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Clasificación de las Bacterias
Estructura, Genética y Metabolismo
M. Paz
UMG-2013
Importancia de las Bacterias
– Los microorganismos colonizan
todos los ambientes sobre la
tierra.
– >80% de la historia de la vida fue
bacteriana
– Cada ser humano pose más
células bacterianas que células
humanas
– Los microorganismos juegan un
papel clave en la biósfera
– Los microorganismos patógenos
globalmente son la causa más
importante de enfermedad y
muerte en el ser humano.
Importancia de la Infección
• Papel decisivo en la historia
• Causa principal de muerte en el mundo
• Preocupación pública
–
–
–
–
Meningitis, Intoxicación alimenticia
Enf. de las vacas locas
Brotes epidémicos
Infecciones emergentes y re-emergentes
• Infección hospitalaria (nosocomial)
– Resistencia a los antimicrobianos
Tamaño
Célula animal
Células Bacterianas
1 micra
10 micras
Célula bacteriana
Metabolismo bacteriano
Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que tiene
lugar en la célula.
Tres funciones específicas:
- obtener energía química del entorno, almacenarla, para
utilizar luego en diferentes funciones celulares,
- convertir los nutrientes exógenos en unidades
precursoras de los componentes macromoleculares de
la célula bacteriana,
- formar y degradar moléculas necesarias para funciones
celulares específicas, como por ejemplo, movilidad y
captación de nutrientes.
Metabolismo bacteriano
Secuencias de reacciones catalizadas
enzimáticamente, y se divide en anabolismo y
catabolismo.
Anabolismo: proceso por el cual la célula
bacteriana sintetiza sus propios componentes,
también se denomina biosíntesis.
Catabolismo: conjunto de reacciones
degradativas de los nutrientes para obtener
energía o para convertirlos en unidades
precursoras de biosíntesis.
Metabolismo bacteriano
• La energía es obtenida de reacciones de oxidoreducción
– Transferencia de electrones o de átomos
enteros de hidrógeno, por lo que se conocen
también con el nombre de reacciones de
deshidrogenación.
• En las bacterias de interés médico los sistemas
de oxido-reducción que transforman la energía
química de los nutrientes en una forma
biológicamente útil, incluyen la fermentación y
la respiración.
Aerobiosis vs anaerobiosis
• Aerobios obligados
– Deben vivir en ambientes donde el oxígeno está
presente
• Anaerobios obligados
– Deben vivir donde no hay oxígeno.
– Obtienen su energía por procesos de
fermentación.
• Anaerobios facultativos
– Pueden vivir con o sin oxígeno
Nutrición Bacteriana
Desde el punto de vista biosintetico:
• Litotrofas: que sólo requieren sustancias
inorgánicas sencillas (SH2 S0, NH3, NO2-, Fe, etc.)
• Organotrofas: requieren compuestos orgánicos
(hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos,
proteínas, alcoholes...).
• Autotrofas: crecen sintetizando sus materiales a
partir de sustancias inorgánicas sencillas. El
concepto de autotrofía se limita a la capacidad de
utilizar una fuente inorgánica de carbono (CO2).
• Heterotrofas: su fuente de carbono es orgánica (si
bien otros elementos distintos del C pueden ser
captados en forma inorgánica).
Nutrición Bacteriana
Fotoautótrofos:
utilizan la energía solar y producen azúcares.
Quimoautótrofos:
necesitan sólo dióxido de carbono para obtener
energía de elementos inorgánicos.
Fotoheterótrofos:
son únicos y necesitan la luz solar para producir
energía, a partir de compuestos orgánicos.
Quimoheterótrofos:
utilizan moléculas orgánicas para producir su energía
necesaria.
Nutrientes
• Agua
• CO2
– Como fuente de carbono para reducirlo (f.a) u
oxidarlo (q.a.l.)
