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TEMA 10: Generalidades Bacterias I
Dr. Lizano
(Clasificación, morfología, tinciones gram, ácido resistencia)
Generalidades de Bacterias
“las bacterias son y siempre han sido las formas dominantes en la tierra”
La sección filogenética de los procatiotas:
Arqueabacterias: son las menos desarrolladas, para nosotros no tienen mucha
importancia a nivel del curso.
Bacteria: son las que vamos a estudiar y las que conocemos como tales. Hay gram
positivas, gram negativas, polibacterias. Por otro lado tenemos los protozoarios.
En cuanto a la morfología, el tamaño las bacterias va de 1 a 100 micras y solo es posible
observarla al microscopio, sin embargo son de mayor tamaño que los virus y otras
moléculas. Las formas son variadas, hay cocos que son ovaladas o esféricos, bacilos que
son cilíndricos o en forma de bastón y espirilos que son en forma espiral o helicoidal. La
gran mayoría de bacterias se presentan en forma de cocos o bacilos.
Figura 1. Comparación del tamaño entre distintos microorganismos observables en la
microscopia.
Cocos
Células casi esféricas. Pueden existir individualmente o asociados en agrupaciones
características que son útiles frecuentemente para identificar a las bacterias.
Agrupaciones de los cocos:
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•
Diplococos: los cocos se dividen en dos planos y permanecen unidos en parejas.
•
Estreptococos: se dividen en planos paralelos formando cadenas.
•
Tetracocos: se dividen en dos planos perpendiculares y forman unidades de cuatro
células. No son muy comunes
•
Sarcina: se dividen en tres planos perpendiculares dando agrupaciones cuboidales
•
Estafilococos: se dividen en tres planos irregulares formando racimos de cocos
(asemejan racimos de uvas)
Figura 2. Agrupación de cocos según número de planos en que se dividen
Bacilos
•
La otra forma más común bacteriana es el bastoncillo, denominado bacilo. Y la forma
más común de los bacilos son los cocobacilos que son formas cortas y anchas que
asemejan a cocos.
•
Los bacilos varían considerablemente entre la proporción de longitud y diámetro,
siendo los cocobacilos tan cortos y anchos que parecen cocos. La forma del extremo
del bacilo varía a menudo entre especies; puede ser plana, redondeada, en forma
de puro o bifurcada. Aunque muchos bacilos aparecen aislados, pueden permanecer
juntos después de dividirse, formando parejas (diplobacilo), tétradas (tetrabacilos) o
cadenas (estreptobacilo, en empalizada).
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Figura 3. Clasificación de bacilos según su forma característica.
Otras formas
Aparte de las formas que acabamos de ver las bacterias pueden adquirir una gran
variedad de formas, menos comunes
•
Vibrios: bacterias en forma de bastoncillos, curvados, con forma de coma o de
espiral incompleta
•
Actinomicetos: largos filamentos multinucleados característicos o hifas, pueden
ramificarse para constituir una red denominada micelio. Esto no es característico de
las bacterias, lo vemos más en los hongos.
•
•
Espirilos: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o hélices rígidos.
Espiroquetas: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o hélices
flexibles.
•
Con yema: de forma ovalada a pera que produce una yema al final de una larga
hifa.
Con pedúnculos: Forma bacilar que tiene prolongaciones en forma de rabillo o
chichón. Como rabo de cerdo, no es muy común.
•
•
Pleomórficas: Tienen formas variables, aunque generalmente
tienen forma bacilar. Los más comunes son los vibrios y espiroquetas.
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Figura 4. Formas menos comunes adoptadas por las bacterias.
Pared Celular
Figura 5. Pared celular bacteriana
Mediante tinciones e histoquímica es posible caracterizar a las bacterias, ya que por fuera
de la membrana celular se encuentra una pared celular rígida de péptidoglicano, que está
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presente en todas las bacterias excepto los micoplasmas. Esta propiedad hace que al
teñirse algunas bacterias, se tiñan distinto, o que al lavarse conserven cierta coloración o
no. La presencia de la pared protege a la bacteria de las diferencias de presión osmótica
entre el medio interno de la bacteria y el medio exterior. De no existir la pared la bacteria
estallaría, además la pared cumple funciones de protección contra sustancias tóxicas.
Función: da forma y rigidez a la célula, es sostén de la membrana citoplasmática y protege
contra los efectos mecánicos, cambios en la presión osmótica y temperaturas
Existen dos tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por la Tinción de Gram
(siglo XIX).
El primer grupo de bacterias son aquellas capaces de retener el colorante cristal violeta
luego de la decoloración con alcohol-cetona. Estas bacterias son llamadas Gram positivas.
El segundo grupo está conformado por aquellas bacterias incapaces de retener el colorante
luego del tratamiento decolorante, por lo tanto son llamadas Gram negativas. Esta
clasificación se da a nivel de laboratorio y ambas poseen las mismas organelas y flagelos
las diferencia la pared.
