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Microbiologia GeneralTrimestre 16-P
3. Bacterias y arqueas
Características morfológicas
Suave, brillante Rugosa Áspera Seca, pulverulenta
Opacidad: transparente, opaca, translucida
Pigmentación
3. Bacterias y arqueas
Punctiforme
Circular
Rizoide
Irregular
Filamentosa
Entera
Ondulada
Lobulada
Filamentosa
Rizada
PlanaLevantada
ConvexaPulvinada
Umbonada
Suave, brillante Rugosa Áspera Seca,
pulverulenta
Opacidad: transparente, opaca, translucida
Pigmentación
Morfología macroscópica
Bacillus subtilisStaphylococcus aureus
Streptococcus pyogenesEscherichia coli
Bacillus anthracis
Pseudomonasaeruginosa
3. Bacterias y arqueas
Morfología microscópica
Coco Diplococo
Estafilococo
Estreptococo Sarcina Tétrada
Cocobacilo Bacilo
Estreptobacilo
Diplobacilo
Bastón alargado
VibrioHelicoidal
Filamentosa
Espirilo
Espiroqueta
Bacillus subtilis
Arthrobacter: ciclo de vida de bacilo-coco
Escherichia coli Bacilos Gram(+)
Bacillus anthracis Cocos - sarcina
EspirilosMicrococcus
3. Bacterias y arqueas
Célula bacteriana
Cápsula
Pared celular
Flagelo
Fimbrias y pili
Membrana citoplasmática
Citoplasma
Ribosomas
Plásmidos
Nucleoide
3. Bacterias y arqueas
3.1.3.1. Pared celular
Pared celularCapa extracelular rígida que rodea la membrana citoplasmática
(Bacteria, Archaea, Eukarya: hongos, algas y plantas)
PARED CELULAR:•••
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
10-40 % de la célula
Peptidoglicano(PG)*
Clasificación/ Identificación (Tinción Gram)
*Grupo más grande de antibióticos inhibición de la síntesis de PG
* Contiene enzimas y proteínas que ayudan a romper y mover sustratos hacia dentro de la célula
Capa gruesa >50% Capa delgada10%Presente AusenteAusente PresenteAusente PresenteAusente PresenteAusente Presente
pared celular:
Membrana celular
Peptidoglicano
Ácido teicoico(polímero de glicerol)
Membrana celular
Peptidoglicano
Lipopolisacáridos(LPS)Porinas(proteínas)
LipoproteínasMemb
rana
extern
a
Pared celular
Espacio periplásmico
Pared celular: bacterias gram positvas y gram negativas
E. coliP. aeruginosaSalmonella sp.
StreptococcusB. subtillis
Lactobacillus
PC resistente no soluble en solventes:
deshidrata y cierra poros el complejo cristal violeta-yodo no
sale
PC soluble en solventes la capa de PG no
retiene el complejo cristal violeta-yodo se pierde el
color azul-violeta
Pared celular: reacción de gram
3. Bacterias y arqueas
3.1.3.2 Flagelos, fimbrias y pili
Flagelos
Monótrico o polar(Vibrio cholerae)
Lofótrico(Bortonella bacilliformis)
Perítricos(Escherichia coli)
Anfítrico
FLAGELO• ~••••
Fimbrias• ˂••••
Pili sexual* Se considera un factor de virulencia
FIMBRIAS Y FLAGELOS
••••
Fimbrias Y PILI SEXUAL
3. Bacterias y arqueas
3.1.3.3. Membrana celular
Célula bacteriana
Membrana citoplasmática
Membrana celular
Carbohidratos
GlicolípidoGlicerol
Ac. grasosProteína
GlicoproteínaHopanoides/EsterolesProteína de canal
Bicapa
fos
folipíd
icaLímite de la célula: bicapa lipídica que rodea el citoplasma y se encuentra en TODAS las células
Medio intracelular del entorno
Transporte activo Transporte pasivo
(~50%) (~45 ó 50%) (~5 ó 10%)
Lípidos
Fosfato
Glicerol
Ácidos grasos(isopreno en arquea)
EsterolesRegión hidrofílica
Región hidrofóbica
Etanolamina
Glicerol
Ácidos grasos
Fosfato
Fosfolípido: fosfatidil-etanolamina
Biomoléculas orgánicas que constituyen el material fundamental de todas las membranas celulares y subcelulares
Ácidos grasos saturados/insaturados efecto sobre la fluidez de la Membrana Celular
Lípidos
Hopanoide
Biomoléculas orgánicas que constituyen el material fundamental de todas las membranas celulares y subcelulares
Fosfato
Glicerol
Ácidos grasos(isopreno en arquea)
Esteroles
