peptidoglicano es muy abundante ,constituyendo entre el 50 y el
90 % del peso de la pared. Por fuera se suelen encontrar los ácidos teicoicos ( polírneros
de ribitol -fosfato ó glicerol- fosfato) .
PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM POSITIVAS
~cido
teicoico-
Pared celular de las bacterias esam negativas
Es más compleja en composición y estructura . El peptidoglicano es sólo una pequeña
porción de la pared ( 10 % ). El componente mayoritario es la membrana externa con un
alto contenido en lípidos y cuyo componente fundamental es el lipopolisacárido además
de fosfolípidos y lipoproteínas. El lipopolisacárido está formado por tres componentes :
cadena glucídica ,que le confiere tipo especificidad ,al tratarse de un antígeno de
superficie ;parte central ó core que es grupoespecífica ,y una porción lipídica
responsable de la toxicidad puesto que actúa como endotoxina.
Hacia la cara externa de la membrana se localizan unas proteinas denominadas porinas ,
que forman tres canales ó poros en su interior.
Proteína de trans-
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Membrana plasmática
Es la estructura delgada que se encuentra por dentro de la pared celular ,encerrando el
citoplasma de la célula.
Sus funciones son :
- Actúa como barrera selectiva : a través de ella se produce el paso de
moléculas en ambas direcciones debido a la presencia de permeasas
- En ella se localizan los enzimas respiratorios :citocromo-oxidasas
- Posee invaginaciones ó plegamientos grandes e irregulares llamados
mesosomas ,que parecen estar relacionados con la duplicación del
cromosoma bacteriano y en la división celular.
- En su cara externa se localizan las PBP ( proteinas fijadoras de penicilina )
que intervienen en la síntesis del peptidoglicano y son la diana de los
betalactámicos.
Grupos
-
Protelnasintegrales de membrana
Molécula de losfolipido
Membrana plasmatira: mosaico
Citoplasma
Limitado por la membrana ,es una masa heterogénea que engloba todos los demás
elementos de la célula ,incluyendo los ribosomas ,el material genético e inclusiones de
reserva ( polifosfatos ,glucógeno ,lípidos ...)
Está formado por un 80% de agua, principios inmediatos ,minerales y enzimas.
Material genético
No existe membrana nuclear que los separe del citoplasma
Es una sola molécula de ADN bicatenario circular ( 1 cromosoma )
A veces existe ADN extracromosómico : plásrnidos ,que son moléculas circulares con
capacidad autoreplicativa que pueden integrarse en el cromosoma bacteriano e incluso
transferirse por conjugación a otras bacterias. Entre sus funciones está la resistencia a
antibióticos ,metales pesados ,toxinas etc.
La reproducción en bacterias se realiza de forma asexual por duplicación del material
genético y ocasionalmente se pueden dar mecanismos de intercambios de material
genético con otras bacterias ( r.sexua1) por tres mecanismos : transformación ,
transducción y conjugación .
Elementos facultativos
Cápsula
Capa mucosa presente en algunas bacterias tanto gran positivas como gran negativas ,
constituida por polímeros sintetizados por la propia bacteria y que se depositan por
fuera de la pared celular ,pegada a esta.
Microbiología
Puede ser de naturaleza polisacm'dica ( Ej K.pneumoniae ,S.pneum0nia.e y H
influenzae ) ó proteica ( Ej gen Bacillus )
Funciones
- Protección fiente a la fagocitosis ,luego es un factor de virulencia
- Capacidad antigénica
- Protección fiente a fagos y antibióticos
Glicocálix
Homopolisacárido sintetizado por algunas bacterias y en posición extracelular ,formado
por un entramado de fibras polisacarídicas que facilitan la adherencia a superficies .Ej
Streptococcus mutans ,productor de la caries dental
Funciones
- Adherencia a superficies
. Intervención en la respuesta inmune
- Disminución de la eficacia de loa antibióticos
Flagelos
Son apéndices filamentosos y largos que nacen de la membrana celular y están
constituidos por una proteina contráctil antigénica ( antígeno H ) .Constituyen el
órganos de locomoción y su presencia es mucho más frecuente en los bacilos que en los
COCOS.
Dependiendo del node flagelos y de su disposición ,las bacterias se clasifican en
- Monotricas
Lofotricas
- Peritricas
Fimbrias 6 pili
Apéndices de naturaleza proteica que poseen algunas bacterias . Son más cortos y
numerosos y se disponen por toda la superficie bacterina.
