conceptos de microbiología general

CONCEPTOS DE

MICROBIOLOGÍA GENERAL Microbiología de Alimentos –Bromatología-

Microbiología General- Ing. en Alimentos-

Profesor responsable: Lic. Fernandez, Cecilia de los Angeles Auxiliar de Práctico: Mic. Adrián Giurno

Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias Universidad Nacional de San Luis

2019

CONCEPTOS DE MICROBIOLOGÍA GENERAL

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Introducción

El campo de la Microbiología de Alimentos se encuentra entre los mas diversos de las áreas de estudio dentro de la

disciplina de la microbiología. Su estudio incluye además las características generales de los microorganismos, su

ecología, su resistencia al medioambiente, su capacidad para sobrevivir y desarrollarse en los alimentos, las

consecuencias de este desarrollo y los factores que influyen en este proceso.

La Microbiología de Alimentos se relaciona con la microbiología médica, la veterinaria, la virología, la parasitología, la

genética, la bioquímica, la tecnología de los alimentos, la epidemiología.

Es importante como parte de la formación académica de estudiantes de la carrera de Bromatología e Ing. en Alimentos

que en esta asignatura se tengan en cuenta aspectos relacionados con el estudio de microorganismos que pueden

afectar la calidad sanitaria de los alimentos y el diseño y aplicación del sistema de análisis de peligro y puntos críticos

de control, esencial para garantizar la inocuidad de los alimentos. Los análisis microbiológicos se aplican diariamente

en el control de calidad de materias primas, de productos semielaborados y finales; en el control de equipos, utensilios

y/ o ambientes de trabajo; en la verificación de la eficacia de proceso y de los puntos críticos durante una producción,

entre otras posibilidades.

El avance de la tecnología ha permitido obtener técnicas microbiológicas mucho mas avanzadas en tiempo y calidad

sin embargo sigue siendo muy importante la cualificación del analista. No debe confundirse el avance de la técnica

con la aplicación de un método de análisis. Si bien es cierto que se ha evolucionado mucho en la técnica, es el

aseguramiento de la calidad y, sobre todo, el personal cualificado que hay en un buen laboratorio lo que permite

obtener fiabilidad.

La microbiología de los alimentos debe incluir una gran cantidad de ciencia básica para entender y resolver

efectivamente problemas microbiológicos asociados con los alimentos y es esencial para poder comprender la

aplicación de las diversas herramientas que tenemos disponibles para el aseguramiento de la calidad de los resultados

que todo laboratorio emite.

En este cuadernillo encontrará una recopilación bibliográfica que el equipo docente ha considerado fundamental para

alcanzar la interpretación de los conceptos de microbiología aplicada a los alimentos; principalmente extraída de los

textos: BROCK, T.D.et al. BIOLOGÍA DE LOS MICROORGANISMOS. Ed. Omeg y FRIONI, LILLIAN. Ecología Microbiana del

Suelo". Estos libros deberán ser consultados para mayor profundidad.


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Microbiología: la ciencia que estudia a los microorganismos

En cuanto a la definición de microorganismos es importante decir que se trata de un grupo de organismos en los

cuales cada célula es funcionalmente autónoma en sí misma. Es decir que la forma de vida se desarrolla en una sola

célula, aunque el organismo esté compuesto por más de una célula (pluricelular). Los microorganismos no poseen

tejidos ni órganos, es decir que no presentan células especializadas en cumplir una única función como sucede en los

organismos superiores. Constituyen un importante grupo de organismos primitivos y simples, la mayoría unicelulares

microscópicos y otros macroscópicos capaces de tener existencia independiente y realizar innumerables procesos

biológicos, que han surgido muy temprano en la evolución, pero que se han adaptado a las condiciones ambientales

actuales.

La Microbiología extiende su estudio además de la célula microbiana al estudio de:

i) células vivas y su funcionamiento

ii) diversidad microbiana y evolución

ii) funciones de los microorganismos en la biosfera, en nuestro organismo, en el de los vegetales y animales

La ciencia microbiológica se centra en dos temas principales:

La comprensión de los procesos vitales básicos: como ciencia biológica básica, la microbiología proporciona y

desarrolla herramientas para investigar los procesos fundamentales de la vida. Los científicos han logrado

obtener un conocimiento muy sofisticado de las bases químicas y físicas de la vida mediante estudios con

microorganismos porque las células microbianas comparten muchas propiedades con las células de los

organismos multicelulares; de hecho, todas las células tienen mucho en común. Además, las células

microbianas pueden crecer en cultivos de laboratorio hasta alcanzar densidades de población muy altas, lo

que las hace muy adecuadas para estudios bioquímicos y genéticos. Estas características convierten a los

microorganismos en modelos excelentes para comprender los procesos celulares en organismos

multicelulares, incluido el hombre.

La aplicación de ese conocimiento para beneficio de la humanidad: como ciencia biológica aplicada, la

microbiología trata de muchos problemas prácticos importantes en la medicina, la agricultura y la industria.

Por ejemplo, la mayoría de las enfermedades de los animales y de las plantas están causadas por

microorganismos. Los microorganismos también desempeñan una función destacadacomo agentes en la

fertilidad del suelo y en la producción de animales domésticos. Por otra parte, muchos procesos industriales

a gran escala, como la producción de antibióticos y proteínas humanas, se basan en la utilización de

microorganismos. En consecuencia, tanto los aspectos perjudiciales como los beneficiosos de los

microorganismos inciden en nuestras vidas.

La microorganismos son seres vivos diminutos que

individualmente suelen ser muy pequeños para poder

observarlos a simple vista; el poder resolutivo (definido como

la capacidad de percibir por separado dos puntos pequeños,

adyacentes y cercanos: límite de detección), del ojo humana

ronda los 50-100 µm (un micrometro equivale a 10-6 m).


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Desde el punto de vista histórico, la ciencia de la microbiología ha atravesado por diferentes etapas, sin embargo

floreció cuando fue posible ver a los microorganismos. En otras palabras, el desarrollo de la microbiología fue paralelo

al de la microscopía

Microscopía

Los microorganismos se pueden visualizar utilizando un microscopio óptico o un microscopio electrónico. Todos los

microscopios utilizan lentes para aumentar el tamaño de una célula, de modo que se puedan observar sus detalles

estructurales. Sin embargo, tan importante como el aumento es la resolución, propiedad que permite observar dos

puntos adyacentes como puntos separados. Aunque el aumento se puede incrementar prácticamente sin límite, no

ocurre lo mismo con la resolución, que está determinada por las propiedades físicas de la luz. Por tanto, la resolución,

y no el aumento, es lo que en último término marca los límites de lo que se puede ver en un microscopio.

MICROSCOPIA ÓPTICA

En general, el microscopio óptico se usa para observar células intactas a relativamente bajos aumentos; usa la luz

visible para iluminar las estructuras celulares y los límites de resolución están en aproximadamente 0,2 µm. En

microbiología se utilizan varios tipos de microscopios ópticos: de campo claro, contraste de fases, campo oscuro y

fluorescencia. Con el microscopio de campo claro las muestras se visualizan gracias a las diferencias de contraste entre

ellas y el medio que las rodea, y estas diferencias se producen porque las células absorben o dispersan la luz en

diferentes grados. El microscopio de fondo claro es el que generalmente se emplea en cursos básicos de biología y


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microbiología y se compone de dos series de lentes (lentes del objetivo y lentes del ocular) que funcionan

conjuntamente para producir la imagen. La fuente de luz se enfocasobre la muestra por una tercera lente llamada

lente del condensador. Muchas células bacterianas son difíciles de observar debido a su falta de contraste con el

entorno. Los microorganismos pigmentados son una excepción, pues su color añade contraste y mejora la visualización

de las células. En el caso de células sin pigmentos hay varios modos de aumentar el contraste.

El aumento total de un microscopio compuesto es el producto del aumento debido a la lente del objetivo por el

aumento de la lente del ocular. Aumentos de unas 1.500 veces están cercanos al límite superior y por encima de este

valor la resolución no mejora. La resolución depende de la longitud de onda de la luz utilizada y de una característica

propia de la lente del objetivo denominada apertura numérica (una medida de la capacidad de captación de la luz por

la lente). Existe una correlación entre la capacidad de aumento de una lente y su apertura numérica: las lentes de

mayor aumento poseen generalmente mayores aperturas numéricas (la apertura numérica de una lente se suele

marcar en ella al lado de su aumento). El diámetro del objeto más pequeño que se puede resolver es igual a 0,5

A/apertura numérica, donde X representa la longitud de onda de la luz empleada. Por esta razón, la resolución

aumenta cuando se usa luz azul para iluminar la muestra (la luz azul tiene una longitud de onda más pequeña que la

luz blanca o roja) y cuando la lente objetivo tiene una apertura numérica muy alta.Muchos microscopios ópticos

disponen de un filtro azulsobre la lente del condensador para mejorar la resolución.

La mejora del contraste mejora la imagen final observada por microscopía. La tinción es un método sencillo de

aumentar el contraste, pero existen también otros métodos.

