La diversidad de los microorganismos
Tema 18
Microbiología
Ciencia que estudia los microorganismos
Leeuwenhooek Teodor Schwann Experimentos de Pasteur
Louis Pasteur
Cada proceso de fermentación es realizado por un microorganismo distintos.
Demuestra la falsedad de la teoría de la generación espontánea demostrando que los microbios estaban en el aire.
Teodor Schwann indica que las levaduras son responsables de la fermentación alcohólica.
Métodos de estudio de los microorganismos
Microorganismos
Cualquier ambienteMezcla de especies
En la naturaleza
Para estudiarlos
CultivosCondiciones
controladas y óptimas
Individuos genéticamente homogéneos (cultivo puro)
Métodos de aislamientoIdentificación
Asepsia y esterilización
Medios de cultivo de los microorganismos
Medios de cultivo
Composición
Complejos (no definidos)
Sintéticos (comp. definida)
Estado físico
Líquidos
Sólidos
Utilidad
Medios de enriquecimiento
Medios de aislamiento
Medios de diferenciación
1. Se pasa un asa de siembra por el medio de cultivo
2. Por la ultima estría se vuelve a pasar el asa (sin recargar)
3. Se pasa nuevamente por la última zona
En la zona 3 deberían aparecer colonias aisladas
Aislamiento por agotamiento de asa en superficie.
Métodos de aislamiento de los microorganismos
Con un asa bacteriológica, se pasa una porción de la muestra a la superficie de un medio de cultivo hecho a base de agar y se siembra en el medio por estrías en cuadrantes.
1. Dilución y siembra por extensión en superficie
3. Dilución y siembraen profundidad
Crecimiento de colonias confluentesal comienzo de la siembra por estría
2. Siembra en estrías
Se realiza una siembrapor estría en una placa de agar con medio estéril.Después de una estría inicailSe hacen estrías en ángulo
Colonias aisladas al final de la siembra por estría
Se esteriliza el asa y luego se toma una muestra del tubo
Métodos de aislamiento de los microorganismos
Métodos de estudio de los microorganismos
Aislamiento por dilución y siembra en profundidad
Métodos de estudio de los microorganismos
Aislamiento directo Para los microorganismos de mayor tamaño (algas, protozoos) que se pueden aislar utilizando pipetas Pasteur y una lupa binocular.
Colonias de bacterias
Serratia marcescensCultivada en Agar MaConkey
Pseudomonas aeruginosaCultivada enAgar Tripticasa-soja
Shigella flexneriCultivada enAgar MacConkey
Colonias de Bacillus subtilis que han crecido en medios con pocos nutrientes
Métodos de esterilización
Comprende todos los procedimientos físicos y químicos, que se emplean para destruir los microorganismos de un medio de cultivo o material de laboratorio.
Métodos físicos
Calor
Tyndalización
Filtración
Radiaciones
Ultrasonidos
Métodos químicos
oxido de etileno
Aldehídos
Peróxido de Hidrógeno
Métodos físicos
Calor
Tyndalización
Filtración
Radiaciones
Es el más utilizado. Se emplea un autoclave (120ºC- 20’)
Esterilización por acción discontinua del vapor de agua.
Se usan membranas filtrantes con poros de un tamaño determinado. Se usan si el calor afecta al medio de cultivo.
Tienen gran penetrabilidad y se las utiliza para esterilizar materiales termolábiles. Muy usadas a escala industrial. Afectan a los ácidos nucleicos
Agentesfísicos
Temperatura
Temperaturas elevadas eliminan a los microorganismos. Influye la temperatura, el tiempo y la humedad
• Esterilización a altas temperaturas. Cientos de grados. Hornos, llama. Se puede hacer si el material lo resiste
• Calor seco. Hacen falta más de 100ºC durante periodos prolongados para asegurar la esterilización
• Calor húmedo. A 100ºC durante varios minutos
Algunos microbios y formas de resistencia son resistentes a las altas temperaturas. Por fortuna no suelen ser patógenos ni competidores
Radiaciones ionizantes
Rayos X, ultravioletas y gammaDestruyen los microorganismos de superficies expuestas
Filtración de medios líquidos
Se hace pasar el líquido por un tamiz de diámetro inferior al del microorganismo
Agentes químicos Sustancias
químicas inorgánicas
Desinfectantes y esterilizantes para superficies. Suelen oxidantes enérgicos o pH extremos:Lejía, amoniaco...Antisépticos para la piel. Yodo, Mercurocromo, Alcohol, Agua oxigenada en bajas concentraciones
Antibióticos Sustancias específicas para tipos concretos o grupos de microorganismos.
