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Clasificación de las Bacterias
Estructura, Genética y Metabolismo
M. Paz
UMG-2012
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
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.