Microbiologa Ciencia que estudia a los organismos que

Microbiología Ciencia que estudia a los organismos que no se pueden ver a simple vista y que constituyen el mundo microscópico : VIRUS – BACTERIAS – PROTOZOOS – HONGOS UNICELULARES Tamaño pequeño (consecuencias metodológicas) 1. Uso de microscopio y normalmente tinciones. 2. Generalmente se estudian poblaciones enormes y se sacan promedios. 3. Es muy raro estudiar un individuo cada vez.

¿Qué tan pequeño? Unidades de medida en Microscopía Micra (m ) : una millonésima de metro. Nanómetro (nm) – Milimicra (mm): Mil millonésima de metro Ángstrom (Å): diez millonésima de metro 1 micra (m ) = 10 -3 mm = 10 -6 m 1 nanómetro (nm) = 1 milimicra (m m ) = 10 -3 m = 10 -6 mm =10 -9 m 1 angstrom (Å. ) = 10 -1 nm = 10 -10 m Por ejemplo Tamaños moléculares y atómicos: Angstrom Longitudes de onda de radiación electromagnética: nanómetros Tamaños de bacterias, circuitos de microprocesadores: micra 2

Unicelulares que pertenecen al grupo de los protistos inferiores. Son células de tamaño variable cuyo límite inferior está en las 0, 2 m y el superior en las 50 m ; sus dimensiones medias oscilan entre 0, 5 y 1 m.

Grupos Bacterianos • ARQUEOBACTERIAS: "fósiles vivientes" pues viven en habitats que parecen corresponder con los que existieron en la Tierra primitiva. Por ejemplo, en ambientes termales donde se alcanzan temperaturas por encima del punto de ebullición del agua. (Ej. Pyrococcus furiosus cuya Temperatura óptima de crecimiento es 104°C. ) También pueden vivir en medios halófilos (muy salados), (Ej. : Halobacterium • EUBACTERIAS: Son las bacterias típicas. (Escherichia coli) Se trata de microorganismos unicelulares procariotas, cuyo tamaño oscila entre 1 y 10 micras (como son muy pequeñas no necesitan citoesqueleto), y adaptados a vivir en cualquier ambiente, Las hay autótrofas: fotosintéticas y quimiosintéticas, y heterótrofas: saprofitas, simbióticas y parasitarias. Arqueobacteria: Halobacterium safinarum Eubacteria: Bacilius anthracis 4

Clasificación según su forma Las más comunes: 1) Cocos; 2) Bacilos; 3) Vibrios; 4) Espirilos Otras formas son: filamentos, anillos casi cerrados, con prolongaciones (prostecas) 5

Cocos y Bacilos 6

Relación entre forma y el modo de vida Cocos Bacilos • Forma redondeada (relación superficie volumen mínima) • Poca relación con el exterior • Viven en medios ricos en nutrientes • Se transmiten por el aire • Muy resistentes • Suelen ser patógenas • Forma alargada, cilindrica (mayor relación superficie volumen) • Obtienen nutrientes de manera más eficaz • Viven en medios pobres en nutrientes (suelos, aguas) • Menos resistentes • Suelen ser saprófitas Espirilos y Vibrios • Forma de hélice y de coma • Viven en medios viscosos • Pequeño diámetro • Atraviesan fácilmente las mucosas • Patógenas por contacto directo o mediante vectores 7

Agrupaciones de cocos 8

Estructura Bacteriana • 1) Cápsula; 2) pared; 3) membrana; 4) mesosomas; 5) ribosomas; 6) flagelo; 7) ADN, cromosoma o genoma; 8) plásmidos. 9

Elementos estructurales Cápsula: Se presenta en muchas bacterias, sobre todo patógenas. Es una estructura viscosa compuesta por sustancias glucídicas. Tiene función protectora de la desecación, de la fagocitosis o del ataque de anticuerpos. Pared Bacteriana: Formada por péptidoglucanos y otras sustancias. Es una envoltura rígida que soporta las fuertes presiones osmóticas a las que esté sometida la bacteria. Por la estructura de su pared distinguiremos las bacterias Gram+ y Gram-. Membrana plasmática: Similar en estructura y composición a la de las células eucariotas. Presenta unos repliegues internos llamados mesosomas. Mesosomas: Repliegues de la membrana con importantes funciones pues contienen importantes sustancias responsables de procesos metabólicos como el transporte de electrones, la fotosíntesis o la replicación del ADN. Ribososmas: Similares a los de la célula eucariota aunque de menor tamaño. Intervienen en la síntesis de proteínas. Cromosoma bacteriano: Está formado por una sola molécula de ADN de doble hélice, circular y no asociado a histonas. Plásmidos: Moléculas de ADN extracromosómico también circular. Inclusiones: Depósitos de sustancias de reserva. Fagelos: Estructuras filamentosas con función motriz, formados por fibrillas proteicas Fimbrias o Pili: Filamentos largos y huecos con funciones relacionadas con el intercambio de material génico y la adherencia a sustratos. 10

