16 MICROBIOLOGÍA I

Tema 14.- Microorganismos y formas acelulares. 1.- Concepto de microorganismo. 2.- Bacterias, virus, viroides y priones. 3.- Características generales de los virus. Diferencias y similitudes entre virus y organismos celulares. 4.- Composición y estructura de los virus. Criterios de clasificación de los virus en base a su forma, tipo de ácido nucleico que poseen, presencia de cubierta/envoltura, y células que parasitan. 5.- El ciclo vírico y sus fases (adsorción, penetración, eclipse/replicación, ensamblaje y liberación). Descripción de los ciclos lítico y lisogénico de un bacteriófago y del ciclo de un retrovirus (VIH). 6.- Los microorganismos y las enfermedades infecciosas humanas (pie de atleta, salmonelosis, SIDA y enfermedad de Creutzfeldt-Jakob). Tema 15.- Aplicaciones de los microorganismos. 7.- Concepto de microbiología industrial. Importancia social y económica. 8.- Aplicaciones de las fermentaciones: la fabricación del pan y del yogur como ejemplos de la utilidad de los microorganismos en el proceso de transformación de alimentos.

IV. ORIENTACIONES 1.- Conocer el concepto de microorganismo y la diversidad de este grupo biológico. 2.- Conceptos de bacteria, virus, viroide y prión. 3.- Comprender las diferencias entre la fase intracelular del virus y la fase extracelular (virión). 4.- Describir la composición y estructura de los virus. Establecer los criterios de clasificación de los virus en base a su forma, tipo de ácido nucleico que poseen, presencia de cubierta/envoltura, y células que parasitan. 5.- Describir el ciclo lítico y el ciclo lisogénico de los virus bacterianos y establecer las principales diferencias que existen entre ambos y cómo afectan a la célula hospedadora. 6.- Conocer de forma concisa qué tipo de microorganismo es el causante de algunas enfermedades infecciosas humanas y las características de la enfermedad (pie de atleta, salmonelosis, SIDA y enfermedad de Creutzfeldt-Jakob). 7.- Reconocer la importancia de los microorganismos en numerosos procesos industriales (fabricación del pan y del yogur).

Tema 4 1.- Componentes de la célula procariótica: envolturas celulares, estructuras externas a la pared bacteriana, citoplasma y nucleoide. 2.- Envolturas celulares: composición, estructura y función de la membrana plasmática (mesosomas), pared bacteriana (gram + y gram -) y cápsula bacteriana. 3.- Flagelos, pili bacterianos y fimbrias. 4.- Citoplasma: citosol/hialoplasma y morfoplasma (estructuras citoplasmáticas: (ribosomas, inclusiones, vesículas y plásmidos). 5.- Nucleoide.

Concepto de microorganismo. Son seres vivos de tamaño microscópico, por eso para su observación es necesario utilizar el microscopio óptico o el electrónico. Unidades: 1mm= 103μm=106nm=107Ǻ

Características de los microorganismos A medida que disminuye el tamaño, aumenta la relación superficie/volumen. Alteran en muy poco tiempo el medio en el que viven, pues consumen los nutrientes y lo inundan con productos de desecho. Debido a su elevada tasa metabólica, se multiplican con rapidez.

2. Clasificación de los microorganismos

V I R U S

3. VIRUS Son partículas microscópicas de estructura muy sencilla y de tamaño no superior a los 2500 Ǻ. no tiene estructura celular ya que carecen de citoplasma y de las enzimas necesarias para realizar un metabolismo. Presentan algunas enzimas virales que actúan en el proceso infeccioso. Formas acelulares que tan solo realizan la función de reproducción dentro de células huésped. Características: Producen enfermedades infecciosas llamadas virosis. Son parásitos obligados Están en el límite de lo vivo Parasitan bacterias, células animales y vegetales Pueden presentarse en dos fases: Extracelular: Inertes. Se les conoce como virión. Intracelular: Infectando células e induciendo la reproducción del virus.