– Como aceptor de electrones (metanogénicas)
– Reacciones de carboxilación
• Macronutrientes
– C, H, O, N, P, S, K, Mg (reacciones enzimáticas)
• Micronutrientes o elementos traza
– Co, Cu, Zn, Mo
Reproducción bacteriana
• Fisión binaria
• Formación de nuevo ADN casi continuamente
• Intercambio genético:
– Transformación
• Genes tomados del ambiente que les rodea
– Conjugación
• Genes transferidos de célula a célula (pili)
– Transducción
• Genes transferidos por virus (fagos)
Crecimiento Bacteriano
• Atmósfera:
– Aeróbica, anaeróbica o microaerofílica
– Anaerobios facultativos u obligados
• Temperatura:
– 37 grados C usualmente
• Tiempo de incubación:
– La mayoría de bacterias clínicamente importantes crece en
24-48 horas
– Excepciones: las micobacterias necesitan meses para
crecer y otras bacterias no pueden ser cultivadas.
Crecimiento bacteriano
• Cuando existen buenas condiciones de
crecimiento, una bacteria crece ligeramente
en tamaño o en longitud.
• Una nueva pared celular se forma por el
centro formando dos células hijas,
conteniendo cada una, el mismo material
genético que la célula madre.
• Si el ambiente es óptimo, las dos células
hijas pueden dividirse en cuatro en 20
minutos.
Fases del Crecimiento bacteriano
• Fase LAG: El crecimiento es lento al principio,
mientras las bacterias se adaptan a los nutrientes que
están en su nuevo ambiente.
• Fase LOG: Una vez la maquinaria metabólica se ha
disparado, las bacterias se multiplican
exponencialmente, doblando su número cada pocos
minutos.
• Fase ESTACIONARIA: Al haber más y más m.o.
compitiendo por el alimento y los nutrientes, el
crecimiento acelerado se detiene y el número de
bacterias se estabiliza.
• Fase de MUERTE: Se forman productos tóxicos de
desecho, la comida se agota y las bacterias
comienzan a morir.
Crecimiento bacteriano
Genética bacteriana
• Los genes de las bacterias están contenidas
en el “cromosoma” bacteriano, que es
usualmente haploide, circular.
• También posee segmentos circulares de ADN
llamados plásmidos
• Los genes que codifican la replicación
bacteriana se denominan “replicones”.
• Los genes que definen los determinantes de
patogenia se denominan “islas de
patogenicidad”
Islas de patogenicidad
• Segmentos de genes bastante grandes
1. Tienen un contenido diferente de G+C del
resto de genoma
2. Tienen relación estrecha con los genes
de ARNt
3. Están rodeados de repeticiones directas
4. Codifican elementos patogénicos como:
adhesinas, invasinas y exotoxinas, así
como las que participan en su movilidad.
• Existen segmentos llamados transposones
que contienen varios genes y suelen causar
las “mutaciones de inserción” que son
cambios en la secuencia del ADN,
cambiando un gen de un locus a otro.
• A diferencia de los plásmidos, los
transposones no incluyen información de su
propia replicación.
Procedimiento de la coloración
de Gram
Desarrollada en 1884 por el
médico danés Hans Christian
Gram
Ha sido una herramienta
importante en la taxonomía
bacteriana
Puede aplicarse a cultivos puros de
bacterias, o a muestras clínicas.
Tinción de Gram
Lugol
Cristal
violeta
Decoloración con
Alcohol-acetona
Gram-positivos
púrpura
Contraste
e.g. safranina
Gram-negativos
Rojo o rosado
Cocos Gram-positivo
Cocos Gram-negativo
Bacilos Gram-positivo
Bacilos Gram-negativo
Cocos Gram-positivo
Anaeróbicos
Bacilos Gram-positivo
Anaeróbicos
Gram-positive
cocci
Cocos Gram-negativo
Anaeróbicos
Bacilos Gram-negativo
Anaeróbicos
Bacilos Gram-Negativo
• Bacterias Entéricas
–
–
–
–
–
–
–
–
E. coli
Salmonella
Shigella
Yersinia
Pseudomonas
Proteus
Vibrio cholerae
Klebsiella pneumoniae
Bacilos Gram-Negativo
• BGN fastidiosos
–
–
–
–
–
Bordetella pertussis
Haemophilus influenzae
Campylobacter jejuni
Helicobacter pylori
Legionella pneumophila
• BGN Anaeróbicos
– Bacteroides fragilis
– Fusobacterium
Cocos Gram-Negativo
• Neisseria gonorrhoeae
– GONOCOCO
• Neisseria meningitidis
– MENINGOCOCO
• Ambos son diplococos
Gram-negativo
intracelulares
Cocos Gram-positivo
• Estafilococos
– Catalasa-positiva
– Cocos Gram-positive en
racimos
• Staphylococcus aureus
– coagulasa-positiva
• Staph. epidermidis
– Y otros estafilococos
coagulasa negativo.