Se pueden utilizar colorantes para teñir las células y facilitar su observación. Los colorantes son compuestos orgánicos

y cada tipo de colorante tiene afinidad por determinados componentes celulares. Muchos colorantes utilizados con

frecuencia en microbiología están cargados positivamente (son básicos o catiónicos) y se combinan fuertemente con

constituyentes celulares cargados negativamente, como los ácidos nucleicos y los polisacáridos ácidos. Como ejemplo

de colorantes básicos se puede citar el azul de metileno, el cristal violeta y la safranina. Como las superficies celulares

están por lo general cargadas negativamente, estos colorantes se combinan con estructuras de la superficie de las

células y, por tanto, son excelentes colorantes de aplicación general.

Aunque la tinción de células es una técnica muy utilizada en microscopía óptica, presenta el inconveniente de quemata

a las células y puede alterar sus propiedades morfológicas. Existen dos tipos de microscopía óptica que permiten

mejorar el contraste sin el empleo de colorantes:


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Microscopía de contraste de fases: permite la observación de montajes en húmedo donde las células permanecen

viables. Fue introducido en 1936 por el médico y matemático holandés Frits Zernike y se basa en el hecho de que las

células poseen un índice de refracción (que es un factor que retrasa la luz cuando atraviesa la muestra) distinto al del

medio. La luz que pasa a través de una célula está, por tanto, en una fase distinta de la que atraviesa el medio. Este

pequeño efecto se amplifica mediante un dispositivo especial situado en la lente objetivo del microscopio de contraste

de fases que se denomina el anillo de fases, dando lugar a la formación de una imagen oscura sobre un fondo brillante.

Microscopía de campo oscuro: es un microscopio óptico en el que el sistema de iluminación incide sobre la muestra

sólo lateralmente. La única luz que es capaz de alcanzar el objetivo es la dispersada por la muestra y, en consecuencia,

los microorganismos se observan brillantes sobre un fondo oscuro. La resolución que se logra en los microscopios de

fondo oscuro es bastante alta y en ellos pueden observarse objetos difícilmente percibidos por microscopía de fondo

claro o de contraste de fases. La microscopía de fondo oscuro es también un método excelente para observar la

movilidad en los microorganismos, ya que esta técnica permite observar los penachos de flagelos

Microscopía d e fluorescencia: se utiliza para visualizar muestras capaces de emitir fluorescencia, es decir, capaces de

emitir a una determinada longitud de onda cuando incide sobre ellas una luz de longitud de onda menor. La

fluorescencia puede deberse a que algunas células poseen sustancias fluorescentes naturales, como la clorofila u otros

compuestos fluorescentes (autofluorescencia) o a que las células se tiñen previamente con un colorante fluorescente.

Por ejemplo, puede emplearse el colorante DAPI (diamidino-2-fenilindol) para identificar células en medioscomplejos

como suelos, aguas, alimentos o muestras clínicas. La microscopía de fluorescencia se usa habitualmente en los

diagnósticos clínicos microbiológicos así como en ecología microbiana para enumerar bacterias en medios naturales

o en suspensiones celulares.

Microscopía de contraste de interferencia diferencial (DIC, de Differential Interference Contrast): es un tipo de

microscopía óptica que emplea una fuente de luz polarizada que pasa a través de un prisma generando dos haces

diferentes de luz, los cuales atraviesan la muestra y entran en la lente objetivo. Aquí los dos rayos de luz se combinan

y, debido a pequeñas diferencias en el índice de refracción de las sustancias que ha atravesado cada rayo, los dos rayos

combinados no están en la misma fase, lo que crea como resultado un efecto de interferencia. Este efecto intensifica

diferencias muy sutiles de la estructura celular y, mediante este tipo de microscopía, adquieren una apariencia

tridimensional objetos como el núcleo de las células eucarióticas, y las endosporas, vacuolas y gránulos de las células

procarióticas. La microscopía de contraste de interferencia diferencial es particularmente útil para la observación de

células no teñidas por su capacidad pararevelar estructuras celulares internas que no son fácilmente aparentes (o que

resultan incluso invisibles) cuando se utiliza la microscopía de fondo claro.

Microscopía de fuerza atómica (AFM, Atomic Force Microscope): resulta muy útil también para producir estructuras

tridimensionales de muestras biológicas. Se sitúa una fina aguja como sonda muy próxima a la muestra que se va a

analizar, de modo que entre la sonda y la muestra se establecen fuerzas atómicas débiles de repulsión. Cuando la

muestra se recorre tanto horizontal como verticalmente, la sonda reproduce los valles y las colinas de la muestra,

registrando constantemente las interacciones con la superficie. Estas señales se registran en una serie de detectores

que generan información digital en una computadora, la cual reproduce la imagen. Aunque las imágenes que se

obtienen con un microscopio de fuerza atómica son similares a las derivadas de un microscopio electrónico de barrido

AFM tiene la gran ventaja de que la preparación de la muestra no requiere ni fijación ni inclusión, lo que permitela

observación de muestras vivas que generalmente no es posible con los microscopios electrónicos.

Microscopía confocal de barrido con láser (CSLM, de Confocal Scanning Laser Microscope): es un microscopio

computarizado que acopla una fuente de luz láser a un microscopio óptico. Esta técnica permite producir imágenes

tridimensionales de microorganismos y de otras muestras biológicas. El rayo láser se enfoca de manera precisa de

modo que sólo se hace visible unplano particular de la muestra y la luz perdida en otros planos focales se elimina. De

esta manera, en una muestra relativamente gruesa, como por ejemplo en un biofilm bacteriano,no sólo se observarán

las célulasde la superficie del biofilm, como ocurriría en el caso de la microscopía óptica convencional, sino también

las células de las diversas capas mediante el ajuste del planode foco del rayo láser. Mediante la iluminación de


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unamuestra con un rayo láser de intensidad variable, se ha logrado mejorar la resolución típica del microscopio óptico

compuesto desde 0,2 µm hasta 0,1 µm. En la microscopía confocal las preparaciones celulares se suelen teñir con

colorantes fluorescentes para facilitarsu visión. Por otra parte, también se pueden crear falsos colores en muestras no

teñidas ajustando el microscopio de tal modo que las diferentes capas presenten colores distintos. El microscopio

confocal con láser está equipado con programas de computadora que reúnen las imágenes digitales obtenidas y

permiten su procesamiento posterior. Las imágenes obtenidas de las diferentes capas se pueden almacenar y luego

superponer digitalmente para reconstruir la imagen tridimensional de la muestra completa. La microscopía confocal

tiene un uso muy extendido en ecología microbiana, especialmente en la identificaciónde las poblaciones celulares

filogenéticamente distintas que están presentes en un hábitat determinado o para determinar los diferentes

componentes de un hábitat estructurado como un biofilm. Su utilidad se extiende a cualquier situaciónque requiera

examinar en profundidad muestras de relativo espesor en cuanto a su contenido microbiano.

MICROSCOPIA ELECTRÓNICA

El microscopio electrónico se emplea para observar estructuras internas o detalles superficiales de las células a

grandes aumentos. La microscopía electrónica utiliza fotones en lugar de electrones para producir imágenes de células

o de estructuras celulares. Los microscopios electrónicos están equipados con cámaras que permiten tomar fotografías

llamadas micrografías electrónicas.

Microscopio electrónico de transmisión (TEM, de Transmission Electron Microscope), las lentes son electromagnéticas

y todo el sistema funciona a alto vacío. Suele emplearsepara el examen de estructuras celulares a muchos aumentos

y elevada resolución. El poder de resolución de este microscopio es mucho mayor que el del microscopio óptico, lo

que permite ver estructuras a nivel molecular.Esto se debe a que la longitud de onda de los electrones es mucho más

corta que la de la luz visible y a que el valor de la longitud de onda afecta a la resolución. El poder de resolución de un

microscopio electrónico de transmisión es de irnos 0,2 nanómetros (nm, 10-9 m). Por tanto, con este tipo de

microscopía se pueden ver incluso moléculas individuales como proteínas y ácidos nucleicos. A diferencia de la luz

visible, los haces de electrones tienen escaso poder de penetración e incluso una célula aislada es demasiado gruesa

para que su contenido pueda visualizarse directamente. Por este motivo, se emplean técnicas especiales para obtener

cortes ultrafinos a fin de poder ver las muestras. Una célula bacteriana, por ejemplo, se corta con una cuchilla especial

en varios cortes ultrafinos (de 20-60 nm de espesor) y se examinan éstos de modo individual en el microscopio

electrónico. Para obtener suficiente contraste, las preparaciones se tiñen antes con colorantescomo ácido ósmico,

permanganato o sales de uranio, de lantano o de plomo, que son sustancias que poseen átomos pesados capaces de

desviar los electrones y aumentarpor tanto el contraste.

Microscopio electrónico de barrido (SEM, Scanning Electron Microscope): Cuando en una muestra sólo se pretende

estudiar las estructuras externas de un organismo no son necesarios los cortes ultrafinos, pudiéndose realizar la

observación de las células intactas o de los componentes celulares de modo directo por el microscopio electrónico de

transmisión tras una técnica denominada tinción negativa. En el microscopio electrónico de barrido, la muestra a

estudiar se recubre primero con una fina capa de un metal pesado, como el oro. El haz de electrones de este

instrumento barre la superficie de la muestra y los electrones desviados por la capa de metal se recogen y proyectan

sobre una pantalla para producir una imagen. En este microscopio se pueden observar muestras de cierto tamaño y

la profundidad de campo es excelente. Además, permite obtener un amplio rango de aumentos, desde 15 hasta

100.000 veces, pero sólo se puede ver la superficie de los objetos.


