View
222
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
1/13
Generalidades y ecologa bacteriana
Para tener una idea de la
importancia de las bacterias les
muestro esta diapositiva de unsimposio de la sociedad
americana de microbiologa en
donde hay un contraste entre
microorganismos y seres
humanos. En cantidad sobre la
Tierra nos superan en 10^22
veces, en masa tambin nos
superan en 10^8 veces, el
tiempo de generacin de una
bacteria es de 30 minutos
mientras que el de los seres
humanos es como de 30 aos,mientras ellos se dividen 500 mil veces nosotros lo hacemos solo una vez. Y sobretodo
el tiempo en la Tierra, nosotros solo hace 4 millones de aos que estamos, los
microorganismos hace 3.500 millones de aos.
Esta diapositiva me gusto porque
hace realce en la importancia de los
microorganismos. Ellos fueron los
pioneros, los que crearon la
atmsfera respirable, los ocanos, los
ciclos de vida de los ocanos, la
mayor biodiversidad existe a nivel de
los microorganismos. En nuestro
cuerpo humano tenemos ms
microorganismos que clulas
humanas y no solo son dainos, sino que tambin nos ayudan a metabolizar los
alimentos, sintetizar vitaminas, y sobretodo permiten entender la esencia de la evolucin
de la vida, un aspecto ms filosfico.
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
2/13
Los seres vivos al principio se
dividieron en 5 reinos en una
clasificacin muy antigua: animal,
planta, hongo, protista (donde estn
los protozoos) y monera (donde
estaban las bacterias; pero despus
esa definicin qued obsoleta y sedividieron en 6 reinos, el reino
monera se dividi en 2: eubacterias
y archaebacterias (dos tipos de
bacterias). Y la ltima clasificacin
fue hecha en 1990 en base al RNA
ribosomal, y bajo esa clasificacin
se definieron 3 dominios: eucarya,
que son todos los animales superiores y las plantas; el reino bacteria y el reino archaea.
Las bacterias son las bacterias que conocemos normalmente, las que son de importancia
clnica; y las archaea son las que habitan en ambientes extremos, las que viven en los
giseres, a alta profundidad en el mar, etc.
Esto hace que nosotros
definamos dos tipos de
clulas, el dominio eucarya
est formado por clulas
eucariotas, son las que tienen
organelos separados por
membranas, siendo esto lo
que las define. Y el dominio
bacteria est formado por
procariotas, que son clulas
sencillas que no tienen
organelos separados pormembranas (orgnulos o
estructuras supramoleculares).
Ac estn las caractersticas de los tres dominios: el dominio eucarya que agrupa los 4
reinos de animales superiores, plantas, hongos y protozoos. Las bacterias que son
procariotas y que adems de no tener organelos, otras caractersticas morfolgicas que
las definen, como que tienen membranas compuestas de cidos grasos no ramificados;
incluye a las bacterias que ya les contaba, micoplasmas, cianobacterias, gram positivas,
gram negativas. Y las archaeas que tienen membranas compuestas por compuestos que
no son cidos grasos, sino que son derivados del isopreno, la pared celular no tiene
proteoglicanos como tienen la de las bacterias, y tienen esta estructura justamente
debido a que tienen que vivir en ambientes extremos.
Ahora vamos a ver que tipos de clulas existen y que tipos de estructuras celulares se
conocen.
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
3/13
La clula procariota tiene su
DNA circular mientras que
la clula eucariota tiene un
DNA lineal. Los organelos
eucariotas la teora
endosimbitica dice que
fueron bacterias fagocitadaspor otras clulas y pasaron a
formar parte de una
simbiosis donde viven
dentro de los organismos
eucariotas, y es por eso que
si ustedes ven las
caractersticas de los
organelos son similares a las
de los organismos eucariotas apoyando esta hiptesis de la teora endosimbitica. Las
clulas eucariotas tienen histonas, mientras que las clulas procariotas y los organelos
no. Los organelos tienen sus propios ribosomas que tienen el mismo coeficiente de
sedimentacin que las clulas procariotas. Y tambin tienen el mismo tipo dereproduccin que es por fisin binaria, mientras que la clula eucariota hace mitosis.