CarbohidratosForman el glicocalix: capa de carbohidratos que cubre la superficie de la célula (protección)
Carbohidratos
GlicolípidoGlicerol
Ac. grasosProteína
GlicoproteínaHopanoides/ColesterolProteína de canal
Bicapa
fos
folipíd
ica
Glicolípidos
Glicoproteínas
Proteínas
Transporte
Enzima
Anclaje
Proteína integralProteína periférica
Glicoproteína
Biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. Tienen como función transportar las moléculas en la MC (transporte, conectoras y enzimas)
70 a 80% del PS total Unidas fuertemente a la
MC, anfipáticas (canales iónicos)
20 a 30% del PS total A un lado u otro (unión
débil, ej. Enzimas)
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA
AzucaresAminoácidos
Cl- Na+ K+
Urea, H2O, EtOH
O2 CO2 N2
Bicapa lipídica:Impermeable moléculas polares
grandes Semi-impermeable ionesPaso libre moléculas pequeñas
polares sin cargaPermeable moléculas pequeñas no
polares
no consume energía y ocurre a favor de gradiente
consume energía y ocurre en contra de gradiente
Transporte de la región con [ ] a [ ] H2O, O2 y CO2
La difusión continúa hasta eliminar el gradiente
Difusión a través de proteínas de transporte (integrales) aminoácidos, azúcares
Velocidad de transporte depende del número de canales disponibles
TRANSPORTE PASIVONo consume energía y ocurre a favor de gradiente
Requiere energía metabólicaConcentra sustancias
TRANSPORTE activoConsume energía y ocurre en contra de gradiente
Transporte a través de proteínas integrales de la MC
Requiere energía Concentra sustancias
1 sólo soluto en una dirección
2 solutos simultáneamente en una dirección
2 solutos simultáneamente en dirección opuesta:1 soluto entra y 1 soluto sale
Uniportador Simportador Antiportador
Proteínas transportadorasIones transportados
Transporte acoplado
Tipos de transporte activo
1. Bicapa lipídica2. Cadenas no ramificadas de AG3. Glicerol D4. Enlaces éster
Archaea
Bacteria y Eukarya
Monocapa lipídica
Bicapa lipídica
Grupo fosfato
Grupo fosfato
Glicerol D
Glicerol L
Enlace éster
Enlace éter
Ácidos grasos
Cadena isoprenoide
1. Monocapa lipídica2. Cadenas ramificadas de
isopreno resistencia3. Quiralidad del glicerol L4. Enlaces éter
Diferencias entre dominios
3. Bacterias y arqueas
3.1.3.4. Citoplasma
Célula bacteriana
Citoplasma
Ribosomas
Plásmidos
Nucleoide
Citoplasma
Proteínas (15%)Moléculas pequeñas (4%)ARN (6%)
ADN (1%) Polisacáridos (2%)Fosfolípidos (2%)
Es un sistema coloidal delimitado por la membrana citoplásmica
→
30 % del protoplasma compuesto por las moléculas funcionales y estructurales
70 % compuesto por agua
CitoplasmaEs un sistema coloidal delimitado por la membrana citoplásmica
Nucleoide
Superenrollamiento del ADN de doble hélice circular.
Es la región de los procariotas contiene el ADN. Contiene un solo cromosoma (ADN de doble hélice en una única molécula, generalmente circular).
Células de E. colidividiéndose
PlásmidosEs una molécula circular de DNA que tiene una existencia independiente en la célula.
Pequeños fragmentos de ADN: 2 a 30 genes
Intervienen en la reproducción parasexual
No necesarios para crecimiento/reproducción
Dotan al microorganismode muchas propiedades (resistencia)
Ribosoma 70SSubunidad 50S
Subunidad 30S
31 proteínas
21 proteínas
2 moléculas de ARNr
1 molécula: 16S ARNr
23S ARNr + 5S ARNr
ribosomasOrgánulos sin membrana presentes en el citoplasma. Su función es sintetizar proteínas a partir de la información genética que le llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm).
inclusionesAcúmulos de sustancias orgánicas o inorgánicas, rodeadas o no de una envuelta limitante de naturaleza proteínica, que se originan dentro del citoplasma bajo determinadas condiciones de crecimiento.