Su función es la adherncia a superificies ( sobre todo epitelio vías urinarias )
Existe una subclase de ñmbrias ( pili ) que son más largas y poco numerosas ,cuya
función es la intervenvión en la conjugación bacteriana.
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Endosporas
Son estructuras presentes en algunas especies bacterianas exclusivamente bacilares.
Pueden estar en el interior de la bacteria (endosporas ) o permanecer libres ,y estas
últimas constituyen la forma de resistencia de las bacterias . Las formas libres aparecen
en los cultivos viejos como consecuencia de la desintegración de las bacterias.
Esponilación es el paso de una bacteria en forma vegetativa a su forma esponilada y
gerrninación es el fenómeno inverso.
La localización de la endospora dentro de la bacteria y su tamaño se utiliza como
característica para la identificación .La espora puede ser central ,terminal ( en un
extremo ) ó subterminal ( próxima a un extremo )
Para la clasificación de bacterias con esporas utilizamos:
Localización: Central, Terminal ó Subterminal
Deformación o no del soma bacteriano (depende del tamaño )
Las esporas no se tiñen con los colorantes habituales ,necesitan técnicas de tinción
especiales.
NUTRICIÓN , METABOLISMO Y CRECIMIENTO BACTERIANO
Para que una bacteria pueda vivir y reproducirse necesita unos nutrientes esenciales
que le proporciones energía y materia prima para elaborar nuevos componentes
celulares ,otros nutrientes específicos y unas condiciones físico-químicas adecuadas
1.1 Nutrientes esenciales :
Los microorganismos necesitan de ciertos elementos en grandes cantidades ,estos son :
-Agua
-Sales minerales ( fosfatos ,sulfatos ,calcio ,sodio y cloro ). Sirven para mantener el
equilibrio iónico ,como elementos metabólicos de grupos enzimáticos ,pigmentos etc.
- Algunas necesitan oligoelementos en cantidades mínimas : manganeso ,cinc, cobre ,
cobalto ,niquel ,boro etc
- Carbohidratos :son los alimentos energéticos más importantes y pueden proceder de
diversas fuentes ( glucosa ,lactosa .... )
- Proteinas : pueden proceder del medio ( proteinas ,aminoácidos ,sales de amonio ,
nitratos ,nitritos ) ó indirectamente de reacciones de desaminación ó nitratoreducción.
- Los lípidos, también pueden ser utilizados como fuente de energía por algunas
bacterias .
1.2 Elementos específicos
Hay bacterias incapaces de sintetizar algunos metabolitos esenciales ,por lo que hay
que añadirlos al medio , se llaman también factores de crecimiento y son :
- Aminoácidos ,necesarios para sintetizar las proteinas
- Purinas y pirimidinas ,para la síntesis de ácidos nucleicos
- Vitaminas ,ya que forman parte de cofactores enzimáticos y en pequeñas cantidades
también para el crecimiento ( Ej vit K ... anaerobios )
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- Cofactores :factor X ( hemina ) y factor V ( NAD y NADP ,aceptores de electrones
en la cadena respiratoria ) .Son factores de la sangre esenciales para el crecimiento de
Haemophilus )
1.3 Condiciones fisico - químicas
Incluso cuando se hallan presentes todas las sustancias nutritivas requeridas ,el
crecimiento y desarrollo de los microorganismos depende de determinadas condiciones :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Concentración de iones hidrógeno ( pH )
Temperatura
Presión osmótica
Presencia de oxígeno
Presencia de CO 2
Humedad y desecación
Luz y otras radiaciones
1.3.1 Concentración de hidrógeno ( pH )
El pH óptimo de las bacterias patógenas se encuentra entre 6,5- 7,5 ,aunque existen
excepciones ( Lactobacillus se desarrolla en pHs bajos ,es acidófila y Vibrio cholerae
tolera los pHs alcalinos ) .Para mantener el pH es necesario añadir a los medios de
cultivo soluciones tampón .
1.3.2. Temperatura
Para cada bacteria hay una temperatura óptima de crecimiento ,que puede variar entre
unos límites máximos y mínimos
La mayoría de las bacterias que viven en el hombre produciendo enfermedad o no ,
tienen como temperatura óptima, la del cuerpo humano ( 37 O )
Las bacterias se clasifican en función de la temperatura en :
- Psicrófilas :crecen entre O y 20 O C ,con un óptimo en 15 "C. Suelen
contaminar los alimentos ,la sangre refkigerada y las aguas Mas de
manantiales o lagos.