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Los microorganismos como células

Los Postulados de la Teoría Celular (siglo XIX) son fundamentales en Biología y por lo tanto también en Microbiología;

explican la constitución de la materia viva a base de células y el papel que éstas tienen en la constitución de la vida:

• Todo ser vivo está formado por una o más células.

• La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica y fisiológica del ser vivo.

• Toda célula procede de otra célula preexistente.

• El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.

Una célula aislada es una entidad aislada de otras por una membrana; muchas células contienen además una pared

celular exterior a la membrana. Cada célula contiene una gran variedad de estructuras químicas y organelas. La

membrana forma un compartimento que es necesario para mantener una proporción correcta de constituyentes

internos de la célula y para protegerlos de fuerzas externas. Pero el hecho de que una célula sea un compartimento

no significa que esté cerrada por completo. Por el contrario, la membrana es semipermeable, y por ello, la célula es

una estructura abierta y dinámica. Las células tienen comunicación con su medio ambiente e intercambian materiales,

realizando cambios continuamente.

Retomando la definición de microorganismos como seres vivos recordamos las características de los mismos:

• Organización y Complejidad. La TEORÍA CELULAR plantea que la unidad estructural de todos los organismos

es la CÉLULA. -unidad fundamental de la Vida- Los organismos pueden ser unicelulares y multicelulares

• Metabolismo: La suma de todas las reacciones químicas de la célula que permiten su crecimiento,

conservación y reparación.

• Homeostasis: Para mantenerse vivos y funcionar correctamente los organismos vivos deben mantener la

constancia del medio interno de su cuerpo.

• Crecimiento y desarrollo: En algún momento de su ciclo de vida TODOS los organismos crecen. En sentido

biológico, crecimiento es el aumento del tamaño celular, del número de células o de ambas. Aún los

organismos unicelulares crecen, las bacterias duplican su tamaño antes de dividirse nuevamente.

• Reproducción y herencia: característica que pueda mencionarse como la ESENCIA misma de la VIDA,

capacidad de un organismo para reproducirse (sexual o asexualmente).

• Irritabilidad: capacidad de detectar y responder a los estímulos (cambios físicos y químicos del medio

ambiente), ya sea internos como externos.

• Evolución: Aunque la característica genética de un solo organismo es la misma durante toda su vida, la

composición genética de una especie, comprendida como un todo, cambia a lo largo de muchos períodos de

vida.

Sin embargo una definición abarcativa define a un ser vivo como: "todo aquello que sea capaz de reproducirse

por algún mecanismo y responda a la presión evolutiva".

Considerando la definición abarcativa de Vida el mundo de lo vivo comprende los siguientes grupos:

1. Los organismos celulares Eucariotas (Animales, Plantas, Protozoos, y Hongos)

2. Los organismos celulares Procariotas (Bacterias y Archeas)

3. Los organismos no celulares (Virus)

4. Los ¿no organismos? (Priones)


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Características de los organismos celulares

Todos los organismos celulares muestran alguna forma de metabolismo. Es decir, dentro del entramado del

compartimento físico que define a una célula, se toman nutrientes del medio externo y se los transforma

químicamente. Durante este proceso se produce energía y se eliminan productos de desecho. Todas las células

muestran regeneración y reproducción. Es decir, una célula puede reparar y reemplazar sus componentes según lo

necesite y además puede acumular muchas copias de cada componente antes de repartirlos en una división que

origina dos células. Algunas células experimentan diferenciación, que es un proceso por el que se sintetizan nuevas

sustancias o estructuras que modifican la célula. Por ejemplo, la diferenciación celular es a menudo parte del ciclo vital

de la célula en el que se forman estructuras especiales, como las esporas, relacionadas con la reproducción, la

dispersión o la supervivencia.

Las células responden a señales químicas del medio, incluyendo las producidas por otras células. Las células

«procesan» estas señales de muchos modos que a veces ponen en marcha actividades nuevas. En consecuencia, las

células manifiestan comunicación. Muchas son capaces de tener movimiento propio; en el mundo bacteriano

encontraremos varios mecanismos diferentes de movilidad. Finalmente, a diferencia de las estructuras inertes, las

células pueden evolucionar; con el tiempo, las células cambian sus características y estos cambios se transmiten a su

descendencia.

Antes de mencionar las principales características de los principales grupos microbianos es importante destacar los

siguientes conceptos:

La taxonomía biológica es la rama de la biología que se encarga de clasificar a los organismos.

Se puede considerar como una parte básica y fundamental de la biología, pues es imprescindible clasificar a los

organismos en especies y grupos relacionados para poder estudiarlos con rigor.

Comprende tras partes independientes pero relacionadas:

Clasificación: ordenación de los seres vivos en grupos o taxones en función de semejanzas o parentesco evolutivo. Al

Al preparar un sistema de clasificación, se ubican todos los microorganismos en grupos homogéneos, que a su vez

pertenecena otro grupo mas extenso siguiendo una estructura jerárquica sin superposiciones. Una categoría de

cualquier rango une grupos de nivel inferior en función de propiedades comunes. Principales categorías taxonómicas

utilizadas:

Para los taxónomos que trabajan con organismos superiores ESPECIE es un grupo de poblaciones naturales que se

reproducen entre si y que están asiladas de otros grupos desde el punto de vista de la reproducción. Para los


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microbiólogos: ESPECIE BACTERIANA, es una colección de cepas que comparten numerosas propiedades estables y

que difieren de forma significativa de otros grupos de cepas.

CEPA: población de microorganismos que desciende de un único organismo o de un aislamiento en cultivo puro. Cada

ESPECI se asigna a un GÉNERO: grupo bien definido de una o mas especies que está claramente separado de otros

géneros.

Nomenclatura: se ocupa de asignar nombres a los grupos taxonómicos de acuerdo a normas establecidas. Los nombres

de los grupos microbianos de cada nivel o rango tienen terminaciones (sufijos) característicos: ales para órdenes, eae

para familias. El nombre generalmente latinizado utiliza el sistema binomial, se escribe es cursiva y consta de dos

partes el nombre genérico con la inicial en mayúscula y el epíteto de la especie todo con minúscula al final; Escherichia

coli. Cuando ya se ha mencionado al género previamente puede abreviarse de la siguiente manera E. coli. Para

nombrar a diferentes especies por ejemplo del género Escherichia se nombra: Escherichia spp. Y para mencionar a una

especie del género Escherichia: Escherichia sp.

Identificación: proceso para determinar que un aislamiento particular pertenece a un taxón reconocido Es una ciencia

que requiere la determinación de numerosos caracteres y luego una interpretación rigurosa de los mismos. La

experiencia generada con la clasificación de otros seres vivos, como los animales y los vegetales ayudó a construir una

aproximación para el caso de los microorganismos y en especial para las bacterias; constituye el lado práctico de la

taxonomía, tiende a caracterizar a un aislamiento por un número limitado de análisis, seleccionados en general para

el problema en cuestión, efectúa comparación con especies conocidas y asigna el aislamiento a una especie conocida

o aconseja un estudio taxonómico más profundo.

Caracteres empleados en estudios taxonómicos


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A lo largo del tiempo los criterios taxonómicos han ido variando, por eso es importante señalar que clasificación

seguimos

Los tres dominios de la vida (Clasificación de Woese)

Establece relaciones evolutivas deducidas a través de técnicas de la biología molecular, basadas en comparaciones de

la secuencia de ácidos nucleicos (ARN), ya que todas las células tienen ribosomas, la secuencia del ARN ribosomal es

útil para construir árboles filogenéticos entre los organismos.

Por definición un árbol filogenético es un diagrama que representa las relaciones evolutivas entre organismos. Los

árboles filogenéticos son hipótesis, no hechos definitivos.

• El patrón de ramificación en un árbol filogenético

refleja cómo las especies u otros grupos

evolucionaron a partir de una serie de ancestros

comunes.

• En los árboles, dos especies están más

relacionadas si tienen un ancestro común más

reciente y menos relacionadas si tienen un ancestro

común menos reciente.

• Los árboles filogenéticos pueden dibujarse en varios

estilos equivalentes. Rotar un árbol alrededor de sus

puntos de ramificación no cambia la información

que contiene.


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A partir de la comparación de secuencias de los rRNA se han identificado tres líneas celulares filogenéticas distintas

tas. Estas líneas evolutivas, denominadas dominios, son Bacteria y Archaea (que están constituidas por procariotas) y

Eukarya (que comprende los eucariotas). . Se supone que en los comienzos de la vida sobre la Tierra estos dominios

surgieron por divergencia a partir de un organismo o comunidad ancestral común. El árbol filogenético de la vida revela

dos hechos evolutivos importantes: (1) No todos los procariotas están estrechamente relacionados desde el punto de

vista filogenético, y (2) el dominio Archaea presenta una relación más próxima al dominio Eukarya que al dominio

Bacteria. Por tanto, a partir del antecesor universal común a todas las formas de vida, la diversificación evolutiva inicial

tuvo lugar en dos direcciones: el dominio Bacteria y otra segunda línea evolutiva que eventualmente originó tanto

eldominio Archaea, que retuvo la estructura celular procariótica, como el dominio Eukarya, que no la mantuvo.