Características de los virus Tamaño: 10-300 nm Estructura: molecular, no celular. Ácido nucleico (ADN o ARN) envuelto en una cubierta de proteínas. Autoperpetuación dentro de células vivas. Son parásitos intracelulares obligados, que utilizan la maquinaria celular del huésped.

Diferencias y similitudes entre virus y organismos celulares

Contienen ADN o ARN, pero nunca ambos. Monocatenario o bicatenario. 3.1 Estructura viral GENOMA VÍRICO (ADN o ARN) - NUCLEOCÁPSIDA CÁPSIDA Capsómeros VIRIÓN Ácido nucleico. Contienen ADN o ARN, pero nunca ambos. Monocatenario o bicatenario. Moléculas circulares o lineales Puede presentar genoma fragmentado Bases no habituales en el ADN

Clasificación de los virus atendiendo a su genoma

Cápsida. Estructura proteica que protege al ácido nucleico. Formada por capsómeros: proteínas globulares colocados de manera regular y simétrica. 3 tipos: icosaédrica, helicoidal y compleja.

Envoltura o Cubierta. Envoltura membranosa que rodea a la cápsida (doble capa lipídica). Sirve para reconocer a la célula hospedadora e inducir la penetración del virión. No está presente siempre.

CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS: Los virus se clasifican según los siguientes criterios: - Tipo de ácido nucleico que contiene. - Células que infecta. - Según su simetría. Tipo de cápsida. Tipo de ácido nucleico que contiene: Virus con ADN bicatenario o de cadena doble (virus patógenos de bacterias, parásitos de células animales como adenovirus). Virus con ADN monocatenario (patógenos de bacterias). Virus con ARN bicatenario (reovirus, patógenos de animales y vegetales) Virus con ARN monocatenario (retrovirus, patógenos de animales y vegetales) VIH Tipo de células que infectan: Virus vegetales. Ejem. Virus del mosaico del tabaco. Virus animales. Ejem. Virus de la Hepatitis B, virus de la gripe. Bacteriófagos, parasitan bacterias: Ejem. Virus T4 de E. coli.

RETROVIRUS: Retro significa hacia atrás, recibiendo esta nombre porque, siendo virus ARN, se replican por medio de un intermediario de ADN, en sentido contrario al ADN. Son muy interesantes por: - Algunos virus de esta familia causan cáncer, como el virus del sarcoma de Rous, alguna leucemia - El virus causante del SIDA es un retrovirus. - Poseer dos enzimas muy importantes en ingeniería genética: * Transcriptasa inversa que representa una excepción al dogma central de la Biología. Transcripción normal ADN ARN. * ADN endonucleasa (integrasa) usada en terapia génica, para introducir genes extraños dentro de una célula, con fines curativos.

VEGETALES ANIMALES BACTERIÓFAGOS Envoltura lipoproteíca ADN o ARN - ADN o ARN - ARN mono o bicatenario

Según su simetría: Virus de simetría helicoidal. Los capsómeros se disponen helicoidalmente, sobre la hélice de ácido nucleico, adquiriendo globalmente la forma de bastoncillo o tubo hueco. Ejemplo: Virus del mosaico del tabaco y el virus de la rabia. ARN Capsómeros ARN VMT (Helicoidal)

Virus de simetría icosaédrica Virus de simetría icosaédrica. La cápsida es una estructura de 20 caras triangulares, 12 vértices y 30 aristas. Está formado por la unión de varios tipos de capsómeros ( hexones y pentones en los vértices) En conjunto tienen un aspecto casi esférico. Pueden tener proteínas fibrilares que salen del icosaedro. Ejemplos: Virus de la polio, resfriado común y de la faringitis. Cara triangular ADN Glicoproteína Adenovirus

