Inmunologa, Microbiologa y Enfermedades Infecciosas

Ciclo 2015 1

Clase N 3: Bacteriologa Bsica Semana 1

Profesor responsable: Dra. Carolina De Montreuil Iturri

I. INTRODUCCIN

Las bacterias son microorganismos unicelulares procariotas que presentan un tamao de

unos pocos micrmetros (por lo general entre 0,5 y 5 m de longitud) y diversas formas

incluyendo esferas (cocos), barras (bacilos), sacacorchos (vibrios) y hlices (espirilos).

Son los organismos ms abundantes del planeta. Son ubicuas, se encuentran en todos

los hbitats terrestres y acuticos; crecen hasta en los ms extremos como en los

manantiales de aguas calientes y cidas, en desechos radioactivos, en las profundidades

tanto del mar como de la corteza terrestre. Algunas bacterias pueden incluso sobrevivir en

las condiciones extremas del espacio exterior. Se estima que se pueden encontrar en

torno a 40 millones de clulas bacterianas en un gramo de tierra y un milln de clulas

bacterianas en un mililitro de agua dulce. En total, se calcula que hay aproximadamente

51030bacterias en el mundo.

II. ESTRUCTURA BSICA

1. Estructura intracelular

Citoplasma

La membrana citoplasmtica bacteriana tiene una estructura similar a la de plantas y

animales. Es una bicapa lipdica compuesta fundamentalmente de fosfolpidos en la que

se insertan molculas de protenas. En las bacterias realiza numerosas funciones entre

las que se incluyen las de barrera osmtica, transporte, biosntesis, transduccin de

energa, centro de replicacin de ADN y punto de anclaje para los flagelos. A diferencia de

los eucariotas, generalmente no contiene esteroles (son excepciones micoplasmas y

algunas proteobacterias).

Muchas importantes reacciones bioqumicas que tienen lugar en las clulas se producen

por la existencia de gradientes de concentracin a ambos lados de una membrana. Este

gradiente crea una diferencia potencial anloga a la de una batera elctrica y permite a la

clula, por ejemplo, el transporte de electrones y la obtencin de energa. La ausencia de

membranas internas en las bacterias significa que estas reacciones tienen que producirse

a travs de la propia membrana citoplasmtica, entre el citoplasma y el espacio

periplsmico.

Puesto que las bacterias son procariotas no tienen orgnulos citoplasmticos delimitados

por membranas y por ello presentan pocas estructuras intracelulares. Carecen de ncleo

celular, mitocondrias, cloroplastos y de los otros orgnulos presentes en las clulas

eucariotas, tales como el aparato de Golgi y el retculo endoplasmtico. Como excepcin,

algunas bacterias contienen estructuras intracelulares rodeadas por membranas que

pueden considerarse primitivos orgnulos.

Genoma bacteriano

El genoma bacteriano o nucleoide est formado por una gran molcula de ADN de doble

cadena, superenrollado que si bien no posee la organizacin de un cromosoma y la

asociacin con histonas, puede estar asociado a ciertas protenas. El ADN se une a zonas

estratgicas de los mesosomas de la membrana plasmtica en un sitio denominado oriC

para iniciar su duplicacin. Pueden existir como elementos facultativos pequeas cadenas

circulares de ADN libres en el citosol denominadas plsmidos, con capacidad para

replicarse independientemente del genoma bacteriano.

Ribosomas

Poseen u tamao de 70s y poseen una estructura diferente a la de los ribosomas de las

clulas eucariotas (80s) y por ello han podido desarrollarse antimicrobianos que acten

sobre los ribosomas bacterianos y no sobre los ribosomas del hombre y los animales.

2. Estructura extracelular

Pared celular

Por fuera de la membrana citoplasmtica se encuentra una pared celular rgida que est presente en todas las bacterias, con excepcin de los micoplasmas.

Sus funciones son:

1) Proteger a las bacterias de la diferencia de presin osmtica entre el medio interno de la bacteria y del exterior

2) Funciona como una barrera contra sustancias txicas qumicas y biolgicas presentes en el medio externo.

3) Su rigidez es la que proporciona la forma a la bacteria.

El componente principal de la pared celular es la murena, un pptidoglicano que consiste en una cadena lineal de dos azcares alternados, N-acetilglucosamina (NAGA) y cido N-acetilmurnico (NAM). A cada residuo de NAM se halla ligado un tetrapptido. Estos tetrapptidos intervienen en la unin de las cadenas adyacentes de murena mediante un puente peptdico intermediario. Estas fibras se entrelazan entre s dando como resultado una estructura muy rgida y estable.

Representacin esquemtica de una porcin pptidoglicano de la pared bacteriana

Existen dos tipos de pared bacteriana lo que permiti dividir a las bacterias en dos grupos en base a la coloracin de Gram: aquellas capaces de retener el colorante cristal violeta

luego de la decoloracin con alcohol acetona (bacterias gram positivas) y aquellas que pierden el decolorante por decoloracin (gram negativas).