DOMINIO Arquea

Todos microorganismos procariotas con la particularidad de ser extremófilos, siendo capaces de crecer a valores

extremos de pH, mayores temperaturas y salinidades que cualquier otro organismo conocido. Las arqueas son

microorganismos constituidos por células procarióticas que presentan varias modificaciones morfológicas,

principalmente la membrana celular, lo cual les otorgar mayor resistencia para tolerar las condiciones ambientales

extremas. Son organismos dominantes en lugares de alta salinidad (salares), alta temperaturas (cráteres de volcanes),

baja cantidad de oxígeno (fondos marinos), etc. Algunas arqueas son muy relevantes porque son metanógenas

(producen metano) como parte integral de su metabolismo.

DOMINIO Bacteria

Son todos procariotas, por lo tanto microbianos y es el grupo que mas abundante de microorganismos. En el se pueden

encontrar:

PROTEOBACTERIAS: constituyen más del 90% de la biomasa activa del suelo. Las eubacterias son microorganismos

unicelulares, Gram positivos o Gram negativos, aeróbicos o anaeróbicos, que pueden presentar forma de cocos,

bacilos o espirilos. El grupo de las eubacterias contiene una enorme variedad de procariotas, algunos patógenos y

otros no. Muchos son descomponedores de la materia orgánica y responsables de la liberación de nutrientes. Además,

muchas especies de eubacterias son patógenas de gran importancia en sanidad animal, humana y vegetal.

ACTINOMYCETES: Forman un grupo de bacterias Gram positivas filamentosas aeróbicas o anaeróbicas. Estas bacterias

al crecer y ramificarse forman estructuras en forma de redes semejantes a las de los micelios de los hongos

filamentosos pero mucho más pequeños. Forman esporas asexuadas que suelen denominarse conidios y que no son

análogas a las de las endosporas (estructuras reproductivas de resistencia) de las bacterias Gram positivas. Si bien

pueden existir algunos actinomycetes acuáticos, la mayoría son terrestres y tienen enorme importancia en los suelos,


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ya que algunos pueden producir enzimas hidrolíticas extracelulares lo cual les permite utilizar grandes moléculas

orgánicas como polisacáridos (almidón, celulosa y hemicelulosa), proteínas y lípidos. Algunos pueden descomponer

hidrocarburos, lignina y taninos. Causan habitualmente un olor semejante a tierra mojada debido a un compuesto que

presentan: la geosmina.

CIANOBACTERIAS: Microorganismos fotosintéticos uni o pluricelulares (filamentosos) que viven en ambientes

terrestres y acuáticos (agua dulce o marinos). La estructura de la pared bacteriana de cianobacterias es similar a la de

bacterias Gram negativas. Filogenéticamente, las cianobacterias representan la transición entre las bacterias y las

plantas superiores, ya que los orgánulos fotosintéticos de los eucariotas (cloroplastos), están relacionados con las

cianobacterias. Las cianobacterias han sido muy importantes para el desarrollo de la vida en la tierra ya que fueron los

primeros organismos con fotosíntesis oxigénica (con producción de oxígeno) que aparecieron en la tierra. La

producción de oxígeno en la tierra primitiva permitió el posterior desarrollo de organismos superiores como las

plantas, animales y el hombre. Tienen pigmentos fotosintéticos como la clorofila a, ficocianinas y ficobilinas que les

otorgan un típico color azul-verdoso

DOMINIO Eukarya

Como todas las células de los animales y de las plantas son eucarióticas, se deduce que los microorganismos

eucarióticos fueron los antecesores de todos los organismos pluricelulares. El árbol de la vida refleja claramente este

hecho, pues los eucariotas microbianos constituyen una rama temprana del árbol mientras que los animales y las

plantas se localizan hacia el extremo terminal. Sin embargo, la secuenciación molecular y otras evidencias han puesto

de manifiesto que las células eucarióticas poseen genes de los dos dominios. Además del genoma empaquetado en

los cromosomas del núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos de las células eucarióticas poseen sus propios genomas

(DNA dispuesto en forma circular, como en los procariotas) y sus propios ribosomas. Usando las técnicas de

secuenciación de rRNA, se ha demostrado que estos orgánulos derivan de antecesores específicos pertenecientes al

dominio Bacteria. Parece pues probable que las mitocondrias y los cloroplastos fueron en otro tiempo células que

vivían en estado libre y que establecieron una existencia intracelular dentro de células de Eukarya en tiempos

primigenios. El proceso por el que ocurrió esta adaptación estable se conoce como endosimbiosis.

Dentro de este grupo también existen microorganismos, obviamente EUCARIOTAS:

ALGAS: Realizan fotosíntesis oxigénica y generalmente habitan en ambientes acuáticos (de agua dulce y marinos).

Pueden ser unicelulares microscópicas (constituyendo el fitoplancton) o pluricelulares (filamentosas) y de gran tamaño

viviendo fijas o flotantes en el agua.Existen varios tipos y morfologías de algas; las algas verdes (clorófitas) crecen

principalmente en agua dulce y tienen clorofila a y b pero carecen de ficobilinas. Otras como las algas rojas (rodófitas)

tienen clorofila a y un pigmento llamado ficoeritrina que les otorga el color rojo característico. Estas algas viven

predominantemente en hábitats marinos. La importancia de las algas radica en que son productores primarios en

ecosistemas acuáticos.

PROTOZOOS: Microorganismos unicelulares que no presentan pared celular. Pueden ser ameboidales, móviles

(ciliados o flagelados) o inmóviles. Pueden ser acuáticos (marinos o de agua dulce) y terrestres. Muchos pueden ser

predadores de bacterias, otros son saprofitos y también pueden ser parásitos. Muchos juegan un importante rol en la

salud humana ya que son los responsables de importantes enfermedades como la enfermedad de Chagas, donde el

protozoo (Trypanosoma cruzi) es transmitido a través de la vinchuca; o la malaria, donde el protozoo (Plasmodium

spp.) es transmitido por los mosquitos.

HONGOS:

Hongos son pluricelulares (Frecuentemente llamados MOHOS): forman un entramado de filamentos denominados

hifas. Las hifas a menudo crecen juntas formando unos ovillos compactos denominados colectivamente micelios. Las

hifas pueden ser septadas (con paredes que la dividen en células separadas) o cenocíticas (muchos núcleos sin

formación de septos)). Los hongos forman esporas asexuadas (conidios) a partir de hifas que se extienden desde el


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micelio. No obstante, algunos hongos pueden formar estructuras reproductivas macroscópicas denominadas setas

(cuerpos de fructificación) que también producen esporas.

Hongos unicelulareas (LEVADURAS): microscópicos, habitan el suelo o sobre la materia vegetal muerta y cumplen

una importante función en la degradación de la materia orgánica. Una función ecológica importante de los hongos es

la descomposición de la lignina (constituyente importante de plantas leñosas) y de la celulosa.

Algunas especies de hongos establecen simbiosis con algas superiores o con cianobacterias, formando los

organismos llamados líquenes.

Las clasificaciones anteriores dejan excluidos a otro tipo de “organismos no celulares”: como Virus y Priones; las mas

recientes los incluyen considerándola vida acelular

VIRUS

A los virus les faltan muchos de los atributos de las células entre los cuales el más importante es que no son sistemas

abiertos dinámicos. Una partícula viral es una estructura estática, incapaz de cambiar o reponer sus partes. Carecen

de organización celular, de capacidad metabólica propia y de autoduplicación, solo son capaces de reproducirse

cuando infectan a una célula. En sentido estricto no se los considera microorganismos, sino entidades biológicas. Son

considerados “parásitos intracelulares obligados” de células vivas; esta característica provoca que sean causantes de

importantes enfermedades en plantas, animales y el hombre. También pueden infectar bacterias (bacteriófagos) y

arqueas. Los virus presentan una amplia diversidad de formas y tamaños y son unas 100 veces más pequeños que las

bacterias. Una partícula vírica completa, conocida como virión, consiste en un ácido nucleico rodeado por una capa

proteica protectora llamada cápside. Las cápsides pueden tener forma helicoidal o icosaédrica. Además, los virus

pueden estar rodeados de una envoltura que es una capa lipídica externa que rodea al virus.

PRIONES

Los priones carecen por completo de una estructura celular tienen una estructura molecular sencilla, no son ni mas ni

menos que una proteína, pero son proteínas "rotas", mal dobladas. La configuración de estas proteínas provoca

cambios en sus proteínas similares, rompiéndolas a su vez. Pero los priones, al contrario que virus y bacterias, no

tienen ni ADN ni ningún tipo de maquinaria específica para reproducirse. En realidad son las piezas que conforman

cualquier estructura biológica. Están compuestas, por lo tanto, sólo de aminoácidos, formando la proteína. Son los


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agentes causantes de un grupo de patologías neurodegenerativas letales características de mamíferos, también

conocidas como encefalopatías espongiformes transmisibles. Estos agentes son capaces de propagarse dentro de un

mismo huesped causando una lesión espongiótica y de transmitirse de huesped a huesped con elevados tiempos de

incubación. A diferencia de virus y viroides, son resistentes a tratamientos inactivantes de ácidos nucléicos, pero

comparten con éstos la existencia de una variabilidad de inóculos dentro de la misma especie (diferenciables por el

patrón de la lesión y la magnitud del tiempo de incubación) y de una infectividad sujeta a barrera de especie

Microorganismos como células

Todas las células tienen Elementos comunes (invariables), es

decir se encuentran en todos y son absolutamente esenciales

para la vida. Los Elementos no comunes (variables), se

encuentran en algunas células (no en todas) y que están

asociadas a funciones específicas.