-. Virus complejos. Se encuentran en los bacteriófagos - Virus complejos. Se encuentran en los bacteriófagos. Compuestos de varias partes diferentes, de forma y simetría distinta. Constan de cabeza icosaédrica donde se aloja el ácido nucleico, cola helicoidal que se puede contraer para inyectar el contenido de la cabeza, estando separados por un collar o cuello formado por capsómeros distintos. Al final de la cola está la placa basal, especializada en la fijación sobre la célula hospedadora. De ella parten unas fibras que potencian esta fijación. Estos virus deben tener más cantidad de ácido nucleico que otros virus, pues necesitan codificar varios tipos de capsómeros. ADN Cabeza Bacteriófago T4 Cola Fibras Placa basal

(icosaédrico con envoltura membranosa) - Virus envueltos. Tienen rodeada la nucleocápside por estructuras membranosas lipoproteicas, que son fragmentos de la membrana de la célula hospedadora en la que se llevó a cabo la reproducción viral. De estas membranas pueden partir espículas, con capacidad enzimática, codificadas por el propio virus. Ejemplos. Virus de la rabia, hepatitis, gripe, sida. Los virus que no tienen estas membranas, y solo tienen nucelocápside se conocen como virus desnudos. Cápsida ADN Envoltura externa Glicoproteína Virus de la gripe (icosaédrico con envoltura membranosa)

3.4 El ciclo vital de los virus Se entiende por ciclo vital o ciclo infeccioso de un virus el conjunto de acontecimientos que tienen lugar desde su incorporación a la célula hasta la salida de la misma, y cuya finalidad es la multiplicación del virus. 2 formas: - Ciclo lítico. Destrucción de la célula hospedadora. Bacteriófago T4 - Ciclo lisogénico. No destruyen las células hospedadoras. Virus atenuados o profagos. CICLO LÍTICO (DEL FAGO T4)

Ciclo lítico. 1. Fase de fijación o adsorción 2. Fase de penetración 3. Fase de eclipse. Transcripción 4. Fase de eclipse. Replicación 5. Fase de ensamblaje 6. Fase de lisis o liberación 2 1 4 6 3 Capsómero 5 ARNm Endolisinas Endonucleasas

Ciclo lisogénico. El ADN del profago permenece en forma latente hasta que un estímulo induce la separación del ADN del profago del de la célula. A partir de este momento se inicia un ciclo lítico desde la fase de eclipse. Profago Estímulo ADN del profago División de la célula hospedadora Inicio del ciclo lítico ADN celular

4. VIROIDES Son pequeñas moléculas de ARN de cadena simple, circular y desnudo de solo 300 a 400 nucleótidos de longitud que carecen de cubierta proteica. Son los agentes patógenos más pequeños. Infectan plantas. Causan disminución del crecimiento de la planta y un desarrollo anormal. Son transmitidos por insectos o materiales agrícolas contaminados. Carecen de actividad ARN mensajero. Sin genes. Cadang-cadang infección por viroides que está causando la desaparición de los cocoteros de Filipinas.

4. PRIONES Son partículas proteicas con distinta forma espacial . Inducen a las proteínas normales a adoptar la forma espacial del prión. Son proteínas de la membrana de las neuronas. - Encefalopatía espongiforme bovina. - Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Unas son heredadas y otras contraídas por infección. Proteína nativa, Pr Pc ᾳ-hélice Prión Pr Ps ß-plegada

La PrPsc origina en la PrPc un cambio conformacional transformando la hélice en lámina . La PrPc fabricada por las células es secretada a la superficie celular. La PrPsc puede ser producida por un gen PrPc alterado o ser adquirida. La PrPsc reacciona con la PrPc en la superficie de la célula.