Utilización de un asa de cultivo como método de transferencia aséptica
• No es un proceso de esterilización• Es un proceso que reduce la población microbiana de un líquido.• La leche, nata y ciertas bebidas alcohólicas (cerveza y vino), los zumos, se
someten a tratamientos de calor controlado que sólo matan a ciertos tipos de microorganismos pero no a todos.
• La temperatura seleccionada para la pasteurización se basa en el tiempo térmico mortal de microorganismos patógenos. Es el tiempo más corto necesario para matar una suspensión de bacterias a una temperatura determinada.
• Hay tres tipos
– Pasteurización tradicional: 63 a 65°C por 30 min.– Pasteurización Flash: el líquido se calienta a 72ºC por 15 seg y
rápidamente se enfría. Puede ser adaptada a flujos continuos. – Ultrapasteurización: 150ºC por 1-3 seg
Pasteurización
Métodos de identificación
Estudios de microscopía• Diferencian por la morfología• Se utilizan tinciones (Gram)
Métodos bioquímicos• Según la utilización de diferentes sustratos
Técnicas de biología molecular• Cada vez más usadas• Tecnicas de hibridación con sondas marcadas
Clasificación de los microorganismos
Bacterias
Algas
Hongos (levaduras)
Protozoos
Bacterias
Características:
• Organismos procariotas• Tamaño entre 0.1 y 50 µm• Autótrofas o heterótrofas. Anaerobias, aerobias o anaerobias
facultativas.• Se encuentran en cualquier tipo de ambiente sobre la tierra.• Pueden estar solas o formar colonias.• La forma es un criterio de clasificación (cocos, bacilos, vibrios y
espirilos)• Hoy en día se clasifican por comparación de secuencias de ARN
ribosómico.• Se distinguen dos grandes grupos: Eubacterias y arqueobacterias
(Antepasado universal)
PROGENOTE
DominioBacteria
DominioEukarya
DominioArchea
procariotas
eucariotas
• Grupo amplio, con varias ramas evolutivas.
• Gran capacidad adaptativa.• Son la mayor parte de las bacterias
conocidas
Eubacterias
Bacterias purpureas y verdes
Cianobacterias
Proclórofitas
Bacterias nitrificantes
Bacterias fijadoras de nitrógeno
Espiroquetas
Bacterias del ácido láctico
Micoplasmas
Arqueobacterias
Halofílicas
Termofílicas
Metanógenas
• Mayoría de anaerobias• Membranas sin ac. grasos• Pared sin peptidoglucanos
Morfología bacteriana
• Organización procariota• Unicelulares• Ausencia de membrana nuclear• Ausencia de orgánulos membranosos• ADN circular y no unido a histonas• Ribosomas 70 S
CARACTERÍSTICAS GENERALES
ESTRUCTURAS PRESENTES EN LAS BACTERIAS
• Capsula• Pared bacteriana• Membrana plasmática• Citoplasma
o Ribosomaso Inclusioneso Vesículas
• Material genética• Pili y fimbrias• Flagelos
Cápsula bacteriana
• Este componente no aparece en todas las bacterias (en las patógenas si suele estar presente).
• Mide entre 100 y 400 Å de grosor• Está formada por polímeros glucídicos que no llegan a formar una
estructura definida.
o Mejora en las propiedades de difusión de nutrientes hacia la célula.o Protección contra la desecación.o Protección contra la predación por parte de protozoos.o Protección contra agentes antibacterianos:o Adhesión a sustratos:
• Sobre sustratos inertes: Esta propiedad tiene una serie de importantes secuelas económicas:• corrosión y obstrucción de cañerías• formación de placa dental y caries• formación de biopelículas en catéteres y prótesis quirúrgicas
• Sobre sustratos vivos (tejidos de organismos superiores): • Efecto beneficicoso (microflora intestinal)• Es uno de los factores de virulencia, de los que depende el
inicio de muchas infecciones por parte de bacterias patógenas.
o Como receptores para ciertos bacteriófagos.