Bacteria Encapsulada • En numerosas bacterias se forma en la parte externa de la pared una cápsula viscosa compuesta por sustancias glucídicas. Esta envoltura, que se presenta en casi todas las bacterias patógenas, las protege de la desecación y de la fagocitosis por los leucocitos del hospedador, así como del ataque de los anticuerpos, lo que aumenta la virulencia de las bacterias encapsuladas. La presencia de la cápsula no es, sin embargo, un carácter diferenciador, pues determinadas bacterias pueden o no formarla en función de los medios de cultivo. 11

Pared Bacteriana Está presente en todas las bacterias. Es una envoltura rígida, exterior a la membrana. Da forma a la bacteria y según su composición confiere ciertas particularidades a las bacterias, lo que permite su clasificación en Gram positivas y Gram negativas. En las Bacterias Gram-positivas, la pared externa de la envoltura celular tiene como base química fundamental el peptidoglicano el que junto al resto de sus componentes forman una malla especial llamada sáculo de mureína, de vital importancia para conservar la forma y darle rigidez a la célula bacteriana. Una función de esta pared es regular el potencial hídrico de la célula. Si no existiera, la célula podría reventar, debido a su gran potencial osmótico. 12

En las Bacterias Gram-negativas, la pared casi no contiene peptidoglicano; presenta lipolisacaridos, lipoproteínas y proteínas: Es una estructura de dos membranas: externa e interna; y entre ellas un espacio periplasmático. Esta membrana funciona principalmente como una especie de filtro (porinas) y gracias a esta selectividad de sustancias, las bacterias gram negativas son menos susceptibles a los antibióticos. 13

Péptidoglucanos en la pared bacteriana • Los péptidoglucanos de la pared bacteriana están formados por anillos de un polisacárido complejo enlazados por un oligopéptido 14

Pared Bacteriana (continuación) • En las bacterias Gram positivas la red de peptidoglucanos origina varias capas superpuestas, es gruesa y homogénea y no hay membrana externa. • En las Gram negativas hay una sola capa de peptidoglucanos sobre la que se dispone una membrana externa constituida por una capa de fosfolípidos y otra de glicolípidos asociados, estos últimos se asocian a polisacáridos que se proyectan hacia el exterior 15

Cromosoma Bacteriano • El ADN de la bacteria está constituido por una sola molécula en doble hélice (esta molécula es muy grande en comparación con el tamaño de la bacteria), circular, súper enrollada y asociada a proteínas no histonas. Suele estar unida a los mesosomas. 16

Plásmidos • En las células bacterianas puede haber también una o varias moléculas de ADN extracromosómico de menor masa molecular que el cromosoma denominadas plásmidos. Estos plásmidos en algunas bacterias pueden tener genes que las protegen de los antibióticos o también genes que intervienen en los procesos de reproducción (plásmido F). 17

Flagelos • Son apéndices filiformes de mayor longitud que la bacteria que permiten su locomoción. Se presentan en número y disposición variable y estén formados por fibrillas proteicas compuestas de una proteína llamada flagelina. 18

Fimbrias o pili entre bacterias • Son filamentos huecos, delgados y rectos, situados en la superficie de determinadas bacterias y cuya función no esté relacionada con la locomoción, sino con la adherencia a los substratos y el intercambio de fragmentos de ADN durante la conjugación. 19

Funciones de Nutrición Bacteriana AUTÓTROFAS: Emplean compuestos inorgánicos para sintetizar compuestos orgánicos Las autótrofas fotosintéticas, como las bacterias sulfurosas verdes y purpúreas, no utilizan agua como dador de electrones en la fotosíntesis, sino otros compuestos, como el sulfuro de hidrógeno, y no producen oxígeno. Al poseer pigmentos que absorben luz casi infrarroja, pueden realizar la fotosíntesis prácticamente sin luz visible. HETERÓTROFAS: Emplean compuestos orgánicos para sintetizar sus propios compuestos orgánicos Las bacterias de vida libre suelen ser saprófitas, viven sobre materia orgánica muerta. Las autótrofas quimiosintéticas, a diferencia de las fotosintéticas, utilizan la energía que desprenden ciertos compuestos inorgánicos al oxidarse. Transforman el CO 2 en compuestos hidrogenados (anabolismo). Sus fuentes son oxidadación del hierro, bacterias nitrificantes que oxidan sustancias amoniacales, bacterias sulfooxidantes que oxidan el azufre. Muchas viven en relación estrecha con otros organismos De ellas, la mayoría son comensales y no causan daños ni aportan beneficios a su huésped, algunas son parásitas (producen enfermedades) y otras son simbiontes (flora bacteriana intestinal) • Independientemente del tipo de nutrición, las bacterias pueden necesitar el oxígeno atmosférico (bacterias aerobias) o no (bacterias anaerobias). Para algunas bacterias anaerobias el oxígeno es un gas venenoso (anaerobias estrictas), otras lo utilizan cuando esté presente, aunque pueden vivir sin él (anaerobias facultativas). 20