Poli-b-hidroxialcanoatos(PHA)
Glucógeno
Glóbulos de azufre
Gránulos de polifosfato
Vesículas de gas
Magnetosomas
Las formas hexagonales en el citoplasma de una cianobacteria (Microscystis sp.)
son vesículas de gas(Walsby, 1994. Microbiol. Rev. 58: 94-144)
Inclusiones de poli-hidroxibutirato
inclusiones
3. Bacterias y arqueas
3.1.3.5. Cápsula y endosporas
Célula bacteriana
Cápsula
CápsulaCapa de material fuera de la pared celular presente en algunas bacterias (glicocalix). Común en Bacterias Gram (-)
Resistencia vs. fagocitosis, desecación, virus y comps. hidrófobos
Ayuda a la fijación a tejidos bacterias patógenas
* Se considera un factor de virulencia la capacidad de la bacteria para causar enfermedades
Klebsiella pneumoniae*
Ejemplo: tinción de cápsulas células: rojo cápsula: rosa
Bacillus anthracisLa apariencia mucosa usualmente indica
producción de cápsulas
Tinción Maneval de cápsulas
Cápsula
endosporasSon células resistentes al calor y muy difíciles de destruir incluso por agentes químicos muy agresivos.
Cuando estas son liberadas son capaces de permanecer en estado de latencia (criptobiótico)
durante varios años, incluso siglos
endosporasEstructuras latentes especializadas típicas de bacterias Gram (+) (Bacillus y Clostridium)
Esporangio hinchado
Centrales: en el centro
Subterminales: cerca de un extremo
Terminales: en los polos (extremos)
En base a su posición:
Muy resistentes a condiciones extremas: termoresistencia
Bacillus subtilisBacillusanthracis
Bacillus subtilisClostridium perfringens Bacillus thuringensis
Esporas terminales Esporas subterminales Esporas centrales
Estructura de las endosporas
Cubierta: capas de proteína (impermeable a químicos)
Córtex: formado por PG modificado
Pared del protoplasto
Exosporio: capa de lípidos y proteínas
Protoplasto deshidratado: con estructuras celulares y metabolismo inactivo (termo-resistencia)
15% de la endosporaácido dipicolinico: forma
complejos con Ca2+
15% de la endosporaácido dipicolinico: forma
complejos con Ca2+
Dipicolinato de calcio estabiliza y protege al ADN
(termo-resistencia)
Formación Y GERMINACIÓN de endosporasEsporogénesis o esporulación* formación de esporas.Ocurre cuando el crecimiento se detiene por condiciones adversas.
Célula vegetativa hidratadametabólicamente activa
Endospora deshidratadametabólicamente inactiva
MCADN
Pared Exosporio
NúcleoCórtexCubierta
Germinación Si las condiciones son favorables la endospora germina:
Endosporainactiva
Célula metabólicamente activa (vegetativa)
*Bacillus subtilis inicia en ~ 8 h*Bacillus subtilis inicia en ~ 8 h
importancia de las endosporasPor su resistencia y porque varias especies son patógenas estas bacterias son un problema para industrias
Bacteria Inactivación (100°C)C. botulinum 2-6 h**C. tetani 1-3 h**E. coli (no-esp.) 30 min (70°C)*
*célula vegetativa: se destruye a T > 70°C*célula vegetativa: se destruye a T > 70°C
*Endospora: Activa 1 h o más a T ~ 100°C*Endospora: Activa 1 h o más a T ~ 100°C
Diferencias entre célula vegetativa y endosporas
Célula EndosporaContenido de calcio Bajo AltoÁcido dipicolínico Ausente PresenteContenido de agua (80-90%) (10-25%)Actividad enzimática Mayor MenorMetabolismo Alto Bajo/AusenteSíntesis de macromoléculas Presente AusenteResistencia (calor...) Menor Mayor
3. Bacterias y arqueas
Meiosis: división celular sexual célula diploide (2n) 2 divisiones 4 células haploides (n)Mitosis: reparto equitativo de ADN en eucariotas (asexual) 2 células hijas genéticamente
Formas de reproducción:
Un organismo origina nuevos individuos Células hijas genéticamente idénticas NO intercambio de ADN No hay meiosis, formación de gametos, ni fecundación En procariotas bipartición (fisión binaria) En eucariotas mitosis
Intervienen dos individuos generalmente de ≠ sexo Células hijas genéticamente distintas HAY intercambio de ADN Células haploides originadas por meiosis nuevos individuos
Proceso de intercambio de fragmentos de ADN
3. Bacterias y arqueas
3.2.1. Reproducción asexual: fisión binaria o bipartición
Reproducción asexual:Presente en organismos unicelulares: bacterias, arqueas, levaduras, algas unicelulares y protozoos