Los estudios con el microscopio electrónico permitieron

reconocer diferencias en la organización subcelular de los

organismos y confirmar la existencia de dos tipos de células:

Eucariota, unidad estructural de animales, vegetales, protozoos,

hongos y algas

Procariota, característica de los organismos más simples, las

bacterias.

Organización de la Célula Eucariota

Su tamaño es mucho mayor y con un modelo de organización mucho más complejo que las procariotas.

En el citoplasma es posible encontrar un conjunto de estructuras

celulares rodeadas por membranas que cumplen diversas funciones y

que en conjunto se denominan organelas.

Frecuentemente se describen dos principales células eucariotas: células

animales y vegetales. Las células animales no poseen pared celular y las

células vegetales presentan por fuera de la membrana plasmática, una

pared celular que les brinda protección (compuesta de celulosa).


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No debe olvidarse particularmente en microbiología que Algas, Hongos y Protozoos también presentan células

eucariotas.

Organización de la Célula Procariota

Las células procariotas son las más simples estructuralmente (no presentan orgánulos

celulares) y también en general son las más pequeñas.

Tienen estructuras permanentes (presentes en todas): como la membrana plasmática

que contiene pliegues hacia el interior (invaginaciones) que están relacionados con

diversas funciones. La célula procariota por fuera de la membrana plasmática está

rodeada por una pared celular (compuesta por peptidoglicano).

Las paredes celulares de bacterias presentan una capa rígida que es la responsable de la resistencia de la pared celular.

La capa rígida, denominada peptidoglicano, es un polisacárido formado por dos derivados de azúcares —N-

acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico— y un pequeño grupo de aminoácidos que incluye L-alanina, D-alanina,

D-glutámico y lisina o en su lugar ácido diaminopimélico (DAP). Estos componentes se unen entre sí para formar una


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estructura repetitiva que constituye el tetrapéptido del glicano. Las distintas

cadenas se conectan entre sí por puentes peptídicos que se establecen a través

de los aminoácidos del tetrapéptido. Los enlaces glicosídicos que unen los

azúcares en las cadenas del glicano son enlaces covalentes que proporcionan

rigidez a la estructura solamente en una dirección del espacio, de modo que tan

solo tras el entrecruzamiento mediante los puentes peptídicos se logra la

rigidez bidimensional característica de la capa de peptiglicano

Las bacterias se dividen en dos grandes grupos, grampositivas y gramnegativas:

diferencias en la estructura de las paredes celulares notables por microscopía

electrónica. En las gramnegativas la pared celular es una estructura compuesta

por varias capas y bastante compleja, mientras que en las grampositivas es

generalmente más ancha y está formada fundamentalmente por un solo tipo

de molécula.En especies gramnegativas existen capas adicionales que se sitúan

en el exterior de la capa de peptidoglicano. El número de puentes peptídicos no

es igual en todas las especies de bacterias, y las paredes más rígidas son aquellas que presentan mayor número de

puentes intercatenarios. En las bacterias gramnegativas los puentes se establecen, por lo general, mediante enlace

peptídico directo entre el grupo amino del diaminopimélico de una cadena y el grupo carboxilo de la D-alanina terminal

de otra cadena adyacente.

Mediante una tinción diferencial muy conocida denominada Tinción de Gram es posible distinguirlas.

Fundamento de la Tinión de Gram: si bien se ha demostrado que la pared no toma el colorante, cumple un papel

importante en el equilibrio de pasaje y retención del colorante primario. Tanto las células Gram positivas, como las


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Gram negativas, acumulan el colorante primario (Cristal Violeta) por medio de un eslabón iónico entre los grupos

básicos del colorante y los grupos ácidos de la célula.

Intervención de sus componentes: La composición química, la permeabilidad y la integridad de la pared celular

intervienen en la diferenciación de Gram. Algunos autores sugieren que en las bacterias que dan reacción positiva

(retienen el cristal violeta) existe un complejo especial de magnesio: ácido ribonucleato de magnesio -proteína- hidrato

de carbono, el cual forma un complejo insoluble con el colorante y el iodo. Se demostró que si se extrae Ribonucleato

de Mg por acción de sales biliares, los Gram positivos se tornan Gram negativos y colocándolo nuevamente vuelven a

ser Gram positivos. Sin embargo, no hay conversión de Gram negativo a Gram positivo por el agregado de Ribonucleato

de magnesio. El complejo proteína-ribonucleato de magnesio también se puede reducir por tratamiento con RNAsa o

por autólisis espontanea. Con esta última se explica la frecuente presencia de Gram negativos en cultivos viejos de

especies Gram positivas. Otra hipótesis es que las bacterias Gram negativas contienen un porcentaje más alto de

lípidos que las Gram positivas y sus paredes son más delgadas, ya que tienen una cantidad mucho menor de péptido

glucano. El tratamiento con alcohol extrae lípidos con lo que aumenta la porosidad o permeabilidad de la pared celular

Gram negativa. Así, el complejo cristal violeta iodo (CV-I) puede extraerse, y los microorganismos se destiñen. Las

paredes celulares de las bacterias Gram positivas, por su composición diferente (bajo contenido lipídico), se

deshidratan bajo tratamiento con alcohol; los poros disminuyen y no se logra extraer el complejo CV-I. Probablemente,

el grosor de la pared celular más la deshidratación por acción del solvente decolorante que impide la salida del

complejo Cristal Violeta-Iodo, también sea la causa por la cual las levaduras se tiñen como microorganismos Gram

positivos aunque su estructura química sea distinta.

Endoesporas

Las endoesporas son estructuras especiales que algunas bacterias forman intracelularmente durante un proceso

denominado esporulación. Representan el “Estado durmiente” de un ciclo de vida bacteriano del tipo:

Son células diferenciadas, extraordinariamente resistentes al calor, a agentes químicos agresivos y a la radiación, que

funcionan como estructuras de supervivencia, capacitando así al organismo para resistir condiciones adversas como

temperaturas extremas, desecación, limitación de nutrientes y muchas más. Es una estructura ideal de dispersión por

el viento, el agua y el intestino de animales. Las bacterias que forman endosporas se encuentran habitualmente en el

suelo y los géneros endosporulantes mejor estudiados son Bacillus, Clostridium, Sporosarcina.

El descubrimiento de las endosporas (siglo XIX, Ferdinand Conh, botánico y bacteriólogo alemán), fue trascendental

para la microbiología ya que el conocimiento de estas formas bacterianas de alta resistencia al calor fue decisivo para

el desarrollo de los métodos de esterilización (eliminación total de los microorganismos).

Las células no esporulan cuando están en crecimiento sino cuando cesa el crecimiento debido a la desaparición de un

nutriente esencial. Por ejemplo, las células de Bacillus, una bacteria típica formadora de endosporas, cesan el

crecimiento vegetativo y comienzan la esporulación cuando un nutriente carbonado o nitrogenado llega a ser un factor

limitante. Una bacteria es capaz de permanecer en estado latente durante muchos años pero también puede dar lugar

a una célula vegetativa de un modo relativamente rápido.

Estructura de la endospora: Mucho más compleja que la de una célula vegetativa porque posee varias capas. La capa

más externa llamada exosporium, es una cubierta fina y delicada de naturaleza proteica. Por debajo se encuentra la

cúticula formada por proteínas específicas. Por debajo de esta se encuentra el cortex (corteza), que es una capa

compuesta por peptidoglicano con uniones laxas y hacia el interior del cortex está el núcleo que contiene la pared

celular, membrana celular, el citoplasma, nucleoide, etc.


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La ubicación de la endoespora en el citoplasma tiene relevancia taxonómica.

Las endosporas aparecen por microscopía óptica como estructuras muy

retráctiles, son impermeables a la mayoría de los colorantes, de modo

que con frecuencia se observan como regiones no teñidas dentro de las

células que han sido teñidas con colorantes básicos como el azul de

metileno. Para teñir las endosporas se deben usar procedimientos

especiales utilizando un protocolo como el del colorante verde

malaquita suministrado en caliente.

Los factores que intervienen en la

formación de las endosporas son

complejos, pero se conoce que la falta

de alimento es un factor clave para

iniciar el proceso de esporulación. El

primer paso para la formación de una

endospora consiste en que la célula

vegetativa madre gasta toda la

energía en dividirse y formar las capas

externas. Una de las sustancias

químicas que es característica de las

endosporas y que no se encuentran

en las células vegetativas es el ácido

dipicolínico (piridin dibenzoico) que se

localiza en el núcleo de la espora. Las


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esporas son ricas en iones de calcio que en su mayoría se combinan con el ácido dipicolínico formando complejos

calcio-ácido dipicolínico (llamados dipicolinatos de calcio). Los complejos de dipicolinato de calcio reducen la

disponibilidad de agua dentro de las endosporas, favoreciendo su deshidratación. Además, los complejos se intercalan

en el ADN, insertándose en las bases, y de esta manera estabilizan el ADN frente a la desnaturalización por el calor.