Al ver, en comparacin una clula eucariota
contra una procariota, no solo el tamao sino
que en complejidad, la clula procariota tiene
numerosos organelos, mitocondrias, cloroplastos
(en caso de clulas vegetales y algas), tienen
ncleo definido rodeado por una membrana
donde est el DNA, la clula procariota tiene su
ncleo suelto en una zona llamada nucleoide y
los ribosomas tambin estn sueltos, mientras
que en la eucariota estn pegados al retculo endoplsmico. La clula procariota tambintiene cosas que la clula eucariota no tiene, por ejemplo una pared celular, aunque
despus vamos a ver que clulas vegetales si tienen pared celular.
Esto es en ms detalle
como se compone una
clula procariota
(bacteria). Pueden tener
un glicocalix (no todas lo
tienen), que es una
cubierta de polisacridos
que es para encubrir sus
determinantes antignicos.
El cromosoma bacteriano
o nucleoide. Pueden tener
pili, que es para
transferencia de material
gentico. El mesosoma,
que son extensiones de la
membrana celular para
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
4/13
aumentar la superficie. Pueden tener flagelo que es una estructura especializada que les
da movilidad. Pueden tener fimbrias. Grnulos de inclusin que son sustancias de
reserva. Pared celular, que tambin es excepcional, pero la mayora de las bacterias la
tiene. Membrana celular. Y los ribosomas, que al no haber retculo endoplsmico como
en la clula eucariota, se encuentran dispersos en el citoplasma o pegados a la
membrana celular.
Esto es como se ve una clula eucariota, vean la
complejidad de organelos que tiene. Tambin tienen
vacuolas de reserva. Membrana celular,
mitocondrias, tienen aparato de Golgi, retculo
endoplasmtico. Ribosomas, mitocondrias,
cloroplastos y muchos organelos.
Eso es bsicamente los tipos de
clulas que existen, las bacterias,
pero en cuanto a que hemos
hecho nosotros para poder
estudiarlos: Todo empez en la
antigedad hasta los primeros
microscopistas, fue un periodo
especulativo. El segundo periodo
va desde 1675, donde este seos
fue el primero el observar a los
microorganismos porque se
dise sus propias lentes que
podan aumentar hasta 300X y
observ los microorganismos porprimera vez llamndolos minsculos animlucos y desde ah cambi todo. Despus
apareci el cultivo de microorganismos con la era de Pasteur y Koch. Y la era en que
estamos ahora donde los microorganismos se estudian en toda su complejidad y donde
han surgido disciplinas especializadas dentro de la microbiologa.
La microbiologa se divide en dos
grandes ramas, que es la
investigacin bsica y la
microbiologa aplicada. Dentro de
la investigacin bsica podemos
clasificar por tipos de
microorganismos, donde tenemosla bacteriologa, algologa,
micologa, protozologa,
parasitologa, virologa; la
taxonoma microbiana que es en
esencia la clasificacin de los
microorganismos; en relacin a la
enfermedad tenemos la
inmunologa, epidemiologa,
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
5/13
etiologa; y por procesos estn quienes estudian metabolismo microbiano, gentica
microbiana, ecologa microbiana. Y dentro de la microbiologa aplicada, que es una
rama totalmente diferente, est la microbiologa enviromental; en relacin a al
enfermedad est el control de infecciones y la quimioterapia; y los procesos industriales
que es bsicamente aplicar lo que se sabe de microbiologa para tener un producto o
provecho para el uso de todos, la tecnologa de los alimentos y bebidas, la
microbiologa farmacutica, la ingeniera gentica para hacer organismos modificados.