NucleoidePCMC
ADN replicadoUna célula se divide en dos células iguales:1. Replicación del ADN2. Elongación celular y separación de bandas de
ADN3. Formación del septo MC y PC crecen hacia
adentro y forman un tabique (septo). Se forma una nueva PC que separa a la célula
4. Separación celular (citocinesis) 2 células genéticamente idénticas
Conds. ideales división cada 20 min (E. coli) Todas las células en una colonia son iguales
3. Bacterias y arqueas
3.2.2. Reproducción parasexual
Es una recombinación genética* sin meiosisIncluye mecanismos de intercambio de información genética entre bacterias. Tres procesos:
* Nuevas combinaciones genéticas sobrevivencia a mayor variedad de condiciones
Reproducción parasexual:Proceso de intercambio de fragmentos de ADN presente en bacterias
F+ bacteria donadoraF- bacteria receptora
Plásmido F+ Pili sexual Cromosoma
Célula F+ Célula F-
Célula F+ Célula F+
El pili de la bacteria F+ se une a F-y una banda del plásmido de F+ se rompe
Ambas bacterias producen una banda complementaria del plásmido F+
conjugación:Transferencia de un fragmento de ADN (plásmido) de una bacteria donadora (F+) a otra (F-) a través de pilis
3. Bacterias y arqueas
3. Bacterias y arqueas
TAXONOMÍACiencia que clasifica a los organismos en taxones*, para lo cual utiliza ciertos códigos internacionales
*Grupo de microorganismos emparentados*Grupo de microorganismos emparentados
Agrupa en categorías taxonómicas de orden superior clasificación jerárquica**
Género: 1ª letra siempre en mayúsculasEspecie: 1ª letra siempre en minúsculasGénero: 1ª letra siempre en mayúsculasEspecie: 1ª letra siempre en minúsculas
Sistema binomial de nomenclatura:nombre formado por 2 palabras
género y especie (cursivas)Escherichia coli o E. coli
** La jerarquía se basa en relaciones evolutivas (genotípicas) clasificación filogenética
Especie→Categoría taxonómica básica
Árbol filogenéticoÁrbol que indica las relaciones evolutivas entre varias especies u otras entidades
Indica el grado de evolución (GDE)* de un organismo (filograma, cladogramas, etc) longitud de la ramificación
* Diferencias en el GDE por diversos factores (≠ velocidades de mutación, tamaños de población, fuerzas selectivas)
y tienen un ancestro común, que excluye a Desde que y divergieron, ha cambiado más mayor evolución
¿Para qué clasificar?~ 1.5 millones de especies descritasSe estima que ese número es el 5% del total de especies (~ 14 millones)Objetivo de clasificar: ordenar esta diversidad
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Sistemas de clasificación
Taxonomía clásica (fenética)
Similitud entre características fenotípicas*Agrupa en taxones con base en caracteres comunes
Taxonomía numéricaSimilitud entre caracteres
genotípicos (ADN)
Taxonomía molecular
Utiliza métodos numéricosCuantifica semejanzas y diferencias
Características con valor taxonómico:
MorfológicasFisiológicasMetabólicas
Agrupa usando varios métodos (3 importantes): %GC hibridación de ADN, secuenciación de ARNr
No consideran relación evolutiva
* Morfología, fisiología, metabolismo y reproducción
Taxonomía numérica
Los resultados se pueden mostrar en forma de dendrograma
Método de comparación de organismos que mide la presencia o ausencia de un cierto número de caracteres seleccionadosSe calculan coeficientes de asociación→ grado de similitud (0 a 1)
Taxonomía molecular
1. Contenido de guanina y citosina (%GC) técnica más simple % G + C la secuencia de bases varía con los cambios en la secuencia
completa (en bacterias %GC: 24-76%) < 3% variación misma especie; > 10% diferente género
2. Hibridación de ADN técnica más directa Desnaturalización de ADNbc mezcla de ADNmc enfriamiento se
reasocian solo cadenas complementarias ADNbc híbrido ≥70% de similitud y <5% de diferencia en Tm misma especie
3. Secuenciación de ARNr método más usado: Ribosomas bacterianos: secuencias de ARNr 5S y 16S Comparación con bases de datos mundiales ≥97% de similitud (ARNr 16S) misma especie
Clasificación taxonómica
3. Bacterias y arqueas
Dominio bacteria
