MARCO TEÓRICO

Historia breve de las bacterias y virus

La taxonomía es la rama de la biología dedicada a la identificación nomenclatura y clasificación de los organismos, se remonta a las antiguas civilizaciones griega y romana (Mader S, 1998) El primer interesado en hacer una clasificación fue el antiguo filósofo griego Aristóteles, los nombres dados por Aristóteles a los diferentes animal fueron traducidos al latín en la edad media. De allí surgió la idea de que cada organismo necesitaba un nombre propio.

En la actualidad, los taxonomistas usan como categorías de clasificación la especie, género, familia, orden, clase filo y reino.

En principio el reino Mónera según autores como Rojas C, Sánchez N, Gómez M, Ramírez A, Pardo L (1996) Mader S (1998) y Fried G. (1990) contenía los dominios de Archea y Bacterias, según Mader S (1998) los procariotas abarcan a las arqueobacterias y bacterias, pero según lo reportado por autores como Madigan, Martinko y Parker (2004) los estudios indican que no todas las células del reino Monera tienen necesariamente una relación en un sentido evolutivo.

Curtis H (2008) reporta que los organismos considerados como bacterias y archeas son los más abundantes en el planeta, además comparten una característica, son procariontes, es decir no presentan un núcleo definido. Audesirk T, Audersik G, Byers, Bruce E (2013) reportan que la principal diferencia entre los procariontes y eucariontes es la presencia del material genético envuelto en un núcleo, es decir los eucariontes presentan una membrana que limita su material genético.

De la evolución molecular en procariotas, específicamente, de las relaciones filogenéticas deducidas después de comparar las secuencias de macromoléculas esenciales y del uso del RNA ribosómico como cronometro evolutivo, se identificaron tres líneas celulares filogenéticamente distintas a partir de la comparación de las secuencias del RNA ribosómico; dos de estas líneas contienen sólo procariotas, mientras la tercera está compuesta por eucariotas. (Madigan, Martinko y Parker, 2004)

Estas líneas evolutivas, conocidas como dominios evolutivos son Bacteria, Archae y Eukarya. Este hecho pone de manifiesto que las especies de Archaea están más relacionadas con los eucariotas que con las especies del dominio Bacteria. Además Madigan, Martino y Parker (2004) reportan que las células eucarióticas

contienen genomas de células pertenecientes a dos dominios de organismos. Es decir las eucariotas dentro de sus cloroplastos y mitocondrias contienen un DNA propio (normalmente en disposición circular como el de las Bacterias) y sus propios ribosomas.

Aislando el DNA de las células, el gen que codifica el RNA ribosómico y haciendo un análisis de las secuencias se ha logrado generar el árbol filogenético demostrando que estos orgánulos son los antecesores derivados de líneas específicas del dominio de Bacteria, es decir probablemente estos orgánulos, hace eones, establecieron una residencia estable dentro de células de Eukarya. Este proceso se conoce como endosimbiosis. (Madigan, Martino y Parker, 2004)

Según Audesirk T, Audersik G, Byers, Bruce E (2013) otra diferencia estructural entre las bacterias y las archeas, es la presencia de moléculas de peptidoglicano en la membrana celular de las primeras, es decir las archeas no contienen peptidoglicanos dentro de sus membranas plasmáticas. Además las bacterias tienen una característica muy importante y es que son patógenas, hasta ahora no se ha identificado ninguna archea patógena. (Audesirk T. 2013)

Características generales de las bacterias y los virus

La historia de los virus comienza en 1884 cuando el químico francés Louis Pasteur planteó que algo menor que las bacterias causaba la rabia y eligió la palabra virus. 8 años después el biólogo Dimitri Ivanowsky observo que filtrando un extracto contaminado con un papel fino, en el cual no pasaban las bacterias, el filtrado todavía tenía propiedades infectantes

Madigan, Martino, Parker (2004), Madigan, Martino, Parker Stahl, Clark (2011) y Mader S (1998) acuerdan que los virus no son células, por tres característica principales; no presentan procesos metabólicos, no pueden sintetizar proteínas y no pueden realizar procesos reproductivos sin antes entrar en una célula. Los virus tienen naturaleza parasitaria según Mader S (1998) los virus son parásitos intracelulares obligados, es decir no pueden reproducirse fuera de células vivas. Otra característica de los virus es su carencia de ribosomas.

Audersik et al. (2013) define dos partes de un virus: una molécula de material hereditario y un recubrimiento proteínico que envuelve a la molécula, dependiendo del tipo de virus la molécula hereditaria puede ser ADN o ARN. Según Bustamante C, Carrasco S, Carrera A, Díaz C, Valdivieso D, Bergholz L, Duchens E. (2013) los virus también contienen las enzimas necesarias para copiar su material genético y para ensamblar nuevas partículas virales

Diferenciamos a las bacterias de los virus, porque según Mader S (1998) son células procarióticas. Muchas tienen entre uno y diez micrómetros de tamaño. Madigan et al (2004) reporta que todos los procariotas conocidos causantes de enfermedades (patógenos) pertenecen al dominio de bacteria, así como miles de especies no patógenas y este dominio presenta una gran variedad de morfologías y fisiologías.