RECORDAR GRÁFICO
En bacterias Gram-positivas:
La pared celular es más gruesa que la de los Gram negativas. Posee péptidoglicano,
ácidos teicóicos y lipoteicóicos. El componente fundamental de estas es la mureína, un
péptidoglicano que solo se encuentra en los procariontes. La mureína consiste en una
cadena lineal de dos azúcares alternados Na c e t i l g l u c o s a m i n a y á c i d o
acetilmurámico.
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Figura 6. Componentes de la pared y membrana celular de una célula gram positiva.
En bacterias Gram-negativas: A la pared de estas en vez de pared externa se le dice
membrana externa, a la del Gram positivo se le llama pared celular. Tiene la misma o muy
parecida composición que la Gram positiva solamente que es más pequeña. La cantidad
de mureína es mucho menor en los Gram negativas. Los ácidos teicoicos no están
presentes en las bacterias Gram negativas. A ambos lados de la fina pared de mureína se
encuentra un gel periplásmico, que define al llamado periplasma Por fuera del periplasma
se encuentra una estructura exclusiva de las Gramnegativas, la denominada membrana
externa. Es estructuralmente similar a una bicapa lipídica, pero su composición es diferente
de la de otras membranas biológicas, es muy asimétrica. La semicapa interna está
compuesta por fosfolípidos, pero la semicapa externa está compuesta por lipopolisacáridos
(LPS), altamente tóxico para el ser humano (endotoxina). Para obtener nutrientes las
bacterias Gramnegativas, poseen porinas que son proteínas que forman poros en la
membrana externa.
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Figura 7. Componentes de la membrana externa y citoplasmática de una célula gram
negativa.
Membrana celular (tanto Gram positivos como negativos la tienen)
La membrana NO es lo suficientemente fuerte como para retener la tinción.
Propiedades: Altamente selectiva tanto para ingresar como expulsar nutrientes.
Funciones: protección. Aislamiento del medio externo, formación de compartimientos
internos, permeabilidad selectiva.
Composición: Formada por una bicapa de fosfolípidos, con moléculas de colesterol
intercaladas. Así mismo tiene proteínas intercaladas (integrales y semiintegrales) y
superpuestas (periféricas). También tiene carbohidratos.
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Bicapa de fosfolípidos
Lado externo de la membrana
Lado interno de la membrana
Proteína intrínseca de la
membrana
5.
Proteína canal iónico de la
membrana (por donde ingresan
los nutrientes)
6.
Glicoproteína
7.
Moléculas de fosfolípidos
organizadas en bicapa
8.
Moléculas de colesterol
9.
Cadenas de carbohidratos
10. Glicolípidos
Figura 8: Componentes de la membrana celular
11. Región polar (hidrofílica) de la molécula de fosfolípido
12. Región hidrofóbica de la molécula de fosfolípido
Citoplasma
Se creía que era muy parecido al de los eucariotas. Sin embargo se descubrió que es un
complejo con numerosas membranas que lo compartimentalizan aunque la
compartimentalización no es tan desarrollada como en los eucariotas.
Genoma
Las células bacterianas no contienen núcleo característico como en las células vegetales
y animales, si bien tienen “cuerpos” dentro del citoplasma que se considera como
estructura nuclear.
Se encuentra en una región llamada nucleoide.
Se trata de una molécula superenrrollada de ADN bicatenario (bicapa de ADN), formada
por dos moléculas antiparalelas de polinucleótidos complementarios.
Contiene la información genética e induce la división por fisión binaria.
Inclusiones
Hay de dos tipos:
-Sin membrana que los rodea: gránulos de polifosfato, polipéptidos, glucógeno, almidón y
gotitas de grasa.
-Con membrana que los rodea: gránulos de ácido de poli-β-hidroxibutirato, azufre,
carboxisomas (ayuda a la fijación de CO2) y vacuolas de gas (hace que la bacteria flote).
Estas inclusiones sirven como reserva de alimento, almacenamiento de energía y
oxidación del azufre.
Ribosomas
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Son elementos granulosos que se hallan contenidos en el citoplasma bacteriano;
esencialmente compuestos por ácido ribonucleico, desempeñan un papel principal en la
síntesis proteica.
Contienen dos subunidades: 30s y 50s Así mismo hay tres tipos:
Mensajero, de Transferencia y Ribosomal.
Flagelos
Algunas bacterias los poseen. Son apéndices capilares sumamente finos que salen a
través de la pared celular y que se originan en una estructura granular (cuerpo basal) en
el citoplasma inmediatamente por debajo de la membrana celular.
Son la causa de la movilidad de las bacterias, no todas los poseen.
Están hechos de flagelina (proteína de forma helicoidal)
Tienen tres partes: una estructura basal, una estructura a manera de gancho y un
filamento.