Cocos Gram-Positivo
• Estreptococos
– Catalasa-negative
– Cocos Gram-positivo
cocci en cadenas y
parejas.
•
•
•
•
Strep. pyogenes
Strep. pneumoniae
Viridans-type streps
Enterococcus faecalis
Bacilos Gram-Positivo
• Clostridios
–
–
–
–
–
Anaerobios
C.perfringens
C. tetani
C. botulinum
C. difficile
• Bacillus cereus
– Aerobio
• Listeria monocytogenes
– Anaerobio faculativo
Bacterias que no se tiñen con Gram
• Ocasionalmente son Gram-positivo
• Espiroquetas
• Bacterias intracelulares obligadas
Gram-positivo: (inusuales)
• Micoplasmas
– Organismos más
pequeños de vida libre
– No hay pared celular
– M. pneumonia, M.
genitalium
• Micobacterias
– Bacilos alcohol-ácido
resistentes, se tiñen con
Ziehl-Neelsen
– M. tuberculosis
– M. leprae
– M. avium
Espiroquetas
• Bacterias en espiral
delgadas
• Observables por
microscopía de
contraste de fases o
por coloración de
plata
– Treponema pallidum
– Borrelia burgdorferi
– Leptospira
Bacterias intracelulares obligadas
• Rickettsia
• Coxiella burneti
• Chlamydias
– C. trachomatis
– C. pneumoniae
– C. psittaci
Medios de Cultivo
• solución acuosa (líquida o incorporada a un
coloide en estado de gel) en la que están
presentes todas las sustancias necesarias
para el crecimiento de determinado(s)
microorganismo(s).
• Los medios de cultivo se pueden clasificar,
en primera instancia, en tres grandes tipos:
– Complejos o indefindos
– Sintéticos o definidos
– Semisintéticos
Medios de Cultivo: complejos
• Se desconoce su composición química exacta, ya
que son producto de realizar infusiones y
extractos de materiales naturales complejos.
• Ejemplos:
–
–
–
–
Digeridos crudos de extracto de carne
Digeridos de extracto de levadura
Digeridos de peptona de carne o de soya
Digeridos de caseína (de la leche).
• Con ellos se logra un tipo de medio rico
nutricionalmente, aunque indefinido
químicamente.
• Ideales para obtener un buen crecimiento
bacteriano.
• Sin embargo, con ellos no podemos tener un
control nutricional preciso.
Medios de Cultivo: sintéticos
• Se obtienen disolviendo en agua destilada
cantidades concretas de distintas
sustancias químicas puras, orgánicas y/o
inorgánicas.
• La composición concreta de un medio
sintético dependerá de la bacteria que
queramos cultivar
• Un medio definido para una bacteria con
grandes capacidades biosintéticas será
más sencillo que el medio definido de otra
bacteria con menores posibilidades
biosintéticas.
Medios de Cultivo: sintéticos
• Se obtienen disolviendo en agua destilada
cantidades concretas de distintas
sustancias químicas puras, orgánicas y/o
inorgánicas.
• La composición concreta de un medio
sintético dependerá de la bacteria que
queramos cultivar
• Un medio definido para una bacteria con
grandes capacidades biosintéticas será
más sencillo que el medio definido de otra
bacteria con menores posibilidades
biosintéticas.
Medios de Cultivo: semisintéticos
• "mezcla" de los anteriores
• llevan algunas sustancias químicas cuya
naturaleza y cantidad conocemos, junto
con sustancias de naturaleza y
composición indefinidas.
Tipos de Medios de Cultivo
• Líquidos
• Sólidos
– Origen líquido y
se agrega un
coloide
– Gelatina
– Agar-agar: más
utilizado
– Sílica gel
• Selectivos
– permiten seleccionar un tipo
(o unos pocos tipos) de
microorganismos. S
– Inhiben el crecimiento de
ciertas bacterias, pero
permiten el crecimiento de
otras.
• Diferenciales
– permiten distinguir a simple
vista dos o más tipos de
bacterias en función de su
distinto comportamiento
respecto de algún nutriente
del medio.