Divisiones mejor caracterizados: Proteobacteria (α,β,γ,δ,ε) Gram + ( GC y GC)
Actualmente con más de 40 divisiones (Phylum), algunas sin organismos cultivados* (solo secuencias ambientales)
* Sólo secuencias ambientales
Manual de bergey
26 divisiones 2 Archaea26 Bacteria
Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (1923–1984) identificaciónBergey's Manual of Systematic Bacteriology clasificación:
1984: 1ª Ed. clasificación fenotípica: Gram 4 volúmenes 2001: 2ª Ed. clasificación filogenética: ARNr 5 volúmenes
Organismos procariotas DOS Dominios, 2200 especies y 390 géneros
Sistema más usado y aceptado para la identificación y clasificación de células procariotas
Bergey's Manual of Systematic Bacteriology (2001)
Volumen I (2001)Introducción (taxonomía)Clasificación de Archaea (165 géneros) y bacterias fotótrofas
Volumen II (2005)Proteobacterias (Gram [-]): 538 géneros (E. coli)Volumen III (2009)Firmicutes (Gram [+] con %GC): 250 géneros en 40 familias (Staphylococcus, Streptococcus, Clostridium, Bacillus)
Volumen IV (2011)Bacterias Gram (-) sin características comunes: 153 géneros en 29 familias
Volumen V (2012)Actinobacterias: 200 géneros en 49 familiasEn revisión
3. Bacterias y arqueas
3. Bacterias y arqueas
enterobacteriasClasificación Phylum: g-proteobacteria
Orden: EnterobacteriaceaeGram NegativoForma BacilosHábitat Tracto intestinal de mamíferos
Movilidad Inmóviles y móviles (flag. perítricos)
Esporulación NoReq. O2 Anaerobios facultativos
Req. nutricionales Simples
T óptima 22 - 37 °CEnzimas Catalasa (+) y oxidasa (-)
Característica distintiva: fermentan lactosa y viven en el intestino
Fermentación: donador y aceptor de ē orgánicosRespiración: donador de ēorgánico y aceptor inorgánico
Fermentan azúcares (lactosa) 2 grupos fermentativos: Ácido-mixta ácidos láctico, acético y succínico (NO butanodiol): Escherichia,
Salmonella, Shigella Butanodiolica EtOH, CO2, butanodiol: Erwinia, Enterobacter
3. Bacterias y arqueas
BACTERIAS ÁCIDO-LÁCTICAS
Clasificación Phylum: FirmicutesOrden: Lactobacillales
Gram Positivo (bajo G-C)Forma Cocos y coco-bacilosHábitat Lácteos, plantas, bocaMovilidad InmóvilesEsporulación NoReq. O2 Anaerobias aerotolerantesReq. nutricionales ComplejosT óptima 22 - 37 °CEnzimas Catalasa (-) identificación
Fermentan azúcares con base en el producto final: dos grupos Homolácticas un solo producto: ácido láctico Heterolácticas varios productos: ácido láctico + EtOH + CO2
Géneros más importantes:Streptococcus, Lactobacillus, Pediococcus y LactococcusVarias especies flora normal
en boca (placa y caries)Algunas especies patógenas (S.
pyogenes y S. pneumoniae)Característica distintiva:
fermentación láctica
3. Bacterias y arqueas
Bacterias formadoras de endosporas
ClasificaciónPhylum: FirmicutesClase: Bacilli, Clostridia, Mollicutes…
Gram Positivo (bajo G-C)Forma BacilosHábitat Suelos, sedimentos, intestinosMovilidad Móviles e inmóvilesEsporulación SiReq. O2 Aerobios y anaerobios estrictosReq.
nutricionales Requieren vitaminas y aaT óptima 30 - 45°C (la mayoría)Enzimas Catalasa (+)
Característica distintiva:
producción de endosporas
Géneros más importantes:Bacillus (aerobios estrictos/facultativos) y Clostridium (anaerobios estrictos)Otros géneros importantes: Sporosarcina, Saccharopolyspora
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ACTINOMICETOS
Clasificación Phylum: ActinobacteriaClase: Actinomycetales
Gram Positivo (alto contenido de G-C)Forma Bacilos y cocosHábitat Principalmente suelos + bocaMovilidad Móviles e inmóvilesEsporulación La mayoríaReq. O2 Aerobios y anaerobios facultativosReq.
nutricionalesMuy versátiles (degradan sustratos complejos)
T óptima 25 - 30°C (algunos 55 – 65°C)Géneros más importantes:Streptomyces: producen el mayor número de antibióticos: bactericidas (neomicina,
estreptomicina) y fungicidas (nistatina), además de metabolitos secundariosFrankia: bacterias fijadoras de N2 viven en simbiosis con plantasAlgunos patógenos: Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus
Característica distintiva: formación
de filamentos ramificados (micelio)
y esporas