Propiedades de la Cápsula
Pared celular
• Cubierta rígida que rodea el protoplasma• Poseen todas las bacterias excepto:
• Micoplasmas• Thermoplasma
• Espesor entre 50 a 100 Å• 20% del peso seco de la bacteria• Sirve como criterio de clasificación según su
respuesta a la tinción de Gram (Gram + /Gram -)
• Funciones:• Protección ante cambios de presión
osmótica• Regulación del paso de iones• Mantenimiento de la forma celular• Resistencia a antibióticos
4-membrana citoplasmática, 5-pared celular,6-membrana externa, 7-espacio periplásmico.
1-membrana citoplasmática, 2-pared celular, 3-espacio periplásmico.
Bacteria Gram positiva.
Bacteria Gram negativa
Bacterias gram positivas
Gram +
Gram -
Bacterias gram positivas
P ar e
d ce
l ul a
r
Peptidoglucano
Membrana plasmática
Ácido teicoicoÁcido lipoteicoico
Pared formada por una capa gruesa de mureína (peptidoglucano) formado por NAG y NAM enlazados por enlaces O-glucosídicos. Las moléculas de NAM se enlazan con proteínas, polisacáridos y ácidos teicoicos
Bacteria Gram-positiva.
1-membrana citoplasmática 2-peptidoglicano3-fosfolípidos4-proteínas5-ácido lipoteicoico.
Bacterias gram negativas
• Membrana citoplasmática (membrana interna)
• Pared celular delgada de peptidoglucano • Membrana externa
Entre la membrana citoplasmática interna y la membrana externa se localiza el espacio periplásmico, que contiene enzimas importantes para la nutrición en estas bacterias.
P ar e
d ce
l ul a
r
Membrana plasmática
PorinaLPS
Lípido A
Peptidoglucano
La membrana externa contiene proteínas como las porinas (canales proteícos que permiten el paso de ciertas sustancias) o diversos enzimas.
También presenta lipopolisacáridos.
Abajo: Bacteria Gram-negativa. 1-membrana citoplasmática (membrana interna), 2-espacio periplasmático, 3-membrana externa, 4-fosfolípidos, 5-peptidoglicano, 6-lipoproteína, 7-proteínas, 8-lipopolisacáridos, 9-porinas.
Constituye una fina capa de unos 8 nm de espesor: mantiene la integridad celular y es altamente selectiva.
ESTRUCTURA
Proteína
Fosfolípidos
Fosfolípidos
• No tiene esteroles como el colesterol.
• El porcentaje de los distintos tipos de fosfolípidos es diferente.
• Algunas bacterias como las arqueas tienen unidades de isopreno en lugar de ácidos grasos.
• En algunas arqueas las cadenas hidrofóbicas de cada lado se unen covalentemente entre sí formando una monocapa.
Diferencias con la de eucariotas BICAPA LIPÍDICA
MONOCAPA LIPÍDICA
La estructura de monocapa es más estable y resistente en ambientes con temperaturas elevadas.
Membrana plasmática de las bacterias
Mesosomas
1. Invaginaciones de la membrana plasmática.
2. Incrementan la superficie de la membrana.
3. Contienen enzimas realcionados con la respiración o fotosíntesis (semejantes a crestas mitocondriales o tilacoides)
4. Enzimas de fijación de nitrógeno y asimilación de nitritos y nitratos
5. Sujeta el cromosoma bacteriano6. Enzima ADN polimerasa
Citoplasma
Agua
Proteínas
Material genético: ADN circular, bicatenario, plásmidos
Ribosomas: 70s, aparecen libres
Inclusiones. Pueden ser residuos metabólicos (no en todas las bacterias)
Vesículas: Para la flotación de bacterias fotosintéticas
Material genético
ADN bacteriano
• Circular• Bicatenario• Plegado• Asociado a proteínas no histónicas
Plásmidos
• Material extra cromosómico• Puede haber varias copias• ADN bicatenario• Pueden intercambiarse• Se replican de forma independiente
Pili y fimbrias
• Estructuras tubulares de bacterias gram negativas.