Uno de los conceptos que quisiera transmitir
es la diversidad morfolgica que existe dentro
de las bacterias. Existen diversas formas:
cocaceas, bacilos, espirilos; tienen bacterias
con yemas, con apndices, bacterias
filamentosas.
La diversidad de tamao que existe no solo de las bacterias sino que de las clulas en
general. Tenemos las que van desde virus en 100 nm, un glbulo rojo que tiene 10 um,
un alga que mide 100um, una ameba que es mucho ms grande; aqu en el orden de 1
um es donde estn las bacterias, las ms conocidas (estafilococo, escherichia coli).
La diversidad metablica que
tienen los microorganismos, ellos
pueden vivir casi a partir de
cualquier cosa (orgnica, inorgnica). Pueden producir su fuente de energa a partir de
compuestos qumicos, a partir de la luz. Tambin estn los quimiolitotrofos que son los
que ocupan compuestos inorgnicos para generar energa y son los que viven del azufre
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
6/13
(un granulo de azufre para ellos es suficiente fuente de energa). Los
quimioorganotrofos que son los que utilizan compuestos orgnicos.
La diversidad ecolgica, pueden vivir en ambientes sumamente diversos (giseres,
desiertos, salares), pueden vivir casi al borde del congelamiento, pero tambin estn los
microorganismos que pueden vivir en el cuerpo humano, en animales de sangre caliente,
en las plantas. Pueden vivir en cualquier lado. Ac estn los factores ambientales quepueden tolerar, la profundidad (pueden vivir hasta a 1000 m de profundidad).
La diversidad gentica tambin es muy
grande, ellos pueden, gracias a su
promiscuidad, transferir material gentico
entre ellos y difundir as caractersticas
genticas que los hacen ms adaptables.
Habamos visto la clasificacin de todos
los seres vivos, ac tenemos una
clasificacin funcional de los
microorganismos. Ac tenemos laseubacterias, archaebacterias y los
microorganismos eucariotas (algas, hongos
y protozoos); y los agentes infecciosos que es donde se encuentran los virus, los
viroides y los priones.
Vamos a empezar por las bacterias, las eubacterias que son las bacterias ms
evolucionadas. Tienen una pared celular de peptidoglicano, se reproducen por fisin
binaria y obtienen energa por una diversidad de procesos metablicos. Son siempre
unicelulares y pueden ser mviles cuando tienen el flagelo.
Las archaebacterias, son el otro tipo de bacterias que no tienen peptidoglicano, sereproducen por fisin binaria, tambin son unicelulares, pero habitan en ambientes
extremos. Es donde se encuentran los metangenos, los halfilos (viven en altas
concentraciones de sal - salares), los termfilos. Eso es una pequea clasificacin de lo
que son las archaebacterias.
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
7/13
Ahora pasamos a los
microorganismos
eucariticos, entre los cuales
estn los hongos. Estos
tienen ms de 100.000
especies y se dividen en dos
grupos: hongosmacroscpicos y hongos
microscpicos. Los
macroscpicos suelen estar
asociados a lo que son los
hongos filamentosos y los
hongos que conocemos. Y
los hongos microscpicos
que son las levaduras. Ellos
tienen una estructura celular
tambin bien especial, una pared celular con quitina (lo que no existe en el mundo
microbiano) y descomponen plantes y animales porque viven sobre plantas y animales
muertos. Son una fuente de antibiticos, son muy utilizados en la tecnologa dealimentos y estudios genticos. Y son productores de toxinas, micosis y tambin son los
responsables de los deterioros de los alimentos.