El citoplasma de una endospora madura difiere mucho del de una célula vegetativa de la cual se ha originado. El escaso

citoplasma se encuentra en un estado "criptobiótico" sin actividad enzimática y muy desecadoLa deshidratación

incrementa ampliamente la termoresistencia de la endospora y al mismo tiempo le confiere resistencia a algunas

sustancias químicas como el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). Además, el citoplasma contiene gran cantidad

de proteínas pequeñas que se forman durante el proceso de esporulación (formación de la espora) y que le otorgan a

la espora resistencia al calor seco, radiación ultravioleta y a la desecación.

El citoplasma queda reducido a un gel de proteínas con escasa cantidad de agua.

Aunque son resistentes al calor y a la radiación extremos, las endosporas pueden ser destruidas mediante estos

tratamientos. Así, la exposición al calor extremo por periodos largos de tiempo, así como la exposición prolongada a

la radiación, (rayos gamma por ejemplo), matan a las endosporas.

La ebullición no tiene efectos negativos sobre la viabilidad de la endospora. Al mismo tiempo, la deshidratación

también confiere resistencia frente a compuestos químicos como el peróxido de hidrógeno y causa que las enzimas

del núcleo de la endospora estén en estado inactivo. Junto al bajo contenido hídrico de la endospora, el pH intracelular

es casi una unidad más bajo que el del citoplasma de la célula vegetativa.

Algunas endosporas bacterianas sobreviven a tratamientos térmicos de 150 °C, aunque 121°C, que es la temperatura

estándar para la esterilización en un autoclave mata a las endosporas de la mayoría de las especies.

Pasos de la esporulación

Activación: se logra fácilmente por calentamiento de las

endosporas recién formadas, a una temperatura subletal

pero elevada.

Germinación: las endosporas activadas quedan así

condicionadas a germinar cuando se colocan en presencia

de nutrientes adecuados (aminoácidos –alanina-). La

espora absorbe agua, se hincha y su cutícula se rompe. La

nueva célula vegetativa empuja hacia fuera de la cutícula y

empieza a dividirse.Normalmente un proceso rápido que

ocurre en cuestión de minutos y supone la pérdida de

refringencia de la espora, un aumento en la capacidad de

tinción por colorantes, y la pérdida de resistencia al calor y

a compuestos químicos.

Crecimiento: es el estado final caracterizado por un

hinchamiento visible de la célula debido a la acumulación

de agua y a la síntesis de RNA, proteínas y DNA. A

continuación, la célula emerge una vez rota la cubierta de

la endospora y comienza a crecer manteniendo el estado

vegetativo hasta que nuevamente detecta señales

ambientales que ponen en marcha la esporulación.


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Ventajas de ser pequeños

La mayoría de los procariotas de gran tamaño son microorganismos quimiolitótrofos del azufre o cianobacterias: El

quimiolitótrofo del azufre Thiomargarita es el procariota que con 750 µm es casi visibles a simple vista. Se supone que

la limitación en la toma de nutrientes es un factor limitante que determina los límites superiores del tamaño de las

células procarióticas.En una célula, la velocidad de su metabolismo es inversamente proporcional al cuadrado de su

tamaño y por tanto, en células muy grandes, los procesos de transporte pueden llegar a limitar el metabolismo hasta

el punto de que la célula ya no es competitiva respecto a células menores. En el mundo de los procariotas, la presencia

de células muy grandes no es la norma.

Tener mucha superficie en relación al volumen corporal le otorga a las células alta capacidad de intercambio con el

medio. Esto significa que los organismos tienen una alta tasa de absorción (de agua, gases, alimentos) y de excreción.

Las células pequeñas poseen más área superficial en relación al volumen celular que las células más grandes; es

decir, tienen una relación superficie/volumen mayor. Una alta tasa de absorción determina una alta disponibilidad

de nutrientes, lo que favorece un metabolismo muy activo. Por esta causa, se sabe que los organismos de tamaño

reducido tienen una tasa metabólica más elevada que los de mayor tamaño.

Reducido tiempo de generación: todo organismo con alta tasa metabólica tiende a tener también una alta tasa

reproductiva. Sumado a que los microorganismos se reproducen generalmente de manera asexual (por fisión binaria),

hace que las divisiones celulares sean muy frecuentes (algunos se dividen cada 15 minutos) y que el aumento de la

población sea exponencial.

Alta diversidad genética: cuando el ADN se duplica frecuentemente, tiene altas probabilidades de sufrir mutaciones.

Los microorganismos presentan altas tasas de mutaciones lo cual provoca que la variabilidad genética sea muy alta y

que la variación genotípica en bacterias sea evidente en cortos períodos de tiempo.

Distribución muy amplia: el hecho de tener alta variabilidad genética confiere a los microorganismos la posibilidad de

adaptarse a ambientes muy diferentes (ubicuidad). Prácticamente no existe ningún lugar en el planeta que no esté

habitado por microorganismos (salvo la sangre y órganos de animales sanos).

Variabilidad metabólica: esta alta capacidad de adaptación lleva implícito que los microorganismos puedan tener una

enorme variedad de metabolismos totalmente diferentes del resto de los organismos vivos.


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Clasificación bacteriana

Siguiendo la Clasificación de Woese, basado en la comparación de ARN ribosomal el árbol filogenético para el Dominio

Bacteria es el siguiente:

Las BACTERIAS pueden clasificarse desde diferentes puntos de vista. Las familias, géneros, especies, sub-especies,

biovariedades, son descriptas en el Bergey´s Manual of Systematic Bacteriology. Toma en cuenta numerosos

caracteres evaluados en clave dicotómica. Las secciones son categorías informales empleadas para dividir el Manual

en partes manejables (30 o más secciones con títulos formales como: metanógenicos, Bacillus, Lactobacillus,

Halobacterias, Espiroquetas.

CLASIFICACIÓN FENOTÍPICA:

Morfología microscópica: en este punto hacemos referencia a la forma de las células. Para un organismo unicelular

será la forma del microorganismo.La forma de las bacterias no es un aspecto trivial; es una característica que está

genéticamente dirigida y ha sido seleccionada para asegurar la adaptación de la especie a un hábitat particular. Vale

recordar que las bacterias están comprendidas dentro de los organismos procariotas, tienen una estructura interna

simple y carecen de orgánulos rodeados de membranas.


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Morfología macroscópica: aspecto de la colonia, su pigmentación, el tamaño forma y olor.

PRUEBAS BIOQUÍMICAS/ METABÓLICAS

Determinación de la presencia o ausencia de marcadores bioquímicos específicos:

-Capacidad de fermentación de hidratos de carbono específicos

-Utilización de diferentes fuentes de Carbono

-Presencia de lipasas, proteasas o nucleasas específicas

-Presencia de enzimas hidrolíticas específicas

Con fines epidemiológicos se pueden subdividir los grupos de microorganismos en Biotipos

Serotipo (Cuando un microorganismo es inerte a las pruebas bioquímicas Se utiliza un Ac para detectar ciertos Ag

bacterianos)

Antibiograma: patrones de sensibilidad de los microorganismos a antibiotícos

DIVERSIDAD MICROBIANA

En la naturaleza, las células microbianas viven asociadas a otras en conjuntos llamados poblaciones. Las poblaciones

microbianas son grupos de células que derivan de una única célula parental por divisiones celulares sucesivas. El medio

en el que se desarrolla una población microbiana se denomina hábitat. En los hábitats microbianos, las poblaciones

celulares raramente viven aisladas, por lo general se relacionan con otras poblaciones en conjuntos llamados

comunidades microbianas. En una comunidad microbiana, la diversidad y abundancia de microorganismos está

controlada por los recursos (alimentos) y por las condiciones (temperatura, pH, concentración de oxígeno, etc.) que

existen en el medio. El estudio de los microorganismos en sus ambientes naturales constituye la ecología microbiana.

Estamos rodeados de vida microbiana. Un examen de materiales tan naturales como el suelo o el agua siempre revela

la presencia de células microbianas, e incluso también pululan los microorganismos en hábitats tan poco comunes

como los manantiales de aguas termales o los hielos de los glaciares. A estos microorganismos se los denomina

“extremófilos” (del griego “filo” que significa amante), son aquellos a los que les encanta vivir en los lugares más

inhóspitos y extremos de la tierra, algunos incluso son incapaces de vivir en condiciones fisiológicas estándar

consideradas como “normales”.


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Aunque los microorganismos son tan diminutos están muy extendidos por toda la Tierra, parecen no tener importancia

por su tamaño, pero si las contásemos veríamos que alcanzan un número sorprendente. Los cálculos sobre el número

de células microbianas existentes en la Tierra señalan que el total es el del orden de 5 x 1030 células. La cantidad total

de carbono presente en este número tan enorme de células pequeñas iguala al carbono de todas las plantas de la

Tierra. Pero además, el contenido global de nitrógeno y de fósforo en las células microbianas supera en más de 10

veces el que corresponde a toda la biomasa vegetal. Por tanto, las células microbianas, por pequeñas que sean,

constituyen la mayor porción de biomasa sobre la Tierra y son reservas importantes de nutrientes esenciales para la

vida. Resulta igualmente llamativo el hecho de que la mayoría de las células microbianas no se encuentran en la

superficie terrestre sino en capas profundas de los océanos y de la corteza terrestre. Como ejemplo, las profundidades

de hasta 10 km bajo la superficie aún parecen habitadas por la vida microbiana.