LOS MICROORGANISMOS Y LAS ENFERMEDADES INFECCIOSAS HUMANAS: Pie de atleta: Es una infección en los pies provocada por hongos y su denominación médica es tiña podal. Esta afección puede durar por poco o mucho tiempo y puede reaparecer después del tratamiento. El pie de atleta ocurre cuando un tipo particular de hongo crece y se multiplica (especialmente entre los dedos de los pies) o menos comúnmente, en las manos. Estos hongos proliferan en zonas cálidas y húmedas. El riesgo de desarrollar esta afección se incrementa si:   -Se usa calzado cerrado, especialmente recubierto con plástico. -Se mantiene la humedad en los pies durante períodos prolongados. -Se presenta sudoración abundante. -Se desarrolla una lesión menor en las uñas o en la piel. El pie de atleta es contagioso y se puede transmitir por contacto directo o por contacto con artículos tales como zapatos, calcetines y superficies de piscinas o duchas. Síntomas: El área afectada por lo general está roja y con picazón y el síntoma más común es la piel agrietada, en escamas y que se desprende entre los dedos de los pies. Se puede tener la sensación de quemadura o picadura y a veces puede haber ampollas, supuración o costra. Además de los dedos de los pies, los síntomas del pie de atleta se pueden presentar en talones, palmas de las manos y entre los dedos de las manos. Si el hongo se disemina hacia las uñas, éstas pueden presentar decoloración, engrosamiento e incluso desmoronamiento 

Salmonelosis: Es una infección en el revestimiento del intestino delgado causada por la bacteria Salmonella. La enterocolitis por Salmonella es uno de los tipos más comunes de intoxicación alimentaria y ocurre cuando usted consume alimentos o agua contaminados con la bacteria Salmonella. Cualquier alimento se puede contaminar durante la preparación si las condiciones y el equipo empleado en el proceso no son higiénicos. Usted tiene mayor probabilidad de adquirir este tipo de infección si: -Ha consumido alimentos inadecuadamente almacenados o preparados (especialmente pavo, pollo y huevos mal cocidos, y la falta de refrigeración del relleno del pavo). -Tiene miembros de la familia con infección reciente por Salmonella. -Ha tenido una enfermedad familiar reciente con gastroenteritis. -Ha estado internado en una institución. -Ha comido pollo recientemente. -Tiene como mascota una iguana, otros lagartos, tortugas o serpientes (los reptiles son portadores de Salmonella. -Tiene un sistema inmunitario debilitado. Síntomas: Cólicos, sensibilidad o dolor abdominal, escalofríos, diarrea, fiebre, dolor muscular, náuseas, vómitos. El tiempo comprendido entre la infección y el desarrollo de los síntomas es de 8 a 48 horas.  

Síndrome de Creutzfeldt-Jakob: Es una forma de daño cerebral que lleva a una disminución rápida de la función mental y del movimiento. Los priones son responsables de enfermedades mortales como la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas) o el síndrome de Creutzfeldt-Jakob en humanos. Al cabo de cierto tiempo la destrucción de las células afectadas deja huecos en masa encefálica que son detectados mediante un escáner (el encéfalo aparece con huecos parecidos a una esponja).

El trastorno es muy poco común, presentándose aproximadamente 1 caso por cada millón de personas. Generalmente, aparece primero entre los 20 y 70 años, con un promedio de edad para el comienzo de los síntomas a finales de la 5ª década de la vida. La enfermedad de Creutzfeldt-Jakob se puede agrupar en clásica o nueva variante. Los tipos clásicos de esta enfermedad son: Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob de tipo esporádico que comprende la mayoría de los casos y que ocurre sin razón conocida, enfermedad de Creutzfeldt-Jakob de tipo familiar que resulta cuando una persona hereda el prión anormal. Sin embargo, una nueva variante de la enfermedad de Creutzfeld-Jakob (nvECJ) es una forma infecciosa que está relacionada con la enfermedad de las vacas locas. Se cree que la infección responsable de la enfermedad de las vacas locas es la misma responsable de la nueva variante de la enfermedad de Creutzfeld-Jakob en humanos. La nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt- Jakob representa menos del 1% de los casos y tiende a afectar a personas más jóvenes. Síntomas: Delirio o demencia de rápido desarrollo (en el transcurso de unas pocas semanas o meses), visión borrosa (algunas veces), cambios en la marcha (caminar), alucinaciones, falta de coordinación (por ejemplo, tropezones y caídas), fasciculaciones musculares, rigidez muscular, convulsiones o espasmos mioclónicos, sensaciones de estar nervioso o sobresaltado, cambios de personalidad, confusión o desorientación profunda, somnolencia, problemas del habla  

