Download Guía de Microorganismos 4º Medio 2012

GUIA DE ESTUDIO MICROORGANISMOS Y SISTEMAS DE DEFENSA
MICROORGANISMO
Cualquier organismo vivo demasiado pequeño para ser observado a simple vista, como las bacterias, los
protozoos, las algas unicelulares y numerosas especies de hongos. Los virus no son considerados microbios dado
que no son un ente vivo, sino una estructura compleja que contiene material genético, pero que no es capaz de
llevar a cabo aquellas actividades de un ser vivo por si solo.
Los microorganismos están representados cuatro grupos de seres vivos, bacterias, protozoos, hogos, algas y “los
virus”, cuyas principales características se presentan en esta tabla.
GRUPO
TAMAÑO
ORGANIZACIÓN NUTRICIÓN
MEDIO
REINO
VIRUS
0,1µm
Acelular
Parásitos
obligados
VIRUS
BACTERIAS
10µm
Procariota
Todos los tipos
MONERAS
Heterótrofos
PROTOCTISTAS
Autótrofos
PROTOCTISTAS
Heterótrofos
HONGOS
PROTOZOOS
>250µm
Eucariota
ALGAS
HONGOS
Este pequeño tamaño proporciona a los microorganismos diversas ventajas como:
Rápido intercambio de sustancias con el medio externo, dado que la disminución del tamaño celular supone un
aumento en la relación superficie volumen.
Metabolismo muy rápido pues los compartimentos celulares están muy próximos a los metabolitos y nutrientes.
Por ello pueden alterar rápidamente el medio en que viven, agotando los nutrientes e inundándolo de residuos.
Las toxinas son productos metabólicos de algunos microorganismos que utilizan como arma de ataque-defensa
ante los competidores. Excepto los virus que carecen de metabolismo propio, por tanto se apoyan de la
célula huésped para su reproducción.
Rápida multiplicación, basada en su eficaz metabolismo.
Esto tiene aspectos positivos que utiliza la microbiología industrial en la fabricación de antibióticos,
fermentaciones etc., y aspectos negativos, especialmente su capacidad invasora, siendo muchos de ellos seres
patógenos.
Pueden adaptarse a todo tipo de condiciones ambientales, por extremas que sean, formando según.
L. Margulis, una capa continúa sobre la Tierra conocida como microcosmos. Por esta capacidad de adaptación y
rápido metabolismo los microorganismos desempeñan papeles básicos de los ciclos biogeoquímicos.
BACTERIAS
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Las bacterias son un grupo importante de microorganismos que viven en el suelo, el agua, las plantas, la
materia orgánica y el cuerpo de animales o seres humanos.
Son microscópicas y en su mayor parte unicelulares, con una estructura celular relativamente sencilla.
Han acompañado al ser humano desde siempre y es muy probable que sigan haciéndolo por miles de años
más.
La gran mayoría de las bacterias no son peligrosas, muchas de ellas son beneficiosas, ya que conviven con
nosotros y nos ayudan a llevar a cabo procesos biológicos.
Aquellas que producen daño suelen ser muy catastróficas, como la de la tuberculosis, enfermedad que en
épocas pasadas mató a miles de seres humano. Muchas intoxicaciones alimentarias se deben a la presencia
de bacterias en los alimentos.
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A) Morfología y estructura bacteriana
Tienen un tamaño comprendido entre 1 y 10µ.y unas formas que se conocen como cocos (esféricas), bacilos
(cilíndricas), vibrios (curvadas) espirilos (alargados y retorcidos), pudiendo agruparse en colonias de forma
específica.