En el número de eucariotas identificados predominan las especies

de animales, pero como puede observarse algas, hongos y

protozoos son numerosos. Por otro lado, hasta ahora han podido

identificarse creciendo in vitro 10.800 especies de procariotas

(10.358 bacterias y 502 arqueas catalogadas). Con técnicas de

secuenciación masiva se calcula que el número total de

microorganismos en el planeta es de 1030, esto es un uno seguido

de treinta ceros, trillones de billones de microbios. El Proyecto

Microbioma Global (Earth Microbiome Project) es uno de los tantos

proyectos en búsqueda de catalogar los posibles microorganismos.

Las poblaciones microbianas interaccionan y cooperan de varios modos, y estas relaciones pueden ser beneficiosas o

perjudiciales. Por ejemplo, los productos de desecho de las actividades metabólicas de algunos microorganismos

pueden servir de nutrientes para otros. Los microorganismos también interaccionan con su ambiente físico y químico.

Las características de los hábitats son notablemente diferentes: un factor que favorece el crecimiento de un

microorganismo concreto puede ser dañino para otro. En conjunto, denominamos ecosistema a todos los organismos

vivos y a las condiciones físicas y químicas de su entorno. Existen importantes ecosistemas en los medios acuáticos

(océanos, estanques, lagos, corrientes, hielo, fuentes termales) y en los medios terrestres (suelo, profundidades bajo


24

la superficie), así como en otros organismos (plantas y animales). Un ecosistema está influenciado — e incluso

controlado— por las actividades microbianas. Los procesos metabólicos llevados a cabo por los microorganismos

requieren la obtención de nutrientes del ecosistema y su uso para construir nuevas células. Al mismo tiempo, eliminan

productos de desecho al medio ambiente. Así, con el tiempo, los ecosistemas microbianos se extienden y contraen en

función de los recursos y las condiciones disponibles, de modo que las actividades metabólicas de los microorganismos

modifican gradualmente los ecosistemas, tanto desde el punto de vista químico como físico.

El hábitat puede cambiar así de modo significativo. Porejemplo, el oxígeno molecular (02) es un nutriente vital para

algunos microorganismos pero resulta venenoso para otros. Si los microorganismos que consumen oxígeno (aerobios)

agotan el oxígeno de un hábitat convirtiéndolo en anóxico (carente de 02), las nuevas condiciones pueden favorecer

el crecimiento de microorganismos anaerobios previamente presentes en el hábitat pero que eran incapaces de

crecer. Por ello, a medida que cambian los recursos y las condiciones en los hábitats microbianos, las poblaciones

celulares aumentan o descienden, cambiando de nuevo el hábitat.

La DIVERSIDAD MICROBIANA (estructural y funcional) es el resultado de la evolución microbiana. La DIVERSIDAD

FISIOLÓGICA es una de las formas en las que se expresa la diversidad microbiana.

Dependiendo de la fuente de energía que utilicen se agrupan en clases metabólicas.

La clasificación metabólica se establece considerando:

1. Fuente de Energia

2. Tipo de Compuesto que oxidan (Orgánico o Inorgánico)

3. Tipo de Carbono Celular (CO2 o moléculas orgánicas)

Según la fuente de energía que incorporan se clasifican en:


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Los microorganismos según su fuente de Carbono son clasificados de la siguiente manera:

Los matabolismos mas frecuentes son los siguientes:


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Crecimiento microbiano

En microbiología se denomina crecimiento al incremento en el número de células. La célula microbiana aislada tiene

un período de vida finito y la especie sólo se mantiene como resultado del crecimiento continuo de la población. La

mayor cantidad de los microorganismos se reproduce por Fisión binaria, «binaria» expresa el hecho de que se forman

dos células a partir de una (también es importante la gemación por ejemplo en levaduras).

En un cultivo de una bacteria bacilar como Escherichia coli, las células se alargan hasta alcanzar aproximadamente dos

veces su longitud original y luego se forma un tabique que separa a la célula en dos células hijas. El tabique se conoce

como SEPTO.

TIEMPO DE GENERACIÓN tiempo transcurrido en el que una célula, se

divide para formar dos. El tiempo necesario para completar una

generación en las bacterias es muy variable y depende de varios factores,

tanto nutricionales como genéticos. Bajo las mejores condiciones

nutritivas la bacteria Escherichia coli puede completar el ciclo en unos 20

minutos. Unas cuantas bacterias pueden crecer incluso más rápidamente,

pero la mayoría lo hacen más lentamente. En la naturaleza es probable

que las células microbianas crezcan mucho más despacio que a su

velocidad máxima, porque raramente se presentan a la vez las condiciones

y los recursos que permiten un crecimiento óptimo.

Durante este tiempo de generación, todos los constituyentes celulares

aumentan proporcionalmente, y se dice que están en crecimiento

equilibrado. Se dan un gran número de reacciones químicas y

transformaciones energéticas como biosíntesis de las unidades básicas de

las macromoléculas, así como los diversos cofactores y coenzimas

necesarios para las reacciones enzimáticas. Fundamentalmente se dan reacciones de síntesis celular, de

polimerización, para formar las macromoléculas. Una vez que se acumulan en el citoplasma de la célula, se ensamblan

en nuevas estructuras celulares como la pared celular, la membrana citoplasmática, los flagelos, los ribosomas, los

cuerpos de inclusión, los complejos enzimáticos, etc., lo cual conduce finalmente a la división.Cada célula hija recibe

un cromosoma completo y suficientes copias de todas las otras macromoléculas, monómeros e iones inorgánicos, para


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existir como célula independiente. El reparto del DNA duplicado entre las dos células hijas depende de la unión del

DNA a la membrana durante la división, y la segregación real de las dos copias es facilitada por la formación del septo

Para la división celular normal son esenciales varias proteínas presentes en todos los procariotas; las llamadas

proteínas Fts. Este nombre deriva del inglés «Filamentous íemperature sensitive. Las proteínas Fts están distribuidas

universalmente entre los procariotas, incluyendo Archaea, y se han encontrado también proteínas de este tipo en las

mitocondrias y cloroplastos. En la célula, las proteínas Fts forman un aparato de división que se llama el divisoma. En

células bacilares, su formación comienza con la unión de moléculas de Fts formando un anillo alrededor del cilindro

celular que se sitúa hacia el centro de la célula, luego se unen otras proteínas de anclaje y moléculas que permiten la

síntesis de peptidoglicano.

El anillo se forma en el espacio entre los nucleoides duplicados porque, antes de que los nucleoides se separen, éstos

bloquean la formación del anillo Fts. La localización del punto medio real parece debida a una serie de proteínas

llamadas Min. Así como existen proteínas que dirigen la división celular, existen otras proteínas específicas que

determinan la forma celular. Tales proteínas muestran una homología muy notable con proteínas del citoesqueleto

de células eucarióticas. La principal proteína que determina la forma en procariotas se denomina MreB. MreB se

dispone se dispone como un muelle a lo largo del eje mayor de la célula bacilar, contactando con la membrana

citoplasmática en varios puntos. MreB recluta otras proteínas que dirigen la síntesis de peptidoglicano. La inactivación

del gen que codifica MreB en bacilos, convierte a las células en cocos. Las bacterias con forma de coco carecen de

proteínas MreB y de los genes que las codifican.


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Crecimiento poblacional: Si una sola célula que tiene un tiempo de generación de 30 minutos es posible predecir un

modelo de crecimiento poblacional, en el que en cada período fijo de tiempo se dobla el número de células, a esto se

denomina crecimiento exponencial. Cuando en un sistema de coordenadas se representa aritméticamente el número

de células de un experimento en función del tiempo transcurrido, se obtiene una curva cuya pendiente aumenta

constantemente Sin embargo, si representamos el número de células en una escala logarítmica y el tiempo en una

escala aritmética (resultando una gráfica semilogarítmica) obtenemos una línea recta. Esta función lineal es un

indicador inmediato de que las células están creciendo exponencialmente: la población celular se duplica en un

intervalo que es constante.

Velocidad de crecimiento: Cambio en el número de células (o masa de células) por unidad de tiempo. La velocidad

específica de crecimiento es característica para cada tipo de microorganismo y medio de cultivo (sustrato).

La fase llamada de crecimiento exponencial es solo una parte del ciclo de crecimiento de una población celular.


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CULTIVO DISCONTINUO O BATCH

En un sistema cerrado o con medio no renovado, también llamado cultivo monofásico o en batch, el crecimiento

exponencial de una población no puede continuar indefinidamente y se obtiene una típica curva de crecimiento.

Las curvas de crecimiento son distintas según el tipo de microorganismo y según variemos las condiciones del cultivo

pero, a pesar de ello, todas ellas tienen en común una serie de fases:

• Fase de lag o fase de latencia: es una fase de adaptación. Se corresponde con la primera parte de la curva, y

en ella el número de células viables permanece prácticamente constante.

• Fase logarítmica o exponencial: es la fase en la cual los microorganismos se multiplican con rapidez. Durante

cada intervalo de duplicación se producen tantas nuevas células como se habían producido anteriormente de

manera acumulada. La fase continúa mientras no existan factores limitantes del crecimiento: agotamiento de

nutrientes, la acumulación de productos metabólicos tóxicos o una combinación de ambos.

