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MICROBIOLOGÍA: VIRUS, BACTERIAS, ALGAS, HONGOS Y PROTOZOOS.

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1 MICROBIOLOGÍA: VIRUS, BACTERIAS, ALGAS, HONGOS Y PROTOZOOS

2 MICROORGANISMOS. EXTENSO Y VARIADO GRUPO DE SERES VIVOS VISIBLES SÓLO A MICROSCOPIA ÓPTICA Ó ELECTRÓNICA. MICROBIOLOGÍA: ciencia que estudia los microorganismos. FORMAS CELULARES AISLADAS, LIBRES E INDEPENDIENTES VIRUS, PRIONES, VIROIDES (MICROSCÓPICOS NO CELULARES)

3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROORGANISMOS. Por su pequeño volumen de citoplasma tienen gran superficie de contacto entre el medio externo y el citoplasma. Las reacciones metabólicas transcurren a gran velocidad. Captan y metabolizan nutrientes rápidamente originando a su vez gran cantidad de desechos. Los microorganismos alteran en muy poco tiempo el medio ya que consumen sus nutrientes y lo llenan con sus residuos. Por su elevada tasa metabólica, se multiplican con gran rapidez.

4 VIRUS. Son formas acelulares microscópicas compuestas por un ácido nucleico rodeado por una cubierta proteica que lo protege del medio. Son parásitos intracelulares estrictos, es decir, tienen un requerimiento absoluto de células huésped vivas para multiplicarse. Cuando se encuentra fuera de la célula viva (fase extracelular) se denomina virión, (es metabólicamente inerte) ESTRUCTURA DE UN VIRUS: - Ácido nucleico - Cápsida - Envoltura o cubierta - Enzimas en los viriones

5 -Ácido nucleico: pueden tener distintos tipos de ácidos nucleicos: Puede ser ADN o ARN. Monocatenario o bicatenario. Circular o lineal. En una sólo molécula o en varios segmentos. Pueden ser de cadena positiva o plus (+) : secuencia de bases del genoma tiene la misma polaridad que el ARNm viral producido durante la infección De cadena negativa o minus (-) : genoma complementario al ARNm viral Pueden existir bases no habituales como la 5-hidroximetilcitosina en lugar de citosina, ó el 5-hidroximetiluracilo en lugar de uracilo.

6 -Cápsida: Es la estructura proteica que protege al ácido nucleico. El conjunto de ácido nucleico y cápsida es el nucleosoma. Son subunidades proteicas denominadas capsómeros que suelen ser una asociación de cadenas polipeptídicas distintas. Existen distintos tipos morfológicos: Cápsidas helicoidales: forma de cilindro rígido o flexible. Capsómero de un único dipo de proteína. Cápsidas poliédricas: forma de poliedro regular, con 20 caras. Capsidas complejas: pueden tener colas, vainas, espículas. La cápsida será icosaédrica o prisma hexagonal.

7 - Envoltura o cubierta: Envoltura membranosa constituida por una bicapa lipídica (de la célula huésped), glucoproteínas que forman estructuras llamadas espículas. -Enzimas en los viriones: Aunque un virión es metabólicamente inerte, algunos contienen enzimas con funciones en la infección. Por ejemplo: neuraminidasas: destruyen enlaces glucosídicos de glucoproteínas de membrana del hospedador.

8 CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS.

9 SEGÚN LA ARQUITECTURA DE LA CÁPSIDA: -VIRUS HELICOIDALES. Organización más simple. Ácido nucleico en una cápsida cilíndrica hueca. Ej: virus de la rabia, del ébola, mosaico del tabaco. - VIRUS POLIÉDRICOS. Los más simples de estos tienen 20 caras. Ej. Adenovirus, poliovirus. - VIRUS COMPLEJOS. Ej. Bacteriófago. Posee una cápsida (cabeza) con ADN en su interior, y una cola helicoidal unida a cápsida por un collar.. Algunos tienen una placa basal de fibras y espículas. SEGÚN LA POSESIÓN DE ENVOLTURA: -VIRUS ENVUELTOS. Cápsida con envoltura que a veces contiene espículas. Generalmente son esféricos. Si es un virus helicoidal será un virus helicoidal con envoltura (gripe); si son poliédricos son virus poliédricos con envoltura (herpes simple). -VIRUS DESNUDOS. Cápsida sin envoltura.

10 CICLO BIOLÓGICO DE LOS VIRUS. Para multiplicarse un virus debe invadir una célula hospedadora. Implica varias fases como es la fijación, penetración u descpsidación, biosíntesis, ensamblaje y liberación.