Desde el exterior al interior nos encontramos con las siguientes estructuras:
a) Cápsula: (puede faltar, algunas bacterias tienen cápsula gelatinosa y pegajosa que rodea la pared celular)
Zona viscosa, 100-400 de grosor, sin estructura definida. Formada por mezcla de azucares simples, confiere a
la bacteria resistencia a la desecación y al ataque por células fagocíticas (lo que dificulta la fagocitosis por los
glóbulos blancos), pudiendo servir también como elemento de fijación al sustrato. Y protección ante las
condiciones adversas.
b) Pared Celular bacteriana: Cubierta rígida, de 50-100 que da forma a la bacteria y resistencia a las fuertes
presiones osmóticas de su interior. Está compuesta por peptidoglucanos, constituido por los aminoácidos,
aminoazúcares, azúcares y grasas. Estas sustancias enlazadas, crean el polímero complejo que constituye la
pared bacteriana, la cual es la responsable de las distintas formas que adoptan las bacterias.
El peptidoglucano forma un entramado rígido externo. Según la composición de esta pared las bacterias se
dividen en Gram positivas (paredes anchas, con numerosas capas de peptidoglucanos reforzadas con ácido
teicoico) y Gram negativas (más estrecha y compleja, con una capa de peptidoglucano interna y una membrana
lipídica externa, permeable gracias a los canales de porina).
c) Membrana plasmática. Es semejante a la membrana de las células eucariotas, salvo por su composición
química, al carecer de esteroides, frecuentes en las células superiores. Regula el intercambio de sustancias con el
medio y tiene adosados a su cara interna los complejos enzimáticos que realizan funciones vitales como la
respiración celular, la duplicación del ADN y la fotosíntesis y fijación del nitrógeno en las bacterias que tienen
estas capacidades. Por ello la membrana es una zona de gran actividad. Presentando invaginaciones denominadas
mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en la síntesis de ATP, y pigmentos fotosintéticos, en
el caso de bacterias fotosintéticas.
d) Citosol: semejante a cualquier célula, con las singularidades siguientes propias de las células procariotas:
• Sus únicos orgánulos son los ribosomas (70s), más pequeños que los eucariotas (80s).
• Abundan las inclusiones de diversa naturaleza química, ya sea sustancias de reserva o residuos de su
metabolismo.
• Presencia de vesículas gaseosas para controlar su flotabilidad, en las bacterias acuáticas.
•Cromosoma bacteriano. Es una única molécula de ADN circular de doble cadena, enrollada y asociada con
pocas proteínas, no histónicas, localizado en una zona menos densa llamada nucleoide. Puede haber una o varias
moléculas de ADN libres, conocidas como plásmidos, que pueden unirse temporalmente al cromosoma
bacteriano, en ese caso se llaman episomas.
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Estructuras de la superficie.
e) Flagelos: Más sencillos que los eucariotas, carecen de membrana y están formados por una proteína fibrilar la
flagelina, trenzada helicoidalmente como una soga, que se ancla mediante discos a la membrana, teniendo
movimiento rotatorio. Su presencia, número y distribución es un rasgo identificativo de las especies bacterianas.
f) Pilo (pelos) o Fimbrias o pelos:Hay bacterias que se cubren a sí mismas con una pelusa semejante al pelo,
conocido como pili, que está formado por proteínas huecas, más finas que los flagelos y utilizados para unirse al
sustrato o para la conjugación (transmisión de genes entre bacterias), como también por lo general sirve para
adherir las bacterias con otras células. En las bacterias infecciosas, el pili les permite adherirse a las membranas
de las células que infectan, aumentando su poder de infección.
B) Identificación de Bacterias por Tinción Gram
La tinción Gram es uno de los métodos más importantes de su tipo en el laboratorio bacteriológico. Desarrollada
en 1884 por el bacteriólogo danés Christian Gram.
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La importancia de la Tinción Gram es poder identificar aquellas bacterias que resultan peligrosas y aquellas
que son benéficas para el ser humano.
Las bacterias pueden dividirse en dos grupos: grampositivas y gramnegativas, la que se tiñen de forma
distinta debido a diferencias en la estructura de sus paredes celulares.
La pared celular contiene un material llamado peptidoglucano, que es propio de las bacterias. Es una
estructura fuerte que ha evolucionado para contrarrestar la gran presión osmótica que se genera en el
citoplasma por el alto contenido de solutos. Por lo tanto, la función de la pared celular es prevenir la lisis
(ruptura) de la bacteria. Además, la pared celular es la responsable de la forma de la bacteria.