Los hongos
filamentosos
se dividen en
los que tienen
hifas septadas
y las no
septadas, lo
que tiene gran
importanciapara la clnica
ya que se
puede ver
perfectamente
al microscopio. Las levaduras son los que habamos dicho eran los hongos
microscpicos
Los hongos viven de plantas y
animales muertos, son saprobios; son
heterotrficos, no pueden sintetizar sus
propios puentes de carbono, tienen que
tomarlo del medio como nosotros;
algunos son parsitos; tienen una
temperatura de crecimiento de entre 20
a 40C, por lo que viven a temperatura
ambiente; y tambin tienen una
distribucin sper amplia, viven en
muchos hbitats.
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
8/13
As es como se reproducen los
hongos filamentosos. Si uno mira el
hongo que crece en las naranjas al
microscopio va a haber una espora
como esta que se llama
conidioforo, en este caso conidias y
esta es su forma de reproduccin,estas conidias vuelan y van a
infectar ms naranjas. Y esto es
otra forma que se llama
esporangiforo y son esporas, este
es el que est por ejemplo en el
rhizopus del tomate en
descomposicin, donde se ven esas
pelotitas negras. Los hongos tambin pueden reproducirse de forma sexual, la anterior
era reproduccin asexual, esporas que se formaron por simple mitosis sin variacin de
material gentico; pero las levaduras y hongos pueden reproducirse sexualmente cuando
hay un apareamiento de una clula masculina y una femenina, ah hay unin de gametos
y variacin de material gentico.
Las algas es otro microorganismo
eucariota. Son fotosintticos.
Dentro de este grupo estn las
diatomeas, los dinoflagelados, las
algas verdes, algas pardas y algas
rojas. Como son fotosintticos
tienen cloroplastos, clorofila y otros
pigmentos. Tambin son
unicelulares pero existen
multicelulares. La mayora son de
vida libre en agua y losdinoflagelados son los que causan
las mareas rojas.
El tercer tipo de microorganismo eucariota que
vimos son los protozoos. Hay 65.000 especies, y
la mayora son unicelulares. Tienen estructuras
de locomocin distintas: tienen flagelos, cilios,
seudpodos. Tienen formas muy variadas y no
tienen ni pared celular ni cloroplastos. Adems
son hetertrofos, igual que los hongos.
Ahora empezamos con los agentes
infecciosos (virus, viroides y priones).
Los virus son estructuras acelulares
formadas solo por un DNA o un RNA
rodeado por una cubierta proteica; hay
muchos virus que tambin pueden estar
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
9/13
envueltos en lpidos que son los virus envueltos, estos virus tienen que, cuando van a
salir de la clula hospedera se llevan parte de la membrana. Los virus si son parsitos
intracelulares obligados, no se pueden reproducir ni vivir si no estn adentro de otra
clula, solo se pueden replicar dentro de un hospedero.
Los viroides son agentes infecciosos compuestos solo de una molcula de RNA, simple
hebra circular que presenta regiones doble hebra, es decir que por apareamiento seforman estructuras de orquilla. No tienen cpsula proteica rodeando los cidos
nucleicos, y se localizan en el ncleo del hospedero. Son estructuras tpicas de los virus
que infectan las plantas.
Los priones, es una partcula proteica infecciosa. Prin es una palabra proveniente de
protena e infeccin. Solamente es una protena que tiene una estructura terciaria
alterada y que al entrar en una clula sana, encuentra a su homologa que est sana y la
vuelve defectuosa y forma agregados de esas protenas que finalmente producen las
enfermedades. Los priones son los responsables de los trastornos degenerativos del
sistema nervioso, en los animales la conocida enfermedad de las vacas locas, y en
trastornos neurodegenerativos de los seres humanos.
Ahora vamos a ver algunos conceptos de lo que es la ecologa
microbiana, que es los microorganismos en su ambiente natural
interactuando con el entorno y los dems microorganismos.
Para estudiar la ecologa microbiana
lo mejor es estudiar la comunidad
microbiana, donde vamos a ver qu
es la comunidad, qu es la diversidad
y porqu es importante conocer la
diversidad microbiana.