SIDA (Síndrome de Inmuno Deficiencia Adquirida): El agente causante es el virus (VIH) que ataca a determinadas células del sistema inmunológico (linfocitos T colaboradores o linfocitos T4, células dendríticas y macrófagos). El VIH pertenece a los RETROVIRUS, virus ARNmc+, que poseen 2 copias idénticas del genoma, un enzima especial, la transcriptasa inversa, que realiza la retrotranscripción. Provoca inmunodeficiencia que es la incapacidad del sistema inmunitario de atajar las infecciones microbianas, lo que hace que la persona enferme facilmente. La enfermedad se transmite por sangre, semen o fluido vaginal y leche materna. Las personas con más riesgo de contagiarse son: Homosexuales. Heroinómanos. Transfundidos. Personas relacionadas sexualmente con enfermos de SIDA. Hijos de madres afectadas

LA CÉLULA PROCARIOTA

Los microorganismos procariotas pertenecen al Reino Moneras y pueden ser: Arqueobacterias. Su membrana celular carece de ácidos grasos, puede ser bicapa o monocapa. Su pared celular carece de peptidoglucanos y de D-aminoácidos. Su genoma es una sola molécula de ADN circular muy pequeña. Muchas especies son autótrofas y otras son capaces de colonizar medios de condiciones extremas: halofílicas, termofílicas, metanógenas. Se cree que los primeros organismos que aparecieron sobre la Tierra fueron muy parecidos. Eubacterias. Son bacterias verdaderas, muy antiguas. Tamaños muy variables. Son los organismos más pequeños que disponen de mecanismos metabólicos para obtener y transformar la materia, para crecer y replicarse.

Características generales de las bacterias Son procariotas No presentan orgánulos en el citoplasma Pueden presentar invaginaciones de la membrana Presentan pared celular Tamaño muy variable Forma esférica o cilíndrica

MORFOLOGÍA BACTERIANA

ENVUELTAS CELULARES

PARED CELULAR Pared rígida y porosa rigidez y forma En las Eubacterias (bacterias verdaderaas), parede de péptidoglicano (polímero de aminoácidos y aminoazúcares), formado por tres unidades repetitivas Un disacárido de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico Un tetrapéptido: LAla-Dglu-lLis-Dala Un puente peptídico: 5 moléculas de glicina

El disacárido alterna formando una cadena lineal de polisacárido. El tetrapéptido enlaza los N.acetilglucosamina. El puente peptídico enlaza dos Tetrapéptidos de dos cadenas de polisacarídos

TIPOS DE PARED Tinción de GRAM: tinción diferencial (cristal de violeta y safranina (rosa)) G(+) G(-) Color violeta Color rosa

BACTERIAS G (+) : pared gruesa y amorfa BACTERIAS G (+) : pared gruesa y amorfa. 90% de péptidoglicano, el resto: Ac. Teicoicos, proteínas,… BACTERIAS G (-): Pared compleja, estratificada. Entre 5% y 20% del péptidoglicano, el resto lipoproteínas, lipopolisacáridos bicapa externa que les protege de la lisozima.