Son importantes ya que en si son una característica adicional para la identificación de la
bacteria.
Tipos de bacterias según la presencia de flagelos:
Figura 9: Clasificación de bacterias según la presencia de flagelos.
Fimbrias
También denominadas fimbriae.
Muchas bacterias Gram negativas poseen apéndices cortos, finos, similares a pelos,
más delgados que los flagelos y que normalmente, no participan en la movilidad celular.
Una célula puede estar cubierta por 1000 fimbrias, pero sólo son visibles en el
microscopio electrónico. Compuestos por subunidades de proteínas organizadas
helicoidalmente.
Cápsula
Parte importante de algunas bacterias, es una cubierta viscosa que envuelve a la célula y
no está presente en todas, las bacterias la utilizan como método de supervivencia ante un
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medio hostil. Está compuesta de hidratos de carbono unidos covalentemente a la proteína
o lípidos formando glucoproteínas y glucolípidos. Se encuentra en el lado externo de la
membrana, de esta forma la célula queda envuelta de material hidrocarbonado
denominado glucocálix (de desarrollo variable, desde capas delicadas hasta muy
desarrolladas). También conocida cápsula mucosa.
Tiene las funciones de: Protección, reproducción, Selectividad en la incorporación de
sustancias de bajo peso molecular a la célula, Reconocimiento específico de células entre
sí, Propiedades inmunitarias, Anclaje de enzimas y contribuye a la virulencia.
Plásmido
Acúmulos de ADN que se encuentran en el citoplasma y no están relacionados con el
ADN, se replican autónomamente
Esporas
Las poseen algunas Gram positivas, son órganos de resistencia que les permiten
sobrevivir en condiciones desfavorables y cuando se activa por el estrés se protegen.
Este es un esquema donde podemos ver que la bacteria comienza a dividirse y a formar
una espora y luego queda como espora libre, cuando hay estrés ambiental.
Figura 10: Fases en la formación de endosporas.
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Esporulación:
Se activan genes que producen la maquinaria para formar la espora y se desactivan genes
involucrados en la función vegetativa celular.Se forma un filamento axial de ADN Se
produce una invaginación de la membrana lo que produce una estructura de membrana
doble que engloba a la espora en desarrollo.En el centro se sintetizan los constituyentes
únicos de la espora. Posee un sistema generador de energía por glucólisis. La espora
queda rodeada de adentro hacia afuera por: la pared de la espora, la corteza, la capa y el
exosporio.
Pili
También llamados pilus. Son apéndices similares a las fimbrias. Hay aproximadamente de
1 a 10 por célula. Los pilis sexuales se diferencian porque son más anchos, importantes
en la reproducción bacteriana. Están determinados genéticamente por factores sexuales o
plásmidos conjugativos y son necesarios para la conjugación bacteriana.
Nutrición
Se clasifican en dos tipos, macronutrientes necesitados en grandes cantidades(carbono,
nitrógeno, fosforo, azufre, potasio, hierro, calcio y agua) y los micronutrientes requeridos
en pequeñas cantidades(cobalto, cobre, magnesio, níquel, selenio y tungsteno.).
Las bacterias se pueden clasificar de acuerdo a su fuente de energía:
Fotótrofos: reciben la energía de la luz, como las cianobacterias.
Quimiótrofos: reciben la energía de la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos.
Por su fuente de carbono:
Autótrofos: utilizan el CO2 como única o principal fuente de carbono. Tienen necesidades
más simples. Satisfacen todas sus necesidades de C a partir del CO2. Heterótrofos:
Utilizan moléculas orgánicas preformadas, reducidas, de los organismos. Normalmente
son bacterias patógenas. Pueden tener necesidades de nutrientes específicos.
Por la fuente de hidrógeno o electrones :
Litótrofos: Utilizan moléculas orgánicas reducidas Organótrofos:
Utilizan moléculas orgánicas
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Principalmente se van a estudiar las bacterias quimiorganotróficas
Métodos de reproducción bacteriana
Duplicación o fisión binaria: es el básico. Se da principalmente por una separación que
da resultado a dos células genéticamente idénticas, es reproducción asexual. Esta
manera de reproducción es ventajosa reproductiva pero desventaja ya que si hay un
antibiótico que puede matar una, puede matar a las demás.
Figura 11. Esquema de duplicación binaria en bacterias.
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 Gemación: es otra forma de replicación la duplicación unicelular. Se da por
evaginación se forma una yema que recibe uno de los núcleos mitóticos y una
porción de citoplasma. Uno de los organismos formados es de menor tamaño que
el otro
Figura 12. Gemación bacteriana
Transformación: Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es
capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en el
medio donde vive
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Figura12.Esquema de transformación bacteriana
Conjugación: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un
puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que se llama
F+ transfiere un plásmido, al F- además del cromosoma bacteriano. Se produce
intercambio de material, no hay un intercambio de información, simplemente una célula da
información a otra.