Por otro lado podemos nombrar otros tres grupos: 1) Las micobacterias que poseen una estructura que responde a los grampositivas pero no se tien con ese colorante porque su pared tiene adems un alto contenido en lpidos. 2) Los treponemas que tienen una estructura de pared de gramnegativas pero no pueden ser observados con la coloracin de Gram porque son tan delgados que caen por debajo de los lmites de resolucin del MO. 3) Los micoplasmas que carecen de pared celular.

Pared celular de las bacterias grampositivas

La pared celular de las bacterias gram positivas es ms gruesa que la de las bacterias gram negativas (pptidoglicano y cidos teicoicos) y otros carbohidratos y protenas que varan de acuerdo a la especie. El principal componente es el peptidoglicano o capa de murena que es muy gruesa.

Esquema de la ultraestructura de la pared celular de las bacterias gram positivas

El segundo componente de importancia en la pared celular de las bacterias grampositivas son los cidos teicoicos que constituyen los mayores determinantes antignicos que definen la individualidad inmunolgica de estas bacterias, actan como receptores para bacterifagos e inhiben la fagocitosis. Otras molculas presentes en la pared de las bacterias gram positivas son los carbohidratos como los carbohidratos C de Streptococcus que definen la especificidad de grupos o protenas como la protena M del Streptococcus del grupo A o la protena A del Staphylococcus aureus.

Pared celular de las bacterias gramnegativas

El espesor de la pared celular de las bacterias gramnegativas es considerablemente menor que el de una bacteria grampositivas y estructuralmente dichas paredes tienen poca similitud en s.

La cantidad de murena es mucho menor y forma una delgada pero resistente capa que protege a la bacteria. Adems carece de cidos teicoicos. Solo unas pocas cadenas de

murena estn unidas a otras cadenas paralelas por medio de tetrapptidos y son suficientes como para formar una malla de murena. El resto de las cadenas permanecen sueltas y sumergidas en un fluido que contiene agua y molculas libres, para formar un gel periplsmico que aparece a ambos lados de la pared celular. El espacio periplsmico no es un espacio lleno de fluido sino que es un verdadero gel que define el periplasma.

Por fuera del periplasma se encuentra una estructura denominada membrana externa. Est formada por dos semicapas, la interior, compuesta por fosfolpidos y la exterior compuesta por Lipopolisacrido (LPS) que tiene actividad de endotoxina. El LPS posee una regin I o antgeno O (que es antignico y caracterstico de ciertas especies bacterianas), un polisacrido central y una regin III o Lpido A (el cual es el responsable de la actividad endotxica del LPS). La endotoxina puede actuar como pirgeno endgeno y desencadenar la cascada del complemento y de la coagulacin.

Esquema de la ultraestructura de la pared celular de las bacterias gram negativos

La membrana externa presenta adems protenas denominadas porinas que la atraviesan, cuyas funciones son actuar de canales para nutrientes, son receptores para bacterifagos y permiten la adherencia a receptores especficos del husped.

Cpsula y matrices exopolisacridas

Por fuera de la pared, algunas bacterias presentan una capa de polisacridos o de protenas que puede ser gruesa o delgada, rgida o flexible, que es una cubierta continua formada por un gel hidroflico. Cuando la estructura es firme y tiene bordes definidos, se habla de cpsula. Esta est organizada en una matriz muy compacta que excluye las partculas como las de tinta china. Cuando la estructura es amorfa y de bordes poco definidos e irregulares se habla de glicoclix o matriz exopolisacridas; en este caso no excluira a las partculas y sera ms difcil de ver. Aunque la mayora de las cpsulas son polisacridas, existen algunas que son polipeptdicas como las de Bacillus anthracis. La cpsula es un determinante de patogenicidad para la bacteria ya que le da resistencia a la fagocitosis y a la lisis intracelular y le permite la adherencia a las mucosas del husped. Tal es su importancia en la virulencia que se ha visto que bacterias que pierden su cpsula se vuelven avirulentas o no patgenas. La cpsula es un importante determinante

antignico que sirve en algunas bacterias para preparar vacunas (Haemophilus influenzae y Neisseria meningitidis).

III. CLASIFICACIN

Las bacterias son organismos con una gran variedad de formas que van de las esfricas hasta las espirilo (con forma de muelle). Segn su forma las bacterias las podemos clasificar como:

1. Coco, con forma esfrica 2. Bacilo, con forma de bastn 3. Vibrio, con forma de coma 4. Espirilo, con forma helicoidal 5. Espiroqueta, con forma de tirabuzn

Cocos: Proviene del griego kkkos, lo que se traduce como grano, es de forma esfrica. Estas se clasifican en: A. diplococo, cocos en grupo de dos. B. tetracocos, cocos en grupo de cuatro. C. estreptococo, cocos en cadenas. D. estafilococos, cocos en agrupaciones irregulares o en racimo.

Bacilos: Proviene del latn baculus, lo que significa varilla, tienen forma de bastoncillo.

Formas helicoidales: Vibrios: ligeramente curvados y en forma de coma. Espirilos: en forma helicoidal rgida o en forma de tirabuzn. Espiroquetas: en forma de tirabuzn (helicoidal flexible).