GRAM +

GRAM -

PARED Gram + PARED Gram - Pared G (+) Pared G (-)

FUNCIONES Mantiene la forma de la célula y les protege de la lisis osmótica Posee componentes con capacidad antigénica Regula el intercambio con el exterior

MEMBRANA PLASMÁTICA Estructura. Unidad de membrana. 45% lípidos y 55% proteínas Presenta invaginaciones (laminillas, túbulos, vesículas,…) Contienen enzimas y pigmentos fotosintéticos Enzimas que intervienen en la oxidación de compuestos orgánicos (bacterias nitrificantes) Mesosomas Duplicación del ADN Enzimas de la cadena respiratoria

CÁPSULA Material mucoso Formada por: polisacáridos, polipéptidos ó complejos de proteínas y polisacáridos Protege de: La desecación Fagocitosis Acción de los anticuerpos Infección de un bacteriófago Regula los procesos de intercambio de iones, agua y sustancias nutritivas

Facilita la adherencia sobre distintas superficies Facilita la fijación de las bacterias patógenas sobre su huesped

CITOPLASMA

El citoplasma de la célula bacteriana ribosomas nucleoide Vacuolas gasíferas carboxisomas mesosomas clorosomas Gránulos de volutina Gránulos de glucógeno

Matriz gelatinosa (protoplasma) Alto contenido en agua y de aspecto granuloso Contiene Enzimas Inclusiones y proteínas Gránulos Gotitas Vesículas Ribosomas lipídicas de gas Glucógeno Polifosfato

REGIÓN NUCLEOIDE

La zona que contiene el material genético (ADN) de la célula Un cromosoma: ADN bicatenario circular y muy plegado. No asociado a histonas Plásmidos: pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico. No esenciales. Proporcionan resistencia a antibióticos y sustancias tóxicas Implicados en mecanismos parasexuales

APÉNDICES EXTERNOS

FLAGELOS Órganos de locomoción Posición y número variable Polar monotrica Polar lofotrica Polar anfitrica Lateral umbilical Peritrica

Apéndices largos y delgados Al M.E. se observa Un filamento: rígido, curvado, de flagelina (disposición helicoidal). No está rodeado de membrana plasmática Un codo ó gancho: une el filamento a la superficie celular Corpúsculo basal: G (+): dos anillos G (-): cuatro anillos. Dos a nivel de membrana y dos a nivel de pared Un eje ó varilla que los atraviesa

Flagelo bacteriano

http://www.sedin.org/propesp/fdsmall.htm Corpúsculo basal http://www.arn.org/docs/mm/motorzoomuprotation-2.mov Montaje automático de la flagelina http://www.arn.org/docs/mm/capworking-l.mov http://www.arn.org/docs/mm/flagellarassembly-l.mov

FIMBRIAS Y PELOS Extensiones de la pared celular. No relacionados con la motilidad Fimbrias: Cortas y finas Función adhesiva Pili ó pelos Numerosos Pelo sexual: relacionado con la conjugación bacteriana

ENDOSPORAS

Esporas que se forman en el interior de la célula, cuando las condiciones no son favorables Formas resistentes Poseen: ADN bacteriano Algo de citoplasma Pared gruesa Soportan condiciones extremas: altas temperaturas, sequedad, agentes químicos, radiaciones,…

Reproducción bacteriana: Bipartición Duplicación del ADN y separación de las dos cadenas La reproducción está ligada a la actividad de los mesosomas El encima ADNpolimerasa y otras encimas necesarios para la replicación del ADN están situados en los mesosomas además de las sustancias necesarias para formar el tabique de separación

Mecanismos parasexuales: Conjugación Transformación Transducción Estos mecanismos explican la variabilidad que pueden presentar algunas bacterias al habitar junto a otras distintas. Pueden adquirir genes que les aportan cualidades que no poseían y que les dan una mayor probabilidad de sobrevivir en el medio Son por tanto fundamentales en el proceso de evolución bacteriana.

Mecanismos parasexuales: Conjugación

Mecanismos parasexuales: Transformación Es un proceso por el cual una bacteria introduce fragmentos de ADN, que aparecen libres en el medio

Transducción

Transducción