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Clasificación de las Bacterias Estructura, Genética y Metabolismo M. Paz UMG-2011 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 Célula animal Células Bacterianas 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 oxidoreducción – 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 – 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 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 Cocos Gram-negativo Bacilos Gram-positivo Bacilos Gram-negativo Cocos Gram-positivo Anaeróbicos Bacilos Gram-positivo Anaeróbicos Gram-positive cocci Cocos Gram-negativo Anaeróbicos Bacilos Gram-negativo 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 – GONOCOCO • Neisseria meningitidis – MENINGOCOCO • Ambos son diplococos Gram-negativo intracelulares Cocos Gram-positivo • Estafilococos – Catalasa-positiva – Cocos Gram-positive en racimos • Staphylococcus aureus – coagulasa-positiva • Staph. epidermidis – Y otros estafilococos coagulasa negativo. Cocos Gram-Positivo • Estreptococos – 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.