• Sirven de anclaje.• Las fimbrias son cortas y numerosas.• Los pili atraviesan la membrana (las fimbrias
no) y permiten el paso de material genético.
Flagelo bacteriano
Número y posición variable:
Monótricas
Lofótricas
Perítricas
Anfítrico
Partes del flagelo• Cuerpo basal• Filamento
Fuente de carbono
Fuente de energía
Fuente de carbono inorgánica
Fuente de carbono orgánica
Luz Fotoautótrofos Fotoorganótrofos
Energía química Quimioautótrofos Quimioorganótrofos
Nutrición bacteriana
Reproducción bacteriana
Reproducción
Asexual Bipartición
Parasexual
Conjugación
Transformación
Transducción
Bipartición
• Se obtienen dos células hijas, con idéntica información en el ADN circular, entre sí, y respecto a la célula madre,
• Las células hijas son clones de la progenitora.
• Se produce cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN.
• El ADN bacteriano se une a un mesosoma, que separa el citoplasma en dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado.
Conjugación
• Una bacteria donadora (F+) pasa plásmidos (ADN) a una bacteria receptora (F-).
• Si el plásmido se integra en el cromosoma bacteriano se llama episoma y puede transportar genes de este cromosoma.
Transformación
Las bacterias son capaces de captar del medio trozos de ADN procedentes de otras bacterias o de otros organismos e integrarlos en su cromosoma
Transducción
• Cuando una célula es atacada por un virus bacteriófago, la bacteria genera nuevas copias del ADN vírico.
• En la fase de ensamblaje se pueden introducir fragmentos de ADN bacteriano en la cápsida del virus.
• Los nuevos virus ensamblados infectarán nuevas células. mediante este mecanismo, una célula podrá recibir ADN de otra bacteria e incorporar nueva información.
Funciones de relación
• Muchas bacterias tienen movilidad, ya sea por flagelos, contracción o reptación, acercándose o alejándose de los estímulos ambientales (luz, alimentos…)
• Pueden responder modificando su metabolismo, adaptándolo a las condiciones concretas.
• Si no pueden moverse y el ambiente es desfavorable originan formas de resistencia, las endosporas, formas de vida latente protegidas por una gruesa membrana, capaces de resistir condiciones extremas.
• Cuando el ambiente es favorable, germinan y originan bacterias funcionales.
Protoctistas: Las algas
•Son Eukarya autótrofos fotolitótrofos.
•Algunas son móviles mediante flagelos y otras sésiles.
•Sus paredes celulares tienen principalmente celulosa.
•Viven en medios acuáticos o en medio terrestre con abundante humedad.
•Tienen importancia ecológica como productores de oxígeno y ser la base de las cadenas tróficas en ecosistemas acuáticos (fitoplacton)
Protoctistas: Protozoos
Sarcodinos• Tienen pseudópodos. Se alimentan por fagocitosis. Son de vida libre y
forman parte del plancton.• Ejemplos: Foraminiferos, radiolarios, amebas
Flagelados• Tienen flagelos. Pueden ser parásitos o formas libres. • Ejemplos: Leishmania, Tripanosoma
Ciliados• Cuerpo cubierto de cilios. Muchos disponen de dos núcleos. Realizan
procesos de conjugación• Ejemplos: Paramecium, Vorticellas
Esporozoos• Inmóviles, parásitos y se reproducen por esporulación• Ejemplos: Plasmodium (malaria)
Protoctistas: Hongos
•Son Eukarya heterótrofos, unicelulares o pluricelulares
•Sus paredes celulares tienen principalmente quitina.
•Viven en ambientes muy diversos, la mayoría terrestres.
•Tienen importancia ecológica como descomponedores (saprófitos)
•Se reproducen por esporas, que se forman en las hifas. El conjunto de hifas es el micelio
•Dependiendo de la estructura formadora de esporas se dividen en Ascomycetes (ascas) y Basidiomycetes (basidios).
HONGOS FILAMENTOSOS
SETAS
LEVADURAS
HONGOS MUCOSOS
Conidios(esporas)
Hifas sustrato
Hifas aéreas • Son hongos filamentosos unicelulares de forma ovoide.
• