Microorganismos y sistemas de defensa 2 Unidad Microorganismos y sistemas de defensa

Objetivos. Comprender los mecanismos (inmunidad innata y adaptativa) que el organismos utiliza para defenderse de agentes patógenos. Identificar las características de bacterias y virus, con énfasis en su uso medico y biotecnológico.

Bacterias

Bacterias y células eucariontes Las bacterias son procariontes porque no posee núcleo celular, no contienen cloroplastos, mitocondrias ni ningún otro tipo de organelo. Además, las bacterias son muy pequeñas, entre 0,2 y 10 micrómetros de diámetro, comparadas con eucariontes que están en el rango de los 10 a los 100 micrómetros.

Un poco de historia…. Seres vivos Animalia Plantae Infusoria Lamarck (microorganismos con movilidad) Plantae Algas inmóviles fotosintéticas Hongos no fotosintéticos Lamarck XVIII

y pasó el tiempo…. Animalia Protista Plantae Seres vivos Haeckel 1866 Seres vivos complejos con movimiento Protista Seres vivos sencillos (algas, protozoos, hongos y bacterias) Plantae Algas inmóviles fotosintéticas Hongos no fotosintéticos Haeckel 1866 y pasó el tiempo….

y por fin las bacterias tuvieron su propio reino… Seres vivos Animalia Protista Plantae Hongo Mónera Wittaker 1969

Procarionte ancestral Los avances en biología molecular permitieron conocer dos linajes de los procariontes Procarionte ancestral Arqueobacterias Eubacterias

Estructura de la bacteria

Formas de las bacterias Cocos: células mas o menos esféricas Bacilos: en forma de bastón, alargados, que a su vez pueden tener varios aspectos (curvos). Según los tipos de extremos, pueden ser redondeados, cuadrados, afilados

Formas de las bacterias bacilos

Formas de las bacterias Espirilos: al igual que los bacilos, tienen un eje mas largo, pero dicho eje no es recto, sino que sigue una forma en espiral, con mas de una vuelta de hélice. Vibrios: proyectada su imagen sobre el plano, tienen forma de coma.

Formas de las bacteria espirilos vibrios

Agrupaciones de bacterias Agrupaciones de dos células, dependiendo si son de formas esféricas o alargadas, serán diplococos o diplobacilos.

Si existe mayor agrupación de unidades encontramos estreptococos forma de rosario) y estreptobacilos (cadenas)

Los estafilococos son una organización que se caracteriza por grupos en forma de racimos de uvas

Nutrición bacteriana Según la materia que los organismos utilizan como materia prima, estos se clasifican en autótrofos (CO2 como fuente) y heterótrofos (materia orgánica como fuente) Según la fuente de energía los seres vivos pueden ser fotótrofos y quimiótrofos

Modalidades de nutrición Quimio autótrofos: utilizan compuestos orgánicos reducidos como fuente de E y el CO2 como fuente de materia. Foto autótrofos: utilizan luz como fuente de E y el CO2 como fuente de materia. Foto heterótrofos: utilizan luz como fuente de E y compuestos orgánicos como fuente de materia.

Modalidades de nutrición Quimio heterótrofos: utilizan un compuesto orgánico como fuente de materia y, a su vez, este es la fuente de energía. Ejemplo: bacterias cultivadas en laboratorio y bacterias patógenas

Tipos nutricionales tipo fuente de energía fuente de carbono ejemplos Fotoautotrofas Luz CO2 Algas y cianobacterias Fotoheterotrofas Compuestos orgánicos Algas y bacterias fotosintéticas Quimioautotrofas o Litotrofas Química Compuesto inorgánicos: H2, NH3, NO2, H2S, CO2 Pocas bacterias Quimioheterotrofas o Heterotrofas Compuesto orgánicos: glucosa La mayoría de bacterias

División celular bacteriana La célula se divide en dos, a través del proceso de fisión binaria, de tal manera que una célula madre da origen a dos prácticamente iguales. En las células procariontes y eucariontes la división es distinta, básicamente por la simplicidad de las primeras y la complejidad de las segundas.

Fisión binaria A diferencia de la mitosis en la fisión binaria, no hay centriolos ni fibras del huso. Durante la fisión binaria, se duplica ADN bacteriano, después empieza a crecer una membrana entre el ADN duplicado y se divide la pared celular para formar dos bacterias. Se puede completar la fisión binaria en tan solo unos 20 minutos.

Fisión binaria

Crecimiento bacteriano El tiempo de división de la mayoría de las bacterias es generalmente menos de una hora (duplicación en 20 min.) Algunas como la tuberculosis y la lepra tienen tiempos de generación muchos mas largos.

Ejemplo Un cultivo que contiene 1000 bacterias/ml con un tiempo de generación de 20 min. alcanza los 16.000 individuos en una hora. Esta forma de crecimiento se conoce como exponencial o logarítmica. Tiempo (min) 20 40 60 N° de individuos 1000 2000 4000 16000

Etapas del crecimiento bacteriana

FASE DE LATENCIA El crecimiento de la población no inicia inmediatamente, sino después de cierto periodo de tiempo, el cual puede ser breve o largo, dependiendo de varios factores. FASE CRECIMIENTO EXPONENCIAL Es la consecuencia del hecho de que cada célula se divide en dos. Las bacterias se encuentran en un estado óptimo. Su velocidad esta influenciada por temperatura, nutrientes.