- Mesófilas :las que se desarrollan entre 20 y 45 O C . A este grupo pertenecen
la mayoría de las bacterias patógenai ,cuya temperatura óptima de
crecimiento está en 37 O C
- Termóñlas :tienen una temperatura óptima por encima de los 45 OC . Son las
que forman la mayor parte de los suelos calientes y fuentes termales .
.
1.3.3. Presión osmótica
Como resultado de la presencia de membrana plasmáli~,las bacterias ,igual que otras
células están sujetas a los fenómenos osmóticos.
La mayoría de las bacterias crecen con concentraciones de sal del 0,l al 1 % ,y su
exposición a altas concentraciones salinas puede producir plasmólisis .Existen bacterias
denominadas halóñlas ,que pueden crecer a más altas concentraciones ,pero la mayoría
no son patógenas.
1.3.4. Presencia de oxígeno
Según las necesidades de oxígeno de las bacterias se clasifican en :
Aerobias estrictas ,necesitan oxígeno como aceptor ñnal de electrones.
Anaerobias estrictas ,no crecen en presencia de oxígeno
Anaerobias facultativas ,crecen en presencia 6 ausencia de oxígeno.
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.
Microaerofilicas necesitan para su crecimiento de concentraciones de oxígeno muy
pequeñas .
1.3.5. Presencia de CO 2
Todas las bacterias requieren la presencia de pequeñas cantidades de dióxido de carbono
para su crecimiento ,que normalmente proviene de la atmósfera ó de su propio
metabolismo ,pero existen algunas bacterias que requieren concentraciones de Coz del
5 - 10 % ,por lo que se debe suministrar a los medios de cultivo ( Ej Haemphilus ,
Neisseria )
1.3.6. Influencia de la humedad y la desecación
Las bacterias están constituidas por una elevada proporción de agua ( 80 % ) y precisan
además de un ambiente húmedo para su crecimiento. Algunas bacterias son
extremadamente sensibles a la desecación ( Ej Neisseria ,Treponema. ) ,otras en
cambio pueden sobrevivir a la desecación ( Ej Bacilllus antracis puede vivir de 5- 6
años en el suelo ) .
13.6 Influencia de la luz y las radiaciones
La oscuridad proporciona condiciones favorables de crecimiento . Por el contrario los
rayos ultravioleta destruyen los microorganismos ,lo mismos ocurre con las radiaciones
ionizantes.
2. METABOLISMO
Es el conjunto de reacciones químicas que se producen en las células vivas . Las
reacciones metabólicas se dividen en
CATABOLISMO :descomposición de sustancias nutritivas en compuestos más
sencillos con liberación de energía, que las bacterias utilizan para su biosíntesis .
La mayoría de las bacterias son heterótrofas ,obtienen la energía por descomposición
de compuestos orgánicos ,mediante una serie de reacciones enzimárticas .
En cuanto a la forma de descomponer los compuestos orgánicos ,se produce una
oxidación de las sustancias orgánicas con liberación de energía ( ATP ).
Este mecanismo se puede producir a través de dos vías:
- Fosforilación oxidativa :respiración
- Fosforilación a nivel de sustrato : fermentación
En ambos procesos se llevan a cabo oxidaciones con liberación de electrones e
hidrógeno y se diferencian en :
Respiración :Es un proceso en el que se produce la oxidación de un compuesto
orgánico con liberación de electrones e hidrógeno capaces de reducir un aceptor final .
Cuando el aceptor final es el oxígeno, el proceso se denomina respiración aerobia, y
cuando es otro compuesto distinto al oxígeno : rapiración anaerobia.
Fermentación :puede ser definida como un proceso de oxidación que comporta la
oxidación de un compuesto orgánico ,en ausencia de oxígeno ,con liberación de
electrones e hidrógeno ,capaces de reducir una molécula orgánica . Por ello ,en este
proceso de óxido reducción tanto el dador como el aceptor de electrones son un
compuesto orgánico .
Muchos de los microorganismos que realizan proceso fermentativos son anaerobios
obligados y otros son anaerobios facultativos
Según los productos ácidos liberados podemos distinguir distintos tipos de
fermentaciones :
Fermentación alcohólica : se produce etanol como consecuencia de la fermentación por
rnicroorgauismo como algunas levaduras
Fermentación láctica : se produce ácido láctico .Ej lactobacillus
Fermentación propiónica : se produce ácido propiónico. Ej clostndium
ANABOLISMO : conjunto de reacciones químicas que tienen por objeto la síntesis de
materiales constitutivos de la célula bacteriana .