Según Campbell N & Recce J (2007) por medio de una técnica denominada tinción de Gram, desarrollada por el médico Hans Christian Gram en el XIX, los científicos pueden clasificar muchas especies bacterianas en dos grupos, en función de sus paredes celulares. Las bacterias grampostivas que tienen paredes más sencillas con una cantidad relativamente grande de peptidoglucanos y las bacterias gramnegativas que tienen menos cantidad de peptidoglucano y poseen estructuras más complejas, con una membrana externa que contiene lipopolisacáridos. Según lo reportado por Bustamante C et al (2013) las bacterias también se pueden diferenciar en función de su forma y el lugar de residencia que ocupan en el hospedero.

Las bacterias específicamente

Como se nombró anteriormente, las bacterias son células procariotas, patógenas o no patógenas que se componen según Mader S (1998) de:

-Una pared celular que contiene peptidoglucano, una mólecula compleja con cadenas de un disacárido de amino singular unidas por enlaces peptídicos. En algunas bacterias la pared celular está rodead a su vez por una cápsula o envoltura gelatinosa.

-Flagelos, que son apéndices largos y muy delgados, que se componen de subunidades de la proteína llamada flagelina.

-Un citoplasma, que en células eucariotas consiste en citosol que es un medio semilíquido y miles de ribosomas, los cuales son pequeños cuerpos que coordinan la síntesis de proteínas.

Campbell & Reece J. (2007) reconocen que en la mayoría de procariontes, incluidas las bacterias, casi todo el genoma está incluido en un anillo de DNA que tiene una cantidad escasa de proteínas asociadas. El cromosoma procarionte se localiza en una región del nucleóide, que es una parte del citoplasma de color más claro que el resto en las microfotografías electrónicas. Además de su único cromosoma, una célula de este tipo puede poseer anillos de DNA mucho más pequeños denominados plásmidos, la mayoría formados por sólo unos pocos genes.

Según Bustamante C et al (2013) las bacterias se pueden clasificar en 3 categorías:

a. Según su forma:

Se reconocen tres tipos fundamentales:

-Cocos: esferas que son más resistentes a la desecación, es decir la deshidratación para evitar su proliferación. Ejemplo: el Staphylococcus aureus, un patógeno nosocomial.-Bacilos: formas alargadas que tienen una mayor área de superficie para absorber nutrientes. Ejemplo: Legionella pneumophila, infecta células pulmonares-Espirilos: hélices que pueden moverse con mayor facilidad en fluidos. Ejemplo: El Spirillum minor transmitido por la mordedura de ratas. (Bustamante C et al, 2013)

b. Según el lugar de residencia de las bacterias en el hospedero:

El tipo de respuesta inmunitaria empleada para eliminar las bacterias dependerá de dónde estas se alojen.

-Bacterias intracelulares facultativas: se multiplican en el medio extracelular y escapan a los mecanismos de defensa escondiéndose dentro de las células.-Bacterias intracelulares obligadas: solo pueden vivir y multiplicarse dentro de las células del hospedero.-Bacterias extracelulares: solo viven y se multiplican en el espacio intercelular del tejido conjuntivo, vías respiratorias, intestinal y sangre(Bustamante C et al, 2013)

c. Según la reacción de su pared celular:

Según Bustamante C et al, 2013 la pared celular presenta estructuras que interactúan con los mecanismos defensivos del organismo cuando logran ingresar en él. Las características de la pared se relacionan con la capacidad de producir enfermedades y con la respuesta del hospedero frente a ellas. Algunas bacterias tienen, además, una cápsula (Mader S, 1998) que las rodea y que las protege de diversos mecanismos bactericidas de las células fagociticas.

Las diferencias en la organización de la pared celular de distintos tipos bacterianos queda en evidencia al emplear la tinción de Gram. La pared celular de las bacterias Gram positivas se tiñe de violeta con la tinción, mientras que las bacterias Gram negativas no se tiñen y se ven rosadas.

Según Solomon E & Berg L. (2013) la tinción de Gram es una herramienta de identificación muy útil en medicina. Entre las bacterias patógenas o productoras de enfermedades, las especies gramnegativas suelen ser más peligrosas que las grampositivas. A menudo, los lipopolisacáridos de las paredes de las bacterias gramnegativas son tóxicos y la membrana externa ayuda a proteger a estas bacterias de las defensas del huésped. Además, las bacterias gramnegativas suelen ser más resistentes a los antibióticos que las grampositivas porque la membrana externa impide la entrada de estos fármacos.