Las grampositivas se tiñen de color púrpura (retienen la tinción violeta), mientras que las gramnegativas,
de rosa (no la retienen).
a) Grampositivas: su pared celular contiene menos aminoácidos, son muy gruesas y contienen sobre todo
peptidoglucano.
b) Gramnegativas: su pared celular comprenden una membrana externa adicional que se parece a una
membrana plasmática (cápsula). En algunas ocasiones, esta membrana externa es tóxica para los mamíferos. El
contenido graso es mucho más elevado.
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La secuencia de la tinción es la siguiente:
1) El frotis (material biológico extendido sobre un portaobjetos) fijado con calor se tiñe 1 minuto con violeta
cristal ( o violeta de cresilo); se lava con agua.
2) Se cubre con solución yodada durante 1 minuto y se lava de nuevo con agua.
3) Se decolora con una mezcla de alcohol etílico/acetona.
4) Se escurre y cubre con safranina (color de contraste) durante 20 segundos.
5) Se lava y seca la muestra.
C) Fisiología de las Bacterias.
Funciones de relación. Muchas bacterias tienen movilidad, ya sea por flagelos, contracción o reptación,
acercándose o alejándose de los estímulos ambientales. Pueden responder también modificando su metabolismo
adaptándolo a las condiciones concretas. Si el ambiente es desfavorable originan formas de resistencia conocidas
como endosporas, formas de vida latente protegidas por una gruesa membrana, capaces de resistir condiciones
extremas. Cuando el ambiente es favorable, germinan y originan bacterias funcionales.
Funciones de nutrición. El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. Todos
los mecanismos posibles de obtención de materia y energía los presentan las bacterias, incluso algunas pueden
cambiar de metabolismo en función de los nutrientes que encuentran en el medio. Estos microorganismos
pueden ser:
1. Quimioautótrofas: utilizan compuestos inorgánicos reducidos como fuente de energía y el CO2 como
fuente de carbono.
2. Fotoautótrofas: utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono.
3. Fotoheterótrofas: utilizan la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuentes de
carbono.
4. Quimioheterótrofas: utilizan un compuesto orgánico como fuente de carbono y, a su vez, este mismo
compuesto es la fuente de energía. La mayor parte de las bacterias cultivadas en laboratorios y las
bacterias patógenas son de este grupo.
Funciones de reproducción. En medios adecuados las bacterias se reproducen asexualmente, originando en
unos veinte minutos dos células iguales y en poco tiempo grandes cantidades de individuos idénticos o clones.
Es por ello quelas bacterias se caracterizan:
- Presentan una reproducción de gran rapidez.
- Usualmente lo hacen dividiéndose simplemente en dos (por fisión binaria), si las condiciones son adecuadas,
una bacteria puede llegar a producir otros mil millones en tan sólo 10 horas.
- El crecimiento poblacional de bacterias en cultivo, se caracteriza por el enorme número de individuos que se
logra reproducir en corto tiempo, la rápida multiplicación bacteriana tiene serias implicaciones en salud y
experimentación genética.
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Las etapas de la división celular en bacterias y las
fases del crecimiento bacteriano en cultivo son:
1.-Duplicación del material genético.
2.- División: la pared celular y la membrana
comienzan a formar una hendidura transversal
3.- La hendidura transversal se completa
4.- Separación de las células hijas
Las bacterias se dividen a su máxima velocidad, en intervalos regulares (tiempo de generación). El tiempo
de generación para la mayoría de las bacterias es generalmente menor que una hora. La población de
organismos se duplica en cada tiempo de generación. Por ejemplo, un cultivo que contiene 1.000
bacterias/ml y con un tiempo de generación de alrededor de 20 min., alcanza 4.000 bacterias/ml en los
primeros 40 min., 8.000 después de 1 hora, 64.000 a las dos horas y 512.000 a las tres horas. Esta forma de
crecimiento es conocida como exponencial o logarítmica.
En un tubo de ensayo, los organismos en crecimiento exponencial pueden mantener este ritmo de
crecimiento sólo por un limitado número de horas debido a que se acaban los nutrientes.
