Clasificación de las Bacterias Estructura, Genética y Metabolismo M. Paz UMG-2013

Importancia de las Bacterias Los microorganismos colonizan todos los ambientes sobre la tierra. >80% de la historia de la vida fue bacteriana Cada ser humano pose más células bacterianas que células humanas Los microorganismos juegan un papel clave en la biósfera Los microorganismos patógenos globalmente son la causa más importante de enfermedad y muerte en el ser humano.

Importancia de la Infección Papel decisivo en la historia Causa principal de muerte en el mundo Preocupación pública Meningitis, Intoxicación alimenticia Enf. de las vacas locas Brotes epidémicos Infecciones emergentes y re-emergentes Infección hospitalaria (nosocomial) Resistencia a los antimicrobianos

Tamaño Células Bacterianas Célula animal 1 micra 10 micras

Célula bacteriana

Metabolismo bacteriano Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que tiene lugar en la célula. Tres funciones específicas: - obtener energía química del entorno, almacenarla, para utilizar luego en diferentes funciones celulares, - convertir los nutrientes exógenos en unidades precursoras de los componentes macromoleculares de la célula bacteriana, - formar y degradar moléculas necesarias para funciones celulares específicas, como por ejemplo, movilidad y captación de nutrientes.

Metabolismo bacteriano Secuencias de reacciones catalizadas enzimáticamente, y se divide en anabolismo y catabolismo. Anabolismo: proceso por el cual la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes, también se denomina biosíntesis. Catabolismo: conjunto de reacciones degradativas de los nutrientes para obtener energía o para convertirlos en unidades precursoras de biosíntesis.

Metabolismo bacteriano La energía es obtenida de reacciones de oxido-reducción Transferencia de electrones o de átomos enteros de hidrógeno, por lo que se conocen también con el nombre de reacciones de deshidrogenación. En las bacterias de interés médico los sistemas de oxido-reducción que transforman la energía química de los nutrientes en una forma biológicamente útil, incluyen la fermentación y la respiración.

Aerobiosis vs anaerobiosis Aerobios obligados Deben vivir en ambientes donde el oxígeno está presente Anaerobios obligados Deben vivir donde no hay oxígeno. Obtienen su energía por procesos de fermentación. Anaerobios facultativos Pueden vivir con o sin oxígeno

Nutrición Bacteriana Desde el punto de vista biosintetico: Litotrofas: que sólo requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH2 S0, NH3, NO2-, Fe, etc.) Organotrofas: requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes...). Autotrofas: crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas sencillas. El concepto de autotrofía se limita a la capacidad de utilizar una fuente inorgánica de carbono (CO2). Heterotrofas: su fuente de carbono es orgánica (si bien otros elementos distintos del C pueden ser captados en forma inorgánica).

Nutrición Bacteriana Fotoautótrofos: utilizan la energía solar y producen azúcares. Quimoautótrofos: necesitan sólo dióxido de carbono para obtener energía de elementos inorgánicos. Fotoheterótrofos: son únicos y necesitan la luz solar para producir energía, a partir de compuestos orgánicos. Quimoheterótrofos: utilizan moléculas orgánicas para producir su energía necesaria.

Nutrientes Agua CO2 Macronutrientes Micronutrientes o elementos traza Como fuente de carbono para reducirlo (f.a) u oxidarlo (q.a.l.) Como aceptor de electrones (metanogénicas) Reacciones de carboxilación Macronutrientes C, H, O, N, P, S, K, Mg (reacciones enzimáticas) Micronutrientes o elementos traza Co, Cu, Zn, Mo

Reproducción bacteriana Fisión binaria Formación de nuevo ADN casi continuamente Intercambio genético: Transformación Genes tomados del ambiente que les rodea Conjugación Genes transferidos de célula a célula (pili) Transducción Genes transferidos por virus (fagos)

Crecimiento Bacteriano Atmósfera: Aeróbica, anaeróbica o microaerofílica Anaerobios facultativos u obligados Temperatura: 37 grados C usualmente Tiempo de incubación: La mayoría de bacterias clínicamente importantes crece en 24-48 horas Excepciones: las micobacterias necesitan meses para crecer y otras bacterias no pueden ser cultivadas.

Crecimiento bacteriano Cuando existen buenas condiciones de crecimiento, una bacteria crece ligeramente en tamaño o en longitud. Una nueva pared celular se forma por el centro formando dos células hijas, conteniendo cada una, el mismo material genético que la célula madre. Si el ambiente es óptimo, las dos células hijas pueden dividirse en cuatro en 20 minutos.

Fases del Crecimiento bacteriano Fase LAG: El crecimiento es lento al principio, mientras las bacterias se adaptan a los nutrientes que están en su nuevo ambiente. Fase LOG: Una vez la maquinaria metabólica se ha disparado, las bacterias se multiplican exponencialmente, doblando su número cada pocos minutos. Fase ESTACIONARIA: Al haber más y más m.o. compitiendo por el alimento y los nutrientes, el crecimiento acelerado se detiene y el número de bacterias se estabiliza. Fase de MUERTE: Se forman productos tóxicos de desecho, la comida se agota y las bacterias comienzan a morir.

Crecimiento bacteriano

Genética bacteriana Los genes de las bacterias están contenidas en el “cromosoma” bacteriano, que es usualmente haploide, circular. También posee segmentos circulares de ADN llamados plásmidos Los genes que codifican la replicación bacteriana se denominan “replicones”. Los genes que definen los determinantes de patogenia se denominan “islas de patogenicidad”

Islas de patogenicidad Segmentos de genes bastante grandes Tienen un contenido diferente de G+C del resto de genoma Tienen relación estrecha con los genes de ARNt Están rodeados de repeticiones directas Codifican elementos patogénicos como: adhesinas, invasinas y exotoxinas, así como las que participan en su movilidad.