-Gram positivas: tienen sobre su membrana plasmática una gruesa capa de petidoglicano, que aloja ácido teicoico y lipoteicoico además de polisacáridos capsulares. Estos componentes son reconocidos por el sistema inmune adaptativo. (Bustamante C et al, 2013)

-Gram negativa: presentan sobre su membrana plasmática una delgada pared celular de peptidoglicano y sobre ella una membrana plasmática externa. Esta membrana presenta canales denominados porinas y lipopolisacáridos; ambos contienen regiones que son reconocidas por el sistema inmune adaptativo. (Bustamante C et al, 2013)

En cuanto a las bacterias existe una diferencia en sus necesidades de oxígeno. Algunos procariotas son anaerobios obligados y no sobreviven en presencia de oxígeno libre. Otros procariotas, los anaerobios facultativos, pueden vivir en ausencia o presencia de oxígeno gaseoso. Sin embargo, muchos procariotas son anaerobios y requieren el aporte constante de oxígeno para la respiración celular. (Mader S, 1998)

En cuanto a su nutrición distinguimos entre autótrofos y heterótrofos. Las bacterias llamadas fotoautótrofas llevan a cabo la fotosíntesis, es decir utilizan la luz solar para reducir el dióxido de carbono a compuestos orgánicos. Existen dos tipos de fotoautótrofas; las bacterias que no emiten oxígeno y las que evolucionaron más adelante y si emiten oxígeno. (Mader S, 1998)

Las bacterias azufrosas verdes y algunas bacterias verdes llevan a cabo el primer tipo de fotosíntesis. En contraste, las cianobacterias poseen clorofila a y llevan a

cabo la fotosíntesis por el segundo de los mecanismos mencionados anteriormente. (Mader S, 1998)

Otros tipos de bacterias autótrofas son las llamadas quimio autótrofas, que utilizan la quimio síntesis, es decir, oxidan los compuestos inorgánicos, como el hidrógeno gaseososo, sulfuro de hidrogeno y amoniaco, para obtener la energía que necesitan en la producción de sus compuestos orgánicos. Ejemplos de estos son procariotas que oxidan compuestos de azufre en las grietas hidrotérmicas, a 1500 metros bajo el nivel del mar. (Mader S, 1998)

Las bacterias también pueden ser heterótrofas, como por ejemplo los llamados quimioheterótrofos, los cuales obtienen nutrientes inorgánicos de otros seres vivos. Se hace una diferenciación entre saprótrofos aerobios, que descomponen casi todas las moléculas orgánicas grandes en otras más pequeñas que puedan absorberse. Los saprotrofos desempeñan una función crítica en el reciclaje de la materia. Además tienen aplicaciones en el campo de la industria química y alimenticia. Los quimiheterótrofos pueden ser organismos de vida libre, o simbióticos y forman relaciones mutualistas, comensalitas o parasitarias (Mader S, 1998)

En cuanto a la reproducción según Campbell & Reece J (2007) las bacterias se reproducen por fisión binaria con una sorprendente rapidez en ambientes favorable, pero cuando las células agotan su reserva de nutrientes, se intoxican a sí mismas con los desechos metabólicos u otros organismos las consumen. Otra característica de las bacterias es su capacidad de sobrevivir en condiciones inhóspitas gracias a la formación de células resistentes llamadas endosporas.

Las bacterias también pueden realizar transferencia genética a otras bacterias de su medio (Solomon E, Berg L. 2013) La transferencia genética entre bacterias tiene lugar mediante tres mecanismos: transformación, transducción y conjugación. En el proceso de transformación, una célula bacterial toma fragmentos de ADN extraño (o ARN) liberado por otra bacteria. En la transducción, un fago lleva genes bacteriales de una célula bacterial a otra, y el huésped del fago se convierte en una recombinación de su ADN original y el de otra bacteria. En la conjugación, dos células de diferentes tipos de apareamiento entran en contacto y el material genético se transfiere de una a la otra. (Solomon E, Berg L. 2013)

Los virus específicamente

Según Madigan M et al (2004) y Audesirk T. et al (2013) los virus son elementos genéticos parasitarios. Audersik T et al (2013) reporta que los parásitos viven sobre otros organismos causándoles daño en el proceso, es decir los virus son parásitos de las células vivas. Un virus solo puede reproducirse dentro de una célula huésped (Audesirk T et al, 2013). Está célula se denomina hospedadora.

La replicación viral inicia cuando un virus penetra en la célula huésped; después de que el virus penetra, el material genético viral toma el control metabólico. Así la célula “secuestrada” es utilizada para replicar las instrucciones codificadas en los genes virales. (Audesirk T et al, 2013).

