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 un extenso y variado grupo de seres vivos que, debido a sus reducidas dimensiones, sólo pueden ser vistos con el microscopio óptico o incluso en ocasiones es necesario el microscopio electrónico.

Características de los microorganismos a) Tienen mucha superficie en comparación con su pequeño volumen (a medida que disminuye el tamaño, aumenta la relación superficie/volumen). Ello facilita el intercambio de sustancias con el medio externo.

dimensiones, las reacciones Debido a sus pequeñas dimensiones, las reacciones metabólicas transcurren a gran velocidad, ya que la dilución de las enzimas se evita al máximo. Debido a su rápido metabolismo, los microorganismos alteran en muy poco tiempo el medio en que viven.

2. Clasificación de los microorganismos Existen 5 grupos de microorganismos: Bacterias, algas, hongos, protozoos y virus

3. VIRUS Los 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 hospedadoras vivas para multiplicarse 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. Es su única actividad vital (los virus no poseen sensibilidad ni metabolismo), capacidad que sólo tienen dentro de células vivas, que son las que en realidad producen la replicación de los virus, que utiliza su maquinaria célular para producir replicación del material genético del virus y fabrica las proteínas del virus. Los organismos celulares tienen todas las funciones vitales (función no sólo de reproducción como el virus sino también de relación y nutrición, como excepción comentar que la única función de relación del virus es reconocer a la célula que tiene que infectar gracias a receptores que tienen en superficie).

Diferencias y similitudes entre virus y organismos celulares

La forma más dulce de explicar que es un virus

3.1 Estructura viral Envoltura (opcional) Cápsida de capsómeros Virus VIH c b a Envoltura (opcional) Cápsida de capsómeros Cilíndrica (helicoidal) Esférica (icosaédrica) Complejos Proteínas Ácido nucleico: ADN o ARN bicatenario o monocatenario lineal o circular

Contienen ADN o ARN, pero nunca ambos. Monocatenario o bicatenario. GENOMA VÍRICO (ADN o ARN) VIRIÓN - NUCLEOCÁPSIDA CÁPSIDA Capsómeros 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. El conjunto formado por el ácido nucleico y la cápsida recibe el nombre de Nucleocápsida. 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 constituida por una bicapa lipídica que procede de la membrana de la célula hospedadora y proteínas que sobresalen formando espículas que tienen carácter antigénico. Sirve para reconocer a la célula hospedadora e inducir la penetración del virión mediante fagocitosis.

3.2 Clasificación de los virus Tipo de ácido nucleico que contiene: Los virus se clasifican según los siguientes criterios: Tipo de ácido nucleico que contiene:

B. Tipo de célula que parasitan: VEGETALES ANIMALES BACTERIÓFAGOS Envoltura lipoproteíca ADN o ARN - ADN o ARN - ARN mono o bicatenario

C. Según la forma de la cápsida: Virus helicoidales. 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 poliédricos. La cápsida tiene forma poliédrica. En muchos casos tiene forma icosaédrica, 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. Numerosos virus animales como el virus de la poliomielitis o los adenovirus como los virus del resfriado común y de la faringitis, algunos virus vegetales y bacteriófagos. Cara triangular ADN Glicoproteína Adenovirus

Virus complejos. Muchos bacteriófagos tienen una cápsida compleja en la que se combinan la morfología poliédrica y la helicoidal. 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) D. Presencia de envoltura: Virus envueltos. Algunos virus animales son liberados mediante un proceso de extrusión que recubre al virus con una capa de la membrana plasmática. Lo virus con envoltura son casi esféricos. Hay virus helicoidales con envoltura como el virus de la gripe y virus poliédricos con envoltura como el virus del herpes simple. Virus desnudos. No presentan envoltura. Cápsida ADN Envoltura externa Glicoproteína Virus del Sida (icosaédrico con envoltura membranosa)

3.3 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)

El ciclo biológico viral es un complejo proceso que se divide en las siguientes fases: 1. Adsorción/fijación específica. El virus se puede introducir de diferentes formas en un ser vivo, por ej., si hay alguna herida o con ayuda de insectos transmisores. Los movimientos de los virus son totalmente aleatorios, de manera que sus encuentros con las células son resultado del azar. Sin embargo, las cápsidas, o las envolturas lipoproteícas, disponen de proteínas específicas capaces de reconocer receptores glucoproteícos de la membrana celular. Por eso los virus son específicos de cada tipo de células, por ejemplo, el de la polio ataca a neuronas, el del sida a ciertos linfocitos, el de la hepatitis a las células hepáticas del hígado, etc.

2. Penetración y descapsidación del virus 2. Penetración y descapsidación del virus. Una posibilidad es que penetre todo el virus en el citoplasma celular o que inyecte sólo su ácido nucleico y algunas proteínas acompañantes. En el caso de virus con envoltura suelen fusionar su envoltura con la membrana plasmática de la célula y entra la cápside completa.

3. Eclipse y replicación. Aparentemente el virus desaparece y difícilmente puede ser observado al microscopio electrónico, pues ya no tiene ni la cápside ni las envueltas. La explicación es que el material genético se ha integrado en el metabolismo de la célula y comienza a utilizar la maquinaria de la célula huésped para hacer copias de su genoma y dirigir la síntesis de nuevas proteínas víricas. Según la duración de esta fase de eclipse hay dos tipos de ciclos: en unos casos es de corta duración y en otros de larga duración. El ciclo lítico es la modalidad más frecuente, que presentan la mayoría de los virus. El ácido nucleico del virus se hace con el control de la maquinaria celular y comienza la fase de multiplicación vírica. El periodo de eclipse es muy corto, dura unos cuantos minutos, los que transcurren entre la entrada del ácido nucleico vírico al citoplasma y el ensamblaje de las primeras partículas víricas de la nueva generación. El ciclo lisogénico es propio de ciertos bacteriófagos, y también de algunos virus de células animales. El periodo de eclipse es muy largo, pudiendo en algunos casos llegar a durar años, pues los virus una vez que infectan a la célula, en vez de destruirla, incorporan su ADN al de la célula, y se replican juntos, permaneciendo en estado de vida latente. Cuando están en estado latente, sin que se expresen sus genes se les denomina virus atenuados, atemperados o profagos. De esta forma todas las células hijas nuevas también estarán infectadas. El ciclo lisogénico se mantiene hasta que se produzca un estímulo externo que haga que el profago se convierta de nuevo en un virus activo, y revierte al ciclo lítico. Mientras la célula está infectada, y contenga el ADN del profago, está inmunizada frente a infecciones de otros virus del mismo tipo.

4. Ensamblaje. Una vez fabricadas las copias del ácido nucleico del virus, se sintetizan cada uno de sus componentes separado. Los virus son muy sencillos y las estructuras que lo componen se auto-ensamblan con rapidez. 5. Liberación de los nuevos virus depende del tipo de célula parasitada. A veces ocupan todo el volumen celular, acaban por romper la membrana y salen al exterior, en este caso la célula muere. También se puede producir una infección permanente de la célula y la liberación es por exocitosis dentro de vesículas secretadas por la propia célula. Los que poseen envoltura lipoproteica se liberan arrastrando un fragmento de la membrana celular que constituirá su nueva envoltura.

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