Funciones de relación de las bacterias • Las bacterias responden a un número elevado de estímulos ambientales diversos mediante modificaciones de su actividad metabólica o de su comportamiento. Ciertas clases, ante los estímulos adversos del ambiente, provocan la formación de esporas de resistencia, que, al ser intracelulares, se denominan endosporas. • Las endosporas bacterianas son estructuras destinadas a proteger el ADN y el resto del contenido protoplasmático, cuya actividad metabólica se reduce al estado de vida latente; pueden resistir temperaturas de hasta 80°C y soportan la acción de diversos agentes físicos y químicos. En condiciones favorables germinan y dan lugar a una nueva bacteria (forma vegetativa). • Pero la respuesta más generalizada consiste en movimientos de acercamiento o distanciamiento respecto a la fuente de los estímulos (taxias) que pueden ser de varios tipos: flagelar, de reptación o flexuosos (parecido al de las serpientes, pero en espiral). 21

Reproducción Bacteriana Reproducción asexual Generalmente las bacterias se multiplican por bipartición o división binaria, tras la replicación del ADN, que está dirigida por la ADN polimerasa de los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal que separa las dos nuevas bacterias. (Simple división) 22

Mecanismos parasexuales (Confieren variabilidad genética a la bacteria y son cambios heredables) A. Transformación: Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. Sólo algunas bacterias pueden ser transformadas. Las que pueden serlo se dice que son competentes. 23

B. Conjugación: Es un mecanismo mediante el cual una bacteria donadora (bacteria F+ por tener un plásmido llamado plásmido F) transmite a través de las fimbrias o pili el plásmido F o también un fragmento de su ADN a otra bacteria receptora, a la que llamaremos F-, por no tener el plásmido F). La bacteria F- se convertirá así en F+ al tener el plásmido F e incluso podrá adquirir genes de la bacteria F+ que hayan pasado junto con el plásmido F. Conjugación I 24

Conjugación II 25

3. Transducción: En este caso la transferencia de material genético de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago que por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. El virus, al infectar a otra bacteria, le puede transmitir parte del genoma de la bacteria anteriormente infectada. 26

Mecanismos parasexuales de intercambio genético entre bacterias 27

Mutaciones Una de las fuentes usuales de biodiversidad son las denominadas “mutaciones”. Estas consisten en cambios en al secuencia de nucléotidos del ADN. En las bacterias también puede ocurrir. Si la mutación se produce en un sector no codificante o regulador del genoma, esta no tendrá trascendencia. Si afecta en cambio un codón de una secuencia codificante, puede significar un cambio estructural o funcional de la misma y afectar en forma negativa o positiva, la funcionalidad y competencia de la misma. Las mutaciones pueden ser causadas por agentes físicos, químicos y biológicos. 28

Crecimiento Bacteriano Rezago o letargo: las bacterias se están adaptando a las condiciones ambientales para iniciar su crecimiento, lo que requiere de la síntesis de nuevas enzimas y proteínas específicas. Exponencial: las bacterias se dividen ilimitadamente, porque las condiciones ambientales son óptimas y no existe ningún tipo de limitación para su desarrollo. Estacionaria: el crecimiento experimenta una reducción por el agotamiento de los nutrientes y por la acumulación de desechos metabólicos producidos por las propias bacterias, que les resultan letales. Finalmente el aumento del número de individuos se detiene por completo, alcanzando la fase estacionaria máxima, y luego comienza a disminuir. Declinación o muerte: la mortalidad de la población aumenta sostenidamente, lo que determina su extinción. 29

Relación Bacterias y Antibióticos Antibiosis es La relación general entre un Antibiótico Organismo Infeccioso Homeostasis El balance del cuerpo entre la salud y la enfermedad se llama homeostasis. Que depende de la relación del cuerpo y las bacterias con que vive. Comúnmente las bacterias invasoras son destruidas por las células de sangre y por diversas acciones del sistema inmune. Cuando hay demasiadas bacterias como para ser manejadas por el sistema, o la persona infectada tiene una resistencia baja a la infección, resulta la enfermedad y se necesitan los antibióticos para ayudar a restaurar la homeostasis 30

Antibióticos son Sustancias obtenidas de Síntesis Químicas Bacterias u Hongos Empleadas en El Tratamiento de Infecciones su Vía de Administración puede ser Oral Tópica Inyectable 31

Antibióticos Actúan a través de dos mecanismos principales Acción Bactericida Acción Bacterióstatica Matan microorganismos existentes Impide su reproducción 32

Técnica del antibiograma 33