FASE ESTACIONARIA El medio de cultivo no se renueva, comienzan a acumularse desechos tóxicos, se modifica el pH, los nutrientes se agotan, la velocidad de multiplicación se retrasa y hay un equilibrio entre bacterias vivas y muertas. FASE DE MUERTE En este periodo son mas las bacterias muertas que las vivas, hasta que se termina con la muerte de todas. Si son bacterias con capacidad de esporular, se produce la esporulación en esta fase.

Esporulación Algunas especies de bacterias (principalmente de los géneros Bacillus, Clostridium, Sporosarcina y Thermoactinomyces), disponen de una notable estrategia adaptativa cuando se ven sometidas a privación de nutrientes en su medio ambiente. Entonces, la célula lleva a cabo complejos cambios genéticos, metabólicos y estructurales que conducen a la diferenciación, en el interior de la célula original, de una célula durmiente.

La célula-madre (célula original que generó la endospora) finalmente se autolisa, liberando la espora, que es capaz de permanecer en estado durmiente, durante varios años

Las esporas son fácilmente diseminadas por el aire; cuando caen en medios ricos en nutrientes, se desencadena su germinación, se reinicia la actividad metabólica, de modo que cada espora genera una nueva célula ve, capaz de fisión binaria

Germinación

Temperatura La temperatura es un factor ambiental importante en el control de crecimiento microbiano. Las bacterias pueden agruparse según los márgenes de temperatura que requieren. Se distinguen 4 grupos: Psicrofilos Mesófilos Termofilos Hipertermofilos

Rango de T° Tipo Rango de Temperatura (° C) Ejemplo Psicrofilo 0 - 20 Optima (°C) Ejemplo Psicrofilo 0 - 20 15 Flavobacterium Mesófilo 20 - 40 38 E. coli Termofilo 40 - 70 60 Bacillus stearothermophillus Hipertermofilos 90 - 115 106 Thermus acuaticus

Transferencia del material genético La fisión binaria forma clones, sin embargo las bacterias presentan una alta tasa de mutaciones lo que permita la variabilidad. Dicha característica se ve acentuada con procesos de recombinación genética entre ellas. Los procesos de intercambio genético son: Transformación Conjugación Transducción

Transformación Proceso en el cual una bacteria absorve ADN liberado por una bacteria muerta. El ADN es atrapado e introducido por un complejo proteínico capaz de unirse al ADN, presente en la superficie de la bacteria. Este proceso provoca un cambio genético en la célula receptora.

Transformación

Conjugación Las bacterias pueden transferir plásmidos (ADN circulares), mediante conjugación, a través del pili. Se forma un puente entre dos células y por este pasa una cadena del ADN plasmídico hacia la célula receptora, regenerándose después la cadena doble a partir de cada una de las simples. Concluida la transferencia, las bacterias se separan.

Conjugación

Transducción Es la transferencia de un fragmento genético de una célula a otra por un virus. Esto se realiza por medio de un bacteriófago (virus que infecta bacterias) . El ADN viral entra en la bacteria, el ADN de la bacteria se rompe y parte de los fragmentos se unen al ADN viral. Cuando se libera la partícula viral que también contiene ADN bacteriano puede infectar mas bacterias.

Transducción El ADN viral introducido también puede recombinarse con el bacteriano y generar la variabilidad .

Transferencia del material genético

Resumen

Usos benéficos de las bacterias Usos benéficos de las bacterias. Aplicación industrial del metabolismo bacteriano

Ciclos biogeoquímicos Las bacterias son ecológicas activas, ya que forman parte de los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre, hierro, mercurio Bacterias nitrificantes

Tratamiento de aguas Están en los tratamientos de aguas residuales Limpian los ríos del exceso de materia orgánica que echan las fábricas e, incluso, hay bacterias que descomponen el petróleo (y compuestos similares) en sustancias que luego pueden utilizar otros microorganismos

Insecticida natural Otras bacterias se podrían emplear para eliminar elementos tóxicos, como los insecticidas

Industria minera En la lixiviación microbiana: utilización de bacterias para conseguir metales puros desde metales compuestos

Simbiosis con el ser humano En el cuerpo humano se encuentran bacterias muy beneficiosas dentro del intestino (Streptococus, Bacteroides, Lactobacillus) que, a cambio de comida y un lugar donde vivir, sintetizan para nosotros vitamina K, vitamina B12, tiamina... que son elementos esenciales para la vida humana.

Industria farmacéutica Producción de Insulina

Producción de antibióticos Un ejemplo son las bacterias del género Streptomyces producen antibióticos naturales en su metabolismo secundario. Los productos finales del metabolismo secundario pueden resultar tóxicos, y por eso la célula los convierte en productos menos dañinos, como los antibióticos. *Antibiograma*