Cada tipo de virus se especializa en atacar células huésped específicas. A la fecha no se conoce ningún organismo inmune a todos los virus, incluso las bacterias pueden ser atacadas por invasores virales, llamados bacteriófagos. (Audesirk T et al, 2013).

Según Mader (1998) los virus también pueden tener mutaciones, por lo que es correcto decir que evolucionan. Ejemplos de virus que presentan mutaciones son los virus de la influenza. Los virus pueden infectar células huésped porque ciertas partes de su caspide, la membrana que contiene el material genético, encajan en la forma de llave y cerradura en un receptor de la superficie externa de la célula huésped (Mader, 1998)

Los bacteriófagos o fagos son virus que parasitan a las bacterias (Mader, 1998) estos virus fueron los primeros en estudiarse y se encontró que su ciclo replicativo resulta en la destrucción de la célula, generalmente por lisis celular (Madigan M et al, 2004). Este ciclo recibe el nombre de ciclo lítico y se divide en las etapas de fijación, penetración, biosíntesis, maduración y liberación.

La etapa de fijación sucede cuando la cáspide se combina con un receptor de la membrana hospedadora. Durante la penetración, una enzima viral digiere una parte de la pared celular y el ADN viral entra en la célula bacteriana. La biosíntesis de los componentes virales se inicia después de que el virus inactiva a los genes de la célula huésped innecesarios para la replicación viral. Durante la maduración, el ADN viral y capsides se ensamblan para producir varios cientos de partículas virales. Por último se produce la lisozima que codifica un gen viral y rompe la pared celular, con lo que ocurre la liberación de las partículas del fago. El resultado es la muerta de la célula bacteriana. (Mader, 1998)

En otro ciclo, llamado ciclo lisógeno no se producen de inmediato fagos en la bacteria infectada, sino en algún momento futuro. Durante la inserción y penetración, el ADN viral queda integrado en el bacteriano, sin destrucción de este último. Significa que el fago está latente, es decir, no se reproduce activamente. Durante la latencia se denomina profago al ADN viral. El profago se replica junto con el ADN viral y todas las células subsiguientes, llamadas células lisógenas, estas células contienen una copia del profago. (Mader, 1998)

Los retrovirus son tipos de virus que contienen un enzima especial, la transcriptasa inversa, que se encarga de la transcripción de ARN en CADN. El CADN es una copia del ADN del genoma viral. Los retrovirus al entrar en una célula cualquiera, cumplen un ciclo parecido al lisogenico, pero se diferencian en que se producen nuevos virus no por destrucción celular sino por gemación. Ejemplo de un retrovirus es el VIH, causante del SIDA. (Mader, 1998)

Las infecciones virales, como realizan relaciones parasitarias, pueden causar daño a los organismos huéspedes. Ejemplos de virus infecciosos para el humano, son el papilomavirus, virus del herpes, virus de las hepatitis y adenovirus. (Mader, 1998) El adenovirus puede ser causante de cáncer en el organismo humano.

Bibliografía

-Bustamante C, Carrasco S, Carrera A, Díaz C, Valdivieso D, Bergholz L, Duchens E. 2013. Biología III-IV medio. Editorial Santillana del Pacíficco S.A. Chile. 440 p.

-Mader S. 1998. Biología. Editorial McGraw Hill. México. 645 pp.

-Rojas C, Sánchez N, Gómez M, Ramírez A, Pardo L. 1996. Ciencia en construcción 9. Primera Edición. Editorial Oxford University Press-Harla de Colombia. Santafé de Bogotá, Colombia. 295 pp.

-Madigan M, Martinko J, Parker J. 2004. Biología de los microorganismos. Décima Edición. Editorial Pearson Educación S.A. Madrid. 1011 pp.

-Madigan M, Martinko J, Stahl D, Clark D. 2011. Brock biology of microorganisms. 13th Edición. Editorial Pearson Educación S.A. San Francisco, Estados Unidos 1044 pp.

-Fried G. 1990. Biología. Sexta Edición. Editorial McGraw Hill/ Interamericana de méxico S.A. Naucalpan de Juárez, Estado de México. 433 pp.

-Curtis H, et al. 2008. Biología. Séptima Edición. Editorial Médica Panamericana. Buenos Aires, Argentina. 1160 pp.

-Audesirk T, Audersik G, Byers, Bruce E. 2013. Biología, La vida en la tierra con fisiología. Novena Edición. Editorial Pearson Educación. México. 1000 pp.

-Solomon E, Berg L. 2013. Biología. Novena Edición. Editorial Cengage Learning. México D.F, México. 1269 pp.

-Campbell N, Recce J. 2007. Biología. Séptima Edición. Editorial Médica Panamericana. Madrid, España 1397 pp.