Por la rapidez de multiplicación las bacterias se prestan para la detección de agentes mutagénicos presentes
en alimentos y el ambiente.
Transferencia de Material Genético
La organización del material genético de la bacteria se encuentra en un cromosoma circular y en un
plasmidio.
En bacterias existen tres mecanismos de transferencia de genes, transformación, transducción y conjugación,
ninguno de los cuales involucra la reproducción sexual.
La importancia de la transferencia génica se debe a que aumenta enormemente la diversidad genética entre
organismos. Las mutaciones dan cuenta de cierta diversidad pero la mayor parte de la diversidad
Genética, proviene de la transferencia génica. Esa diversidad lleva a los cambios evolutivos. Los organismos
con genes que les permiten adaptarse a un ambiente determinado sobreviven y se reproducen mientras que
los que no tienen esos genes mueren. Si todos los organismos fueran genéticamente idénticos, todos
sobrevivirían y se reproducirían, o todos perecerían.
1) La transformación bacteriana es un proceso en el cual se produce un cambio en las características de los
organismos debido a transferencia génica. Fue descubierta en 1928 por Frederick Griffith mientras estudiaba
los efectos en ratones de la infección por una bacteria (Diplococcus pneumoniae) que produce neumonía en
humanos.
Experimento de Griffit
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Experiencia 1: al inyectar en ratones bacterias del tipo S
(virulenta), se produce la muerte de los animales por
neumonía. Un cultivo posterior detectaba la presencia de
bacterias S en el animal muerto.
Experiencia 2: la inyección de bacterias R no virulentas
no tenía efectos sobre los animales. Un cultivo de tejidos
del animal después de la inyección no detectaba la
presencia de bacterias de ninguna de las cepas.
Experiencia 3: al inyectar bacterias virulentas muertas
por calor, los ratones no desarrollaban la enfermedad. Un
cultivo de tejidos del animal no detectaba bacterias.
Experiencia 4: al inyectar a los ratones una mezcla de
bacterias no virulentas R y S virulentas muertas por calor,
los ratones desarrollan la enfermedad y mueren. En los
cultivos se observan bacterias de tipo S y R.
Las bacterias tienen mecanismos para incorporar DNA desde el medio ambiente, que en la naturaleza
proviene de bacterias destruidas. Esta propiedad se utiliza en el laboratorio para clonar genes que
previamente son introducidos en plasmidios.
2) En la conjugación, el material genético se transfiere de una bacteria a otra por un proceso que requiere el
contacto entre el donador y el aceptor y pueden pasar mayores cantidades de DNA, hasta un cromosoma
entero. Experimentos, uso de cepas mutantes de E. coli, que eran incapaces de sintetizar ciertas sustancias.
Se elige dos cepas con defectos en vías metabólicas distintas y las cultivó en medios de cultivo que carecían
de la sustancia importante para el crecimiento de cada cepa.
Las bacterias no crecieron. Pero se observa que al ponerlas juntas eran capaces de crecer en el medio que
carecía de los nutrientes. El fenómeno se explica por un traspaso de información genética de una cepa a otra,
que por esto adquiere la capacidad de sintetizar los nutrientes requeridos para su crecimiento.
Esta propiedad se transmite a las generaciones siguientes. El mecanismo involucra el paso de plasmidio de
una bacteria a otra por intermedio de un tubo que las interconecta. En los plasmidios se encuentran genes de
resistencia a antibióticos y de virulencia que pueden ser traspasados de una bacteria a otra.
3) La Transducción es la transferencia de un
fragmento genético de una célula a otra por un
virus. Esto es posible por medio de un
bacteriófago (un virus que infecta bacterias). El
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ADN viral entra en la célula bacteriana, el ADN
de la bacteria huésped se rompe y parte de los
fragmentos se incorpora accidentalmente a las
nuevas partículas virales formadas. Cuando se
libera la partícula viral que contiene ADN
bacteriano, puede infectar a otra célula bacteriana.
Así, el ADN introducido puede recombinarse con
el ADN de la nueva célula hospedadora.
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