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13 a)Fase de fijación o adsorción. Las células hospedadoras tienen en sus membranas receptores específicos para los virus que las infectan, uniéndose componentes de la cápsula o membranas externas del virus con glucoproteínas o lipoproteínas concretas de la membrana de la célula infectada. A lo largo de la evolución cada tipo de virus ha adquirido la capacidad de fijarse a receptores específicos en la membrana de un determinado tipo celular. Por ejemplo algunos bacteriófagos se fijan a los pelos bacterianos, el virus de la gripe se une a glucoproteínas de las membranas de las células de las mucosas, y el receptor de la polio es una lipoproteína de las membranas del tejido nervioso. Si estos receptores faltan o se modifican, por mutación o por fármacos, el hospedador puede hacerse resistente a la infección al no fijarse el virus, pero también pueden aparecer mutantes del virus capaces de adherirse a hospedadores resistentes.

14 b) Fase de penetración. En función de las estructuras superficiales de la célula hospedadora los virus utilizan distintos mecanismos de penetración. - Los bacteriófagos, como el T4 de E.coli, originan un pequeño orificio en la pared bacteriana con la lisozima de su placa basal, por el que se inyecta el ADN, al contraerse la cola del virus. Este ADN debe estar muy empaquetado pues tiene una longitud 500 veces superior al de la cabeza que lo contiene. La cápsida queda en el exterior de la bacteria. - Los virus desnudos introducen toda la nucleocápsida en la célula, ya sea por penetración directa al perforar la membrana con enzimas hidrolíticos, o por endocitosis, al ser englobados por la célula hospedadora en una vacuola, que romperán dentro de la célula.

15 -Los virus envueltos funden su cubierta con la membrana de la célula hospedadora, proceso comprensible pues son de la misma naturaleza, como veremos en la fase de liberación. Puede ser una fusión directa o aplazarse, entrando el virus por endocitosis dentro de una vacuola, de la que es liberado el virus al producirse la fusión con un lisosoma celular. En ambos casos burlan la protección que supone para la célula hospedadora su membrana celular. En estas dos últimas modalidades en las que penetra la nucleocápsida, ésta sufre una separación de sus capsómeros o desensamblaje (descapsización), con la liberación del ácido nucleico y de las escasas enzimas que pudiera haber en la cápsida. En todos los casos se necesitan muchas partículas víricas para que una consiga penetrar en la célula hospedadora.

16 c) Fase de eclipse (biosíntesis). En ella no se detectan virus en el interior de la célula. El genoma vírico dirige el metabolismo de la célula hospedadora hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando todos los recursos de la célula hospedadora (materias primas, nucleótidos y aminoácidos, energía o ATP, ARN transportadores, ribosomas y enzimas). Como este genoma vírico es extraño a la célula puede ser atacado por los enzimas de restricción y modificación de la célula hospedadora, que reconocen al ADN extraño, siendo éste otro medio de defensa contra la infección vírica. Penetración no siempre implica infección.

17 d) Fase de ensamblaje. Se ensamblan los capsómeros formando la cápsida, a la vez que el ácido nucleico se pliega en su interior, junto a las enzimas que pueda llevar el virus. e) Fase de liberación. Los virus salen de la célula básicamente por dos mecanismos: -Por gemación, induciendo en la membrana celular la formación de pequeñas vesículas en las que se introducen, y que acaban separándose de la célula. Este procedimiento lo utilizan los virus envueltos, en los que la envoltura membranosa es parte de la membrana de la célula en la que se reprodujeron. -Aprovechando los mecanismos de exocitosis de la célula, o provocando pequeños agujeros en su membrana por medio de sus enzimas líticos. Los virus desnudos usan estos mecanismos.

18 Esta liberación de los virus puede causar la muerte de la célula hospedadora, ya sea por haber agotado sus nutrientes, roto su membrana si la liberación ha sido masiva, o destruido su genoma. Este es el ciclo lítico propiamente dicho. En otros casos, la liberación puede ser lenta, sin lisar a la célula, la cual puede seguir viva y producir virus durante un tiempo variable. Este caso se conoce como infección persistente. Cuando los virus son lisogénicos, como la reproducción está retardada, se conoce como infección latente.