Existen segmentos llamados transposones que contienen varios genes y suelen causar las “mutaciones de inserción” que son cambios en la secuencia del ADN, cambiando un gen de un locus a otro. A diferencia de los plásmidos, los transposones no incluyen información de su propia replicación.

Procedimiento de la coloración de Gram Desarrollada en 1884 por el médico danés Hans Christian Gram Ha sido una herramienta importante en la taxonomía bacteriana Puede aplicarse a cultivos puros de bacterias, o a muestras clínicas.

Tinción de Gram Lugol Cristal violeta Decoloración con Alcohol-acetona Gram-positivos púrpura Contraste e.g. safranina Gram-negativos Rojo o rosado

Cocos Gram-positivo Bacilos Gram-positivo Bacilos Gram-negativo Cocos Gram-negativo

Bacilos Gram-positivo Cocos Gram-positivo Anaeróbicos Anaeróbicos Gram-positive cocci Cocos Gram-negativo Bacilos Gram-negativo Anaeróbicos Anaeróbicos

Bacilos Gram-Negativo Bacterias Entéricas E. coli Salmonella Shigella Yersinia Pseudomonas Proteus Vibrio cholerae Klebsiella pneumoniae

Bacilos Gram-Negativo BGN fastidiosos Bordetella pertussis Haemophilus influenzae Campylobacter jejuni Helicobacter pylori Legionella pneumophila BGN Anaeróbicos Bacteroides fragilis Fusobacterium

Cocos Gram-Negativo Neisseria gonorrhoeae Neisseria meningitidis GONOCOCO Neisseria meningitidis MENINGOCOCO Ambos son diplococos Gram-negativo intracelulares

Cocos Gram-positivo Estafilococos Staphylococcus aureus Catalasa-positiva Cocos Gram-positive en racimos Staphylococcus aureus coagulasa-positiva Staph. epidermidis Y otros estafilococos coagulasa negativo.

Cocos Gram-Positivo Estreptococos Strep. pyogenes Strep. pneumoniae Catalasa-negative Cocos Gram-positivo cocci en cadenas y parejas. Strep. pyogenes Strep. pneumoniae Viridans-type streps Enterococcus faecalis

Bacilos Gram-Positivo Clostridios Anaerobios C.perfringens C. tetani C. botulinum C. difficile Bacillus cereus Aerobio Listeria monocytogenes Anaerobio faculativo

Bacterias que no se tiñen con Gram Ocasionalmente son Gram-positivo Espiroquetas Bacterias intracelulares obligadas

Gram-positivo: (inusuales) Micoplasmas Organismos más pequeños de vida libre No hay pared celular M. pneumonia, M. genitalium Micobacterias Bacilos alcohol-ácido resistentes, se tiñen con Ziehl-Neelsen M. tuberculosis M. leprae M. avium

Espiroquetas Bacterias en espiral delgadas Observables por microscopía de contraste de fases o por coloración de plata Treponema pallidum Borrelia burgdorferi Leptospira

Bacterias intracelulares obligadas Rickettsia Coxiella burneti Chlamydias C. trachomatis C. pneumoniae C. psittaci

Medios de Cultivo solución acuosa (líquida o incorporada a un coloide en estado de gel) en la que están presentes todas las sustancias necesarias para el crecimiento de determinado(s) microorganismo(s). Los medios de cultivo se pueden clasificar, en primera instancia, en tres grandes tipos: Complejos o indefindos Sintéticos o definidos Semisintéticos

Medios de Cultivo: complejos Se desconoce su composición química exacta, ya que son producto de realizar infusiones y extractos de materiales naturales complejos. Ejemplos: Digeridos crudos de extracto de carne Digeridos de extracto de levadura Digeridos de peptona de carne o de soya Digeridos de caseína (de la leche). Con ellos se logra un tipo de medio rico nutricionalmente, aunque indefinido químicamente. Ideales para obtener un buen crecimiento bacteriano. Sin embargo, con ellos no podemos tener un control nutricional preciso.

Medios de Cultivo: sintéticos Se obtienen disolviendo en agua destilada cantidades concretas de distintas sustancias químicas puras, orgánicas y/o inorgánicas. La composición concreta de un medio sintético dependerá de la bacteria que queramos cultivar Un medio definido para una bacteria con grandes capacidades biosintéticas será más sencillo que el medio definido de otra bacteria con menores posibilidades biosintéticas.

Medios de Cultivo: sintéticos Se obtienen disolviendo en agua destilada cantidades concretas de distintas sustancias químicas puras, orgánicas y/o inorgánicas. La composición concreta de un medio sintético dependerá de la bacteria que queramos cultivar Un medio definido para una bacteria con grandes capacidades biosintéticas será más sencillo que el medio definido de otra bacteria con menores posibilidades biosintéticas.

Medios de Cultivo: semisintéticos "mezcla" de los anteriores llevan algunas sustancias químicas cuya naturaleza y cantidad conocemos, junto con sustancias de naturaleza y composición indefinidas.

Tipos de Medios de Cultivo Líquidos Sólidos Origen líquido y se agrega un coloide Gelatina Agar-agar: más utilizado Sílica gel Selectivos permiten seleccionar un tipo (o unos pocos tipos) de microorganismos. S Inhiben el crecimiento de ciertas bacterias, pero permiten el crecimiento de otras. Diferenciales permiten distinguir a simple vista dos o más tipos de bacterias en función de su distinto comportamiento respecto de algún nutriente del medio.