• Fase estacionaria en la cual no varía el número de microorganismos. En los cultivos en laboratorio

posteriormente tiene lugar la

• Fase de muerte en la cual el número de microorganismos comienza a disminuir.


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CULTIVO CONTINUO

Se trata de un sistema abierto. El tipo más común de aparato utilizado para cultivo continuo es el quimiostato.En este

recipiente el cultivo continuo mantiene un volumen constante, al que se añade continuamente medio fresco a una

velocidad constante y del que rebosa continuamente medio usado con células a la misma velocidad.Se puede controlar

tanto la velocidad de crecimiento como la densidad de población de un cultivo de modo independiente y simultáneo.

Para lograr este control en un quimiostato son importantes dos factores

( 1 ) la velocidad de dilución, que es la velocidad con que se bombea el medio fresco y se retira medio gastado

(2 ) la concentración de un nutriente limitante, tal como la fuente de carbono o de nitrógeno, que está presente en el

medio estéril que entra en el recipiente del quimiostato.


31


32

Genética bacteriana

El material genético de las bacterias se caracteriza por una molécula de ADN doble cadena circular y cerrada de

manera covalente, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. Se encuentra en el nucleoide (que significa como

el núcleo) es una región de forma irregular dentro de la célula de un procariota que contiene la totalidad o la mayor

parte del material genético, llamado GENOPHORE, no está rodeado por una membrana.

La evidencia experimental sugiere que está compuesto en gran parte de ADN, aproximadamente 60%, con una

pequeña cantidad de ARN y proteína . Es probable que los dos últimos constituyentes sean principalmente el ARN

mensajero y las proteínas del factor de transcripción que regulan el genoma bacteriano.

Las proteínas que llevan a cabo la organización espacial dinámica del ácido nucleico se conocen

como proteínas nucleóides o proteínas asociadas a nucleótidos (NAP) y son distintas de las histonas de núcleos

eucariotas.

El cromosoma bacteriano también se denomina replicón porque posee los elementos de control necesarios para la

replicación. Tiene un origen en el cual se inicia la replicación y puede o no tener un sitio de terminación.

Las bacterias poseen enzimas capaces de alterar la estructura del ADN, modificando su superenrrollamiento:

agregando o eliminando vueltas superhelicoidales y cumplen un rol importante en los procesos de replicación y

transcripción del ADN. Además, es interesante mencionar que algunas de las topoisomerasas como la ADN girasa, son

blanco de acción de los antibióticos del grupo de las quinolonas, como el ácido nalidíxico.

La información codificada en un genoma bacteriano dirige todas las funciones necesarias para mantener un sistema

vivo funcional y auto-replicante, desde tareas básicas como la absorción de nutrientes y energía hasta complejas

coordenadas, como la división celular. El genoma humano se abarca de 23 pares de cromosomas lineales, y de

aproximadamente 3000 megabases (Mb) de ADN, mientras que el genoma de Escherichia coli consiste en un solo

cromosoma de la circular del Mb 4.6.

Los plásmidos son material genético extracromosómico, ADN circular, de doble hélice, que se replican independientes

del cromosoma bacteriano (replicones), el número de copias es característico y varía de una célula a otra. Se dividen

por fisión binaria antes que ocurra la división celular. El tamaño de un plásmido y el número por célula se usan como

carácter taxonómico. Su función no está relacionada al metabolismo vital de la célula sino que alberga genes que

codifican funciones accesorias: resistencia a antibióticos, metales pesados, codificación de virulencia, producción de

bacteriocinas, sideróforos, entre otras.

Mecanismos de variabiliadad fenotípica y genotípica

Las bacterias presentan mecanismos de variación fenotípica es decir pueden cambiar su expresión génica favoreciendo

la síntesis de los productos de ciertos genes y reprimiendo la de otros. Las bacterias tienen muchos mecanismos para

controlar la expresión de sus miles de genes, con cual logran que el producto de un gen determinado, solo se sintetice

cuando es necesario y, en lo posible en la cantidad óptima. Esto les confiere una importante capacidad de adaptación


33

a cualquier cambio de concentración de nutrientes del medio en que habitan, activándose determinadas vías

metabólicas solo cuando son necesario. Así, las bacterias evitan sintetizar enzimas cuando falta el sustrato

correspondiente, pero siempre están preparadas para fabricarlas cuando aparece dicho sustrato en el entorno. Un

importante mecanismo de regulación desarrollado por las bacterias, se basa en la activación o desactivación de la

transcripción de un grupo de genes cuyos productos tienen funciones relacionadas y que están organizados en una

región del genoma que permite regular su expresión. Esta forma de organización genética se denomina operón y le

permite a la célula administrar en forma óptima sus reservas energéticas.

También tienen mecanismos de variación genotípica, que serán igualmente traducidos en cambios fenotípicos, pero

que se basarán en una modificación de la información genética contenida en la célula, estos mecanismos son:

MUTACIONES

TRANSFERENCIA DE GENES ENTRE BACTERIAS: La recombinación genética es el proceso mediante el cual los elementos

genéticos contenidos en el genoma de diferentes individuos se combina. Esto permite que el individuo origine alguna

nueva función que pueda dar como resultado una adaptación a los cambios en el medio ambiente. Este es un evento

evolutivo importante y las células tienen mecanismos específicos que aseguran que dicha recombinación se efectúe.

En procariotas comprende una serie de mecanismos independientes del evento de reproducción celular:

TRANSFORMACIÓN: Proceso por el cual ciertas bacterias (llamadas competentes), son capaces de incorporar ADN

exógeno proveniente de otras bacterias, que está libre en el medio. La capacidad de captar el ADN exógeno,

conservarlo en forma estable e interaccionar con él, se denomina competencia. Este fenómeno depende de la

presencia de un sistema de captación de ADN específico asociado a la membrana. Ejemplos de bacterias con

competencia natural son Haemophilus influenzae, Neisseria sp., Streptococcus pneumoniae y ciertas especies de

Bacillus. Aunque la mayoría de las bacterias no presentan capacidad natural para captar ADN, es posible inducir en el

laboratorio la competencia, generando por distintos medios distorsiones en la membrana celular; por ejemplo con

pulsos eléctricos (electroporación) o con cambios osmóticos y térmicos. Estos procedimientos son muy usados para

introducir experimentalmente ADN extraño, por ejemplo un plásmido, en una bacteria y así transformarla para que

adquiera un fenotipo de interés. Las bacterias también pueden ser transformadas con ADN viral, en cuyo caso el

proceso se llama transfección.

TRANSDUCCIÓN: Es la transferencia de ADN de una bacteria a otra por intermedio de un bacteriófago. Existen dos

formas de transducción la especializada y la generalizada. La primera ocurre cuando un fago temperado porta genes

bacterianos adquiridos durante un ciclo infeccioso anterior y al infectar una nueva bacteria e integrar su genoma al

cromosoma bacteriano, incorporará a éste la información genética correspondiente a la bacteria infectada


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previamente. La transducción generalizada se produce por partículas virales defectuosas que se originan como

cápsides vacías durante la replicación viral y que luego incorporan ADN de una bacteria; así, al infectar una nueva

bacteria podrá introducir en ella dicho material genético

Bcateriófagos: Infectan bacterias porque tienen:El ciclo lítico: el fago infecta a una bacteria, la secuestra para hacer

un montón de fagos y luego mata a la célula al hacerla explotar (lisar).El ciclo lisogénico: el fago infecta una bacteria

e inserta su ADN en el cromosoma bacteriano, lo que permite que el ADN del fago (ahora llamado profago) sea copiado

y transmitido junto con el propio ADN de la célula.

En las condiciones apropiadas, el profago puede volverse activo y salirse del cromosoma bacteriano, lo que acciona

los pasos restantes del ciclo lítico (copiado del ADN y síntesis de proteínas, ensamblado del fago y lisis).


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CONJUGACIÓN: Se basa en el intercambio unidireccional de información genética desde una bacteria donante a otra

receptora mediante un contacto real. Los plásmidos son los elementos genéticos que con mayor frecuencia se

transmiten de esta forma. La capacidad de conjugación depende de la presencia en la bacteria de plásmidos

conjugativos que contienen los genes necesarios para tal proceso. Un ejemplo muy conocido de plásmido conjugativo

es el plásmido F de E. coli que codifica las proteínas necesarias para la conjugación, incluyendo el pili sexual. Éste, es

una estructura especializada esencial para el contacto entre la bacteria donadora y la receptora. Generalmente, los

plásmidos conjugativos solamente causan la transferencia de su propio material genético pero en ocasiones el

plásmido puede integrarse al cromosoma bacteriano y en el momento de conjugar se transferirá no solo a sí mismo,

sino también a los genes cromosómicos que se encuentran tras él. Teóricamente todo el cromosoma podría ser

transferido lo que requeriría más de dos horas, pero la unión entre las bacterias por medio del pili persiste menos

tiempo.

Las bacterias con el plasmido F tienen gran capacidad de recombinación por lo que se denominan cepas hfr por su

sigla en inglés (high frecuency of recombination). Debemos recordar que este es un mecanismo muy efectivo para la

transferencia de genes de resistencia antibiótica.

conceptos de microbiología general

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