Supongo alguna vez habrn visto los
distintos niveles de complejidad de
interacciones entre microorganismos,
desde los individuos, una poblacin
que es un grupo de individuos, un
gremio que son poblaciones que
utilizan los mismos recursos (tienen
el mismo nicho ecolgico), hasta la
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
10/13
unidad ms compleja que es la comunidad, que es un grupo de poblaciones y de
individuos, es la unidad biolgica superior. El ecosistema no es una unidad biolgica,
porque lo que comprende son las interacciones con el medio ambiente y sus distintos
factores. Entonces no se considera unidad biolgica, por lo que la unidad biolgica
superior es la comunidad.
La comunidad microbiana es un conjunto integrado de poblaciones microbianas que
interactan entre ellas y coexisten en un determinado espacio llamado hbitat.
El hbitat es el espacio donde se desarrollan
las comunidades, y el nicho es el papel de las poblaciones dentro de la comunidad,
distintas poblaciones tienen distintos nichos. Por ejemplo un nicho puede ser humedad
de tanto a tanto, temperatura de tanto a tanto; entonces en ese nicho hay una
determinada poblacin.
Las comunidades tienen distintos atributos. Uno de ellos es la composicin, quines
componen a esa comunidad, de qu microorganismos en este caso. La riqueza de una
comunidad, cuntos tipos de microorganismos. La abundancia, cmo estn
representados, cuntos hay de cada tipo. Todos esos son atributos de una comunidad al
momento de estudiar la ecologa microbiana.
Ac habla de biotipo que puede ser no solo especie, sino que variantes genticas, cepas
por unidad de espacio.
Esto es lo que les deca, poblacin A y
poblacin B, distintas poblaciones pero
que comparten el nicho, utilizan un nicho
muy parecido lo que significa que
mientras ms similar sea el nicho mayor
ser la competencia entre las poblaciones
A y B, y eso va a terminar en que la
poblacin mejor adaptada va a desplazara la otra. Ese reemplazo de una poblacin
por la otra se llama sucesin. Una
sucesin primaria es la colonizacin de
un hbitat sin historia de invasiones
previas, por ejemplo la colonizacin del
intestino en los animales recin nacidos. Una sucesin secundaria es la que ocurre en un
hbitat que ya tiene una historia sucesional previa, ya ha sido poblada por
microorganismos, y generalmente es consecuencia de un evento catastrfico, por
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
11/13
ejemplo lo que pasa con la poblacin de microorganismos cuando nos lavamos el
cabello.
Las sucesiones es la forma de
evolucin de las comunidades y tienen
distintas etapas. Los organismos
pioneros colonizan un hbitat, alcolonizar el hbitat si o si van a
modificarlo, eso le hace ampliar su
dominio y hacerlos ms dominantes en
caso que vengan otros
microorganismos a invadir, pero al
haberlo modificado otras poblaciones
lo pueden encontrar atractivo y pueden
haber poblaciones mejor adaptadas a
ese nuevo hbitat que van a
desplazarlos; esto es una tendencia
constante al clmax, y una comunidad clmax difcilmente se alcanza por todos los
eventos catastrficos (como por ejemplo lavarse el cabello). Las comunidades clmaxson difcilmente de alcanzar en la prctica y es cuando todas las poblaciones se
encuentran en equilibrio.
Este es el ejemplo de la sucesin
primaria, que es la forma en que se va
poblando el intestino de un ratn recin
nacido. Primero llegan los
flavobacterium y viven hasta los 10
das, una vez que se forman los
flavobacterium llegan los coliformes
que alcanzan un nmero muy grande
pero despus llegan a su nivel normal,y los que predominan despus en la
comunidad clmax son los bacteroides
que llegan a poblar hacia el da 18, que
son los anaerobios estrictos y las
bacterias del cido lctico. Lactobacilius, Streptococcus y Bacteroides son los que
predominan en el intestino en equilibrio.
Entonces como vern, hubo varias sucesiones, fueron evolucionando las comunidades
microbianas.