IV. NUTRICIN BACTERIANA

El xito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metablica. Todos los

mecanismos posibles de obtencin de materia y energa podemos encontrarlos en las

bacterias. Segn la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividen en

Auttrofos, cuya principal fuente de carbono es el CO2, y Hetertrofos cuando su fuente

de carbono es materia orgnica. Por otra parte segn la fuente de energa, los

organismos o seres vivos pueden ser Fottrofos, cuya principal fuente de energa es la

luz, y Quimitrofos, cuya fuente de energa es un compuesto qumico que se oxida.

Atendiendo a las anteriores categoras, entre las bacterias podemos encontrar las

siguientes formas, como puede apreciarse en el esquema: 1. Las bacterias

quimiohetertrofas, utilizan un compuesto qumico como fuente de carbono, y a su vez,

este mismo compuesto es la fuente de energa. La mayor parte de las bacterias cultivadas

en laboratorios y las bacterias patgenas son de este grupo. 2. Las bacterias

quimioauttrofas, utilizan compuestos inorgnicos reducidos como fuente de energa y el

CO2 como fuente de carbono. 3. Las bacterias fotoauttrofas, utilizan la luz como fuente

de energa y el CO2 como fuente de carbono. 4. Las bacterias fotohetertrofas, utilizan la

luz como fuente de energa y biomolculas como fuente de carbono.

V. REPRODUCCIN CRECIMIENTO BACTERIANO

1. Reproduccin Bacteriana

Generalmente las bacterias se reproducen por Fisin binaria, una forma de reproduccin

asexual, como se ve en el siguiente esquema:

Tras la duplicacin del ADN, que est dirigida por la ADN-polimerasa que se encuentra en

los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador

de las dos nuevas bacterias.

Pero adems de este tipo de reproduccin asexual, las bacterias poseen unos

mecanismos de reproduccin sexual o parasexual, mediante los cuales se intercambian

fragmentos de ADN. Esta reproduccin puede realizarse por transformacin, por

conjugacin o por transduccin.

TRANSFORMACIN: Consiste en el intercambio gentico producido cuando una bacteria

es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en

el medio donde vive.

CONJUGACIN: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a travs de un

puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que se llama

F+ posee un plsmido, adems del cromosoma bacteriano.

TRANSDUCCIN: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra se realiza

a travs de un virus bacterifago, que se comporta como un vector intermediario entre las

dos bacterias.

a. el virus se acopla a la bacteria b. el virus rompe la pared bacteriana c. el virus

inyecta su ADN

2. Crecimeinto Bacteriano

Es un incremento en el nmero de clulas o aumento de la masa microbiana. El

crecimiento es un componente esencial de la funcin microbiana, ya que una clula

individual tiene un periodo de vida determinado en la naturaleza y la especie se mantiene

solamente como resultado del crecimiento continuao de la poblacin celular. Una bacteria

es una mquina capaz de duplicarse as misma. Los procesos sintticos de crecimeinto

implican no mas de 2000 reacciones bioqumicas. El crecimeinto microbiano ocurre a

travs de fisin binaria, ejemplo E. coli puede completar su ciclo en 20 min.

La velocidad de crecimiento es el cambio en el nmero de clulas por unidad de tiempo.

El tiempo requerido para que a partir de una clula se formen dos clulas o el tiempo

requerido para duplicar una poblacin de clulas se llama Tiempo de generacin o tempo

de duplicacin. En una sola generacin se diplica el nmero de clulas o masa celular, en

minutos, en ocasiones horas o das.

Incremento del nmero de clulas en el tiempo

Ciclo de crecimiento

Un cultivo bacteriano simple y homogneo Tiene un ciclo de crecimiento como el de la

figura.

Puede dividirse en varias fases:

a. Fase de latencia: Cuando las bacterias se adaptan a las condiciones de

crecimiento. Es el perodo en el que las bacterias individuales estn madurando y

no tienen an la posibilidad de dividirse. Durante esta fase se produce la sntesis

de ARN, enzimas y otras molculas.

b. Fase exponencial: Es un perodo caracterizado por la duplicacin celular. El

nmero de nuevas bacterias que aparecen por unidad de tiempo es proporcional a

la poblacin actual. Si el crecimiento no se limita, la duplicacin continuar a un

ritmo constante, por lo tanto el nmero de clulas y la tasa de crecimiento de la

poblacin se duplica con cada perodo de tiempo consecutivo. El crecimiento

exponencial no puede continuar indefinidamente, sin embargo, porque el medio

llega pronto al agotamiento de nutrientes mientras se acumulan los desechos.

c. Fase estacionaria: En esta fase la tasa de crecimiento disminuye como

consecuencia del agotamiento de nutrientes y la acumulacin de productos

txicos. Se caracteriza por un valor constante del nmero de bacterias a medida

que la tasa de crecimiento de las bacterias se iguala con la tasa de muerte

bacteriana.

d. Fase de muerte: En esta fase las bacterias se quedan sin nutrientes y mueren.

VI. BIBLIOGRAFA

Libro de Enfermedades Infecciosas. MANDELL 7ma Edicin.

Libro de Microbiologa mdica. MURRAY 7ma Edicin.