Productos resultantes de los procesos anabólicos:
- Sustancias solubles específicas como polisacáridos capsulares
- Toxinas : C1 tetani, C. Diphteriae
- Exotoxinas
- Antibióticos
- Vitaminas :complejo B ( Enterobacterias )
- Pigmentos......
3.CRECIMIENTO BACTERIANO
El crecimiento de una bacteria se define como el aumento de sus componentes celulares
que puede tener como resultado ,un incremento de su tamaño ó del número de su
población ó de ambos .
El análisis del crecimiento bacteriano puede realizarse mediante estudio cuantitativo 6
cualitativo.
Estudio cuantitativo :el crecimiento de una población de bacterias ( originada de una
sola bacteria ) ,se estudia amiizando la curva de crecimiento de un cultivo bacteriano
en al laboratorio .La curva resultante nos analiza el crecimiento bacteriano sobre un
medio de cultivo líquido en función del tiempo :
Microbiología
Este ciclo tiene una morfología y una división de células asincrónica. Se divide en
cuatro fases:
e
Fase de Latencia: Es la fase de adaptación al medio, existe aumento de la masa
celular pero no hay aumento en el número de células.
e
Fase de Crecimiento Exponencial: Es la fase donde se produce un incremento
exponencial del número de rnicroorganismos.
Fase Estacionaria: Es la fase a la que se llega cuando se ha agotado la fuente de
energía.
e
Fase de Muerte: Es la fase que se caracteriza por una disminución exponencial
del número de microorganismos.
La fase de latencia puede ser inducida por un rápido cambio en las condiciones del
cultivo. En un medio fresco, el largo de la fase de latencia va a depender del tamaño del
inóculo, de la edad del inóculo, y de los cambios en la composición y concentración de
los nutrientes que experimenten las células.
Un pequeño volumen de inóculo transferido a un gran volumen de medio fresco va a
producir una salida por difusión de iones, vitaminas y cofactores que son indispensables
para la actividad de muchas enzimas intracelulares. Si las células provenientes de un
medio rico son inoculadas en un medio mínimo, el tiempo de latencia puede estar
afectado por el tamaño del inóculo como un resultado de los nutrientes remanentes del
medio original.
La edad del inóculo va a influir en el tiempo de latencia en el medio fresco debido a la
acumulación de materiales tóxicos y a la falta de nutrientes esenciales dentro de la
célula durante el crecimiento anterior.
En general, inóculos viejos alargan la fase de latencia.
Cambios en la composición y concentración de nutrientes entre el cultivo del inóculo y
el medio fresco pueden desencadenar el control y la regulación de la actividad
enzimática dentro de las células o la diferenciación morfológica, como la formación de
esporas. Si las células son transferidas de un medio simple a un medio rico, se van a
necesitar más tiempo y nutrientes para incrementar la concentración de enzirnas
necesarias para el metabolismo
Para conocer el número de bacterias presentes en cada momento existen varios métodos
siendo el más utilizado la turbidimetría : que mide la cantidad de luz transmitida por la
suspensión en la que se encuentran las bacterias . La medida se realiza en el
espectrofotómetro .
Utilidad de la curva de crecimiento bacteriano : conociendo la absorbancia de una
cultivo liquido bacteriano podemos saber cúal es el número de bacterias en el mismo
y también podemos calcular el tiempo de tiempo de duplicación ( o tiempo de
generación ) de esa bacteria concreta ,que es el tiempo que tarda una población
bacteriana en duplicarse .Por ej para Proteus a 37 O y medio de cultivo apropiado sería
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de 17 min ;en Staphylococcus aureus , 3 0 min .;para Mycobacterium tuberculosis es de
varias horas...
Estudio cualitativo ( se verá en las prácticas más adelante )
Prácticamente todas las bacterias ( excepto M-leprae ,Treponema pallidum ,rickettsias ,
Treponema pallidum ...) pueden crecer sobre los medios de cultivo artificiales ,líquidos
y sólidos .
El resultado del crecimiento en medios líquidos da lugar en general a un enturbiamiento
visible . Mientras que el crecimiento sobre la superficie de los medios sólidos da lugar a
la formación de colonias : masa constituida por millones de bacteria que se aprecia a
simple vista . El tamaño ,la forma y el aspecto de esa colonias es bastante constante
para las distintas bacterias de ahí que pueda utilizarse como punto de partida para
comenzar la identificación bacteriana.