Esto es lo que pasa con el lavado del
cabello, esto es lo que hay previo al
lavado, y luego del lavado se modifican
los niveles de los distintos
microorganismos que habitan el cuero
cabelludo, se dispara el
propionibacterium acnes, bajan los
aerobios, pero luego vuelven por
homeostasis, que es el mecanismo que
permite recomponer la estructura de
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
12/13
esta comunidad. Entonces anaerobios vuelven a su nivel normal, al igual que los
corineiformes y pityrosporum. Ac no se forma una comunidad clmax diferente como
en la sucesin primaria, ac se recompone la misma que estaba al principio de la
catstrofe.
Un ejemplo sper tpico de comunidades
microbianas son los biofilms. Las biopelculases una comunidad microbiana cuya dinmica,
estructura y formacin ha sido muy estudiada.
Hay distintas etapas en la formacin de
biopelculas; estas se forman en ambientes
naturales, se forman tambin en el cuerpo
humano, en los dientes, en el tracto intestinal.
Lo primero que sucede es el
acondicionamiento fsico de la superficie, lo
primero que va a pasar es la deposicin de
distintas sustancias que van a hacer atractivas
y hacen que los microorganismos vayan a
colonizar esas superficies. Luego va a ocurririnvasin y una adhesin de los
microorganismos a la superficie. Luego va a haber un crecimiento de los
microorganismos donde comienzan a sintetizar polmeros, los distintos
microorganismos sintetizan distintos polmeros. Un biofilm bien conocido y de
importancia clnica es el que forma la pseudomona aeruginosa en pacientes con fibrosis
qustica, estos pacientes tienen una alteracin en su sistema de clearence de bacterias y
de la humedad, lo que lo hace muy propicio para que se forme un biofilm, la
pseudomona forma un biofilm con un polmero que se llama alginato, y ella vive en esa
masa de polmero, y una ves que ya est el biofilm es muy difcil de sacar.
Esta capa es reversible, la primera capa de microorganismos es fcil de remover, pero
una vez que se estableci el biofilm es muy difcil de sacar porque los organismos se
quedan dentro de l y se hacen resistentes, pueden soportar muchas variaciones. Y laltima etapa es la dispersin, donde pedazos de biofilm se pueden desprender para ir a
colonizar otros vectores y el biofilm no es una simple capa microorganismos, est
organizado en capas, donde microorganismos con distintos requerimientos estn en
distintas capas, se forman canales dentro del biofilm por donde fluye el agua y
desarrollan un sistema de comunicacin entre ellos; entonces el biofilm es una
estructura sper compleja.
7/23/2019 Generalidades y Ecologa Bacteriana
13/13
Las biopelculas tienen un impacto negativo. Disminuyen el dimetro de las tuberas y
filtros de agua porque se depositan en las paredes. Las placas dentales, son tambin
corrosivas. Y lo que tiene esto es que cuando una bacteria est dentro del biofilm es
mucho ms resistente a los tratamientos que las cepas planctnicas (cepas libres),
tambin contaminan lentes de contacto, marcapasos y catteres.
Pero tambin tienen efectos aprovechados para obtener beneficios de esta estructura tancompleja que es el biofilm. Para el tratamiento de aguas de desechos, donde entran
trayendo oxigeno y nutrientes que son los desechos, y sale el dixido de carbono cuando
pasa por las plantas de tratamiento; el biofilm est alrededor de estas partculas. Para el
reciclaje de materiales y el control de infecciones. El control de infecciones se refiere a
los biofilms naturales, por ejemplo en los dientes (cuando no es una placa como la de la
foto anterior) impide implantacin de microorganismos patgenos, lo mismo con el
biofilm que se forma en el tracto genitourinario femenino, donde se metaboliza
glicgeno produciendo cido, lo que baja el pH y hace que el ambiente sea poco
atractivo para los patgenos.
Recommended