Figura 13. Acontecimientos durante la conjugación bacteriana.
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Transducción: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra se realiza a
través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector intermediario entre las
dos bacterias. El virus se acopla a la bacteria, rompe la pared bacteriana e inyecta su
ADN .
Figura 14. Esquema de transducción en bacterias
El profe dijo que esta tabla era un resumen de las bacterias que íbamos a ver durante el
curso, que la revisáramos.
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Entonces resumiendo Gram
negativos
● Los cocos Gram-negativos causan la gonorrea (Neisseria gonorrhoeae), meningitis
(Neisseria meningitidis) y síntomas respiratorios (Moraxella catarrhalis), entre
otros. Los bacilos Gram-negativos incluyen un gran número de especies. Algunos
de ellos causan principalmente enfermedades respiratorias (Hemophilus
influenzae, Klebsiella pneumoniae , Legionella pneumophila, Pseudomonas
aeruginosa), enfermedades urinarias (Escherichia coli, Proteus mirabilis,
Enterobacter cloacae, Serratia marcescens) y enfermedades gastrointestinales
(Helicobacter pylori, Salmonella enteritidis, Salmonella typhi). Otros están
asociadas a infecciones nosocomiales (Acinetobacter baumanii) y vibrio cholerae
que produce colera.
Gram positivos
● Incluyen especies tanto móviles (vía flagelos) como inmóviles con forma de bacilo
(Bacillus, Clostridium, Corynebacterium, Lactobacillus, Listeria) o coco
(Staphylococcus, Streptococcus); con gruesas paredes celulares o sin ellas
(Mycoplasma). Algunas especies son fotosintéticas, pero la mayoría son
heterótrofas. Muchas de estas bacterias forman endosporas en condiciones
desfavorables. Realmente, no todas las bacterias del grupo son Gram-positivas (no
se tiñen por la aplicación de ese método), pero se incluyen aquí por su similitud
molecular con otras bacterias Grampositivas.
Se visualizaron dos videos de las tinciones más frecuentes utilizadas en el laboratorio,
Tinción de gram:
En esta tinción se utilizan 4 colorantes, los pasos a seguir para realizar la tinción
son los siguientes:
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Inicialmente debe fijarse la muestra mediante calor.
Violeta cristal (Tiñe todas las baterías, gram + y -).
Fijamos con Lugol.
Decoloremos con una mezcla alcohol-cetona (los gram - se decoloren).
Safranina o fucsina (colorante de contraste,color rojo tiñe a los gram -).
En la tinción se observarán de color azul-violeta las gram + y de color rosa las
gram -. Es importante lavar con agua destilada entre cada paso.
Explicación:
El cristal violeta penetra todas las células bacterianas (tanto gram positivas como gram
negativas). El lugol es un compuesto formado por yodo y forma un complejo con el cristal
violeta, haciendo que se fije con mayor intensidad a la pared de la célula bacteriana. La
mezcla de alcohol-acetona que se agrega, sirve para realizar la decoloración, ya que en la
misma es soluble el complejo lugol/cristal violeta. Los organismos gram positivos no se
decoloran, mientras que los gram negativos sí lo hacen, ya que su pared es más débil. Para
poner de manifiesto las células gram negativas se utiliza una coloración de contraste.
Habitualmente es un colorante de color rojo, como la safranina o la fucsina. Después de la
coloración de contraste las células gram negativas son rojas, mientras que las gram
positivas permanecen violetas.
Ejemplo
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Figura: Una tinción gram en la que se observa un mezclado de Staphylococcus
aureus (coco gram positivo) y Escherichia coli (bacilo gram negativo).
Tinción de ziehl nelsen
Se utiliza en bacterias denominadas ácido alcohol resistentes (como mycobacterium
tuberculosis), cuyas paredes celulares contienen ácidos grasos de cadena larga que les
confieren la propiedad de resistir la decoloración con alcohol-ácido.
Inicialmente se coloca la muestra al calor, para que el frotis quede adherido al portaobjetos.
Luego se aplica fucsina-fenicada y se deja durante 5 minutos. Se debe calentar con un
mechero hasta la emisión de vapor. Se requiere el tiempo adecuado para que la fucsina
fenicada penetre y tiña la pared celular de la bacteria. Lavar con agua destilada. Luego se
decolora con alcohol ácido durante 7 minutos, luego se vuelve a enjuagar con agua.
Posteriormente se aplica azul de metileno (1 minuto) y se enjuaga. Luego se coloca una gota
de aceite de inmersión y se hace la observación al microscopio con 100 x 100.
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Figura: Visualización de Mycobacterium tuberculosis usando la tinción de Ziehl-Neelsen.
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