19 Ciclo lítico. El virus se apropia de la célula para multiplicarse masivamente. Para construir los nuevos virus, es necesario que se transcriba el mensaje de su genoma en ARN mensajeros, y la traducción de éstos en proteínas; algunas enzimáticas, que controlaran la replicación de su material genético (proteínas o enzimas tempranas), otras que formarán la cápsida (proteínas tardías) y las últimas son las enzimas líticas, que abren la célula hospedadora y liberan a los nuevos virus. La formación de copias de su genoma, replicación, se realiza mediante la formación de cadenas complementarias. En los casos de ARN o ADN bicatenarios, cada cadena actúa como molde de la complementaria. Los virus ADN monocatenarios sintetizan inicialmente otra cadena complementaria, replicándose a partir de este momento como los bicatenarios. La transcripción y traducción en proteínas se realiza tras la replicación utilizando todos los componentes de la célula hospedadora necesarios para esta función.

20 Ciclo lisogénico. Tras la penetración del cromosoma viral no siempre es inmediata la multiplicación del virus. Muchos virus entran en un estado de latencia, posponen su reproducción. El cromosoma viral puede integrarse en algún cromosoma de la célula hospedadora, caso más frecuente, o quedar en el citoplasma, a modo de plásmido. A este estado del virus se les conoce como virus atenuados o provirus, ya la célula que los aloja como célula lisogénica. La célula lisogénica, que transporta el provirus, puede multiplicarse indefinidamente durante muchas generaciones, hasta que por agresiones ambientales que causan el debilitamiento de la célula, se induce al provirus a dejar el cromosoma hospedador y comenzar un ciclo normal o lítico de reproducción. De esta manera el provirus no perece con la célula, sino que forma nuevos virus que infectaran a otras células. Este proceso significa un enriquecimiento y alteración genética de la célula hospedadora, con graves consecuencias como infecciones latentes, mutaciones, transformaciones cancerosas. Pero también por recombinación génica puede estar ligado a procesos de evolución de las especies. Ejemplos de virus lisogénicos son muchos bacteriófagos, los retrovirus, el virus de las verrugas y el del herpes.

21 VIRUS PATÓGENOS VIRUS DE LA GRIPE. Helicoidal con espículas en la envoltura cuyas proteinas son hemaglutininas con 16 tipos diferentes y las neuraminidasas con 9 tipos distintos. Existen tres tipos de virus de la gripe: A,B,C. El más peligroso es el A. > VIRUS DE LA FAMILIA HERPESVIRUS. Virus de varicela-zoster, virus del herpes simple. VIRUS DEL EBOLA. VIRUS DEL SIDA. Retrovirus. VIRUS DE LA HEPATITIS B Y HEPATITIS C. pueden causar cáncer. VIRUS DEL PAPILOMA HUMANO cancer de piel, ano, pene y cuello uterino.

22 APLICACIONES DE LOS VIRUS. En la medicina y ciencias de la vida: En la biología molecular y celular: manipular o investigar las funciones celulares. En biotecnología los virus se usan como vectores para introducir en células de estudio Viroterapia: vectores para tratar algunas enfermedades Como insecticidas biológicos. En la nanotecnología y ciencias de los materiales: Pueden ser utilizados como herramientas ya que son nano partículas orgánicas.

23 VIROIDES. Pequeñas moléculas de ARN de cadena simple, circular y desnudo de 300 o 400 nucleótidos. Los viroides son agentes infecciosos que, al igual que los virus, tienen un ciclo extracelular que se caracteriza por la inactividad metabólica un ciclo intracelular en el que causan infección al huésped susceptible, pero que a diferencia de los virus, los viroides no poseen proteínas ni lípidos y están constituidos por una cadena cíclica corta de ARN, circular o con forma de varilla,

24 Los PRIONES son agregados supramoleculares de glucoproteínas, responsables de causar algunas enfermedades infecciosas en las personas y en el ganado. Los priones son los responsables de las encefalopatías espongiformes transmisibles en una variedad de mamíferos, incluida la encefalopatía espongiforme bovina (EEB, también conocida como "enfermedad de las vacas locas") en el ganado y la enfermedad de Creutzfeldt- Jakob (ECJ) en humanos.4 Dichas proteínas mutadas forman agregados supramoleculares y son patógenas con plegamientos anómalos ricos en láminas beta, y autoreproducibles.

25 DOMINIO EUKARYA: microorganismos eucariotas Protozoos Algas unicelulares hongos PROTOZOOS: microorganismos unicelulares eucarióticos heterótrofos carentes de pared celular y que habitualmente presentan movilidad. Viven en hábitats húmedos siempre. La mayoría viven libremente en agua dulce o marina. También existen terrestres en materia orgánica en descomposición, corteza de árboles… Muchos son parásitos de animales y plantas, incluso de humanos (paludismo) Poseen nutrición heterótrofa holozoica ó saprozoica. Nutrientes por fagocitosis Después forman vacuolas fagocíticas Nutrientes por fagocitosis Después forman vacuolas fagocíticas Nutrientes solubles pasan membrana por pinocitosis, difusión,…

26 Reproducción de los protozoos: asexual por división binaria. Cuando existe sexual es por conjugación. Algunos pueden llegar a enquistarse. Distinguimos cuatro grupos según la locomoción: 1.Flagelados. Con uno o dos flagelos. Tripanosoma. 2.Ciliados. Cilios para desplazamiento. Paramecio 3.Sarcodinios o rizópodos. Movimiento por un pseudópodo. Ameba 4.Esporozoos. Inmóviles. Son parásitos. Plasmodium

27 ALGAS UNICELULARES. Son organismos fotosintéticos que viven en hábitas húmedos o en el agua. Contienen clorofila a, algunas b y c, y carotenoides. Los principales grupos son: 1.Las algas verdes. Unicelulares. Algunas son simbiontes. 2.Las algas rojas. 3.Diatomeas. Con pared de sílice. 4.Los dinoflagelados. Poseen dos flagelos. Si existe pared es de celulosa. 5.Los euglenoides. Poseen dos flagelos.comunes de estanques.

28 LOS HONGOS. Organismos unicelulares o multicelulares. Alimentación heterótrofa por absorción de alimento orgánico muerto. Los principales grupos de hongos son: 1.Los mohos. Hongos filamentosos constituidos por hifas cuyo conjunto es el micelio. Pueden ser beneficiosos como el género Penicilium ó patógenos como el hongo de la tiña. 2.Las levaduras. Hongos unicelulares. Realizan fermentación sobre todo en medios muy azucarados. Muchas levaduras se utilizan para la producción de vino, cerveza o pan.

29 DOMINO BACTERIA: EUBACTERIA. Organismos unicelulares procariotas. Viven en cualquier ambiente. Puede haber bacterias autótrofas (foto y quimiosintéticas) y bacterias heterótrofas (saprófitas, simbióticas y parásitas). Suelen ser unicelulares, aunque a veces pueden permanecer unidas después de la división celular formando biofilms. MODELOS MORFOLÓGICOS: 1.Cocos. Forma esférica. Aislados, grupo de dos (diplococos), cadenas arrosariadas (estreptococus), grupos arracimados (estafilococos), masa en forma de cubo (sarcinas) 2.Bacilos. Forma cilíndrica y alargada. A veces en cadenas. 3.Espirilos. Forma de bacilo largo y curvado. 4.Espiroquetas. Forma de sacacorcho

30 5. Vibrios. Forma corta y curvada. Forma de coma 6. Bacterias filamentosas. Células largas y delgadas 7. Bacterias con apéndices. Poseen protuberancias c3elulares con forma de tubo largo o tallo. ULTRAESTRUCTURA DE LAS BACTERIAS. Pared bacteriana. Envoltura responsable de la forma y rigidez de la célula, y la protege de rotura. Sus componentes son los peptidoglucanos o mureínas. -De peptidoglucano un 10% en una capa sola entre membrana interna y externa unidos covalentemente. GRAM NEGATIVAS -De peptidoglucano un 90% formando una red de varias capas. Exteriormente enlaza con proteínas, polisacáridos y moléculas derivadas de los ácidos Teicoicos. GRAM POSITIVAS.

31 TINCIÓN DE GRAM. PASO 1. Primer colorante: cristal violeta que tiñe todo de violeta PASO 2. Se añade un mordiente, yodo (lugol), que refuerza la tinción. PASO 3. se decolora, con una solución de etanol al 95% y se lava con agua. Las Gram positivas retienen el colorante y las Gram negativas pierden su tinción violeta. PASO 4. añado safranina como colorante de contraste, que da un color violeta más intenso a las Gram positivas dándole un color rosado a las Gram negativas.

32 Membrana celular. Es una estructura fina de unas 8 micras que la aísla del entorno y actúa de barrera selectiva. - las Gram negativas tienen una doble membrana con estructura y función diferentes. La membrana interna es similar a las eucariotas con sistemas enzimáticos para el intercambio de sustancia, transporte de electrones, la síntesis de ADN y diferentes componentes… la membrana externa tiene lipopolisacáridos responsable de la resistencia a agentes bactericidas. EXCLUSIVO DE BACTERIAS. - las Gram positivas no tienen membrana externa. Citoplasma o matriz Sustancia compuesta por agua (80%), proteínas, glúcidos, lípidos. Tiene ribosomas, región nuclear o nucleoide e inclusiones.

33 -RIBOSOMAS. Son 70s : subunidad pequeña 30s y la mayor 50s. Dispersos por el citoplasma, aislados o asociados a ARNm formando polirribosomas. Sintetizan las proteínas. -INCLUSIONES. Granulaciones que son depósito de sustancias de reserva (grános de colutina, gotas lipídicas, polisacáridos). Algunas acuáticas pueden producir magnetosomas (magnetita) que les permite orientarse en los campos magnéticos (magnetotaxis) -NUCLEOIDE. De forma irregular contiene el cromosoma bacteriano y unidades de replicación autónomas ó plásmidos. * El cromosoma: son haploides por lo cual poseen un sólo cromosoma en doble hélice de ADN circular asociado a ciertas proteínas no histonas.

34 * Los plásmidos. Pequeñas moléculas circulares, de doble cadena de ADN. Presentes en muchos tipos bacterianos pueden replicarse independientemente del cromosoma ó integrado en el mismo. Pueden llevar genes que proporcionen ciertas ventajas selectivas. Podemos encontrar plásmidos multicopia (si se encuentran en concentración de 40 o más copias) y monocopia (grandes, y por tanto sólo 1 copia) Dependiendo de su forma de existencia y diseminación distinguimos: -Episomas. Se integran reversiblemente en el cromosoma bacterianno para replicarse con él.

35 … el Factor R es un plásmido conjugativo que confiere resistencia a los antibióticos. … el Factor F (ó de fertilidad), también es un episoma. Posee los genes para la unión celular y transferencia de plásmidos entre las bacterias. -No conjugativos. No pueden ser transferidos por conjugación. -Conjugativos. Con genes que codifican pili sexuales que les permiten transferir copias de si mismo a otras bacterias durante la conjugación. Algunos son capaces de hacerlo entre especies muy distintas, hablamos de plásmidos promiscuos.

36 Componentes externos a la pared celular. Cápsula o GLUCOCALIX: capa viscosa y pegajosa en parte externa de pared. Compuesta por glúcidos, destacando los ácidos urónicos, N-acetilglucosamina, manosa, fucosa y otros azúcares. Es de distinto grosor y protege de la desecación, del ataque de anticuerpos, de la fagocitosis,… Fimbrias. Filamentos huecos generalmente cortos. Formados por fimbrina (proteica). Para adherencia a sustratos. Pili sexuales. Filamentos huecos más largos que las fimbrias y en número de uno y de dos. Para intercambio de fragmentos de ADN durante la conjugación. Flagelos. Apéndices largos y finos. Para desplazarse libremente en el medio. Formados por fibrillas proteicas con subunidades de flagelina, cada flagelo tiene de 3 a 11 fibrillas trenzadas helicoidalmente (formando el filamento). La base se denomina codo y se une al corpúsculo basal o parte motora que ensambla el flagelo al cito por la membrana plasmática.

37 CIANOBACTERIAS…procariotas autótrofos fotótrofos oxigénicos. -Tienen una membrana externa y una pared fina de peptidoglucano. A veces tienen envueltas mucilaginosas. - Tienen un sistema de membranas interna conteniendo los pigmentos y enzimas. Su aparato fotosintético es similar al de eucariotas. Fotosistema I, fotosistema II, clorofila a y ficobilinas. -No se mueven pero a veces se deslizan. - Se reproducen por fisión binarias, gemación, fragmentación y por fisión múltiple. -Viven aisladas o formando colonias globulares o filamentosas en casi todos los ambientes incluso los extremos. -Algunas viven en simbiosis con las plantas. Aspecto importante en agricultura.

38 DOMINIO ARCHAEA: ARQUEOBACTERIAS Son los procariotas menos evolucionados y más primitivos. Carecen de núcleo. Comparten genes con bacterias y con los eucariotas. Su membrana es similar a eucariotas pero sin fosfolípidos, sino compuestos lipídicos con eslaces tipo éter. Su pared celular está compuesta de proteínas o pseudomureína (exclusiva) Se les denomina extremófilos porque pueden vivir en cualquier ambiente por muy extremo que sea.

39 Termófilas. Se desarrollan a temperaturas superiores a 45ºC Psicrófilas. Se desarrollan a temperaturas bajas. Acidófilas. Se desarrollan en ambientes ácidos Alcalófilas. Se desarrollan en suelos alcalinos ricos en carbonatos y lagunas kársticas. Halófilas. Se desarrollan en ambientes salinos. ¿Por qué viven en todos estos ambientes? Por el tipo de enzimas que poseen. Poseen extremoenzimas, funcionales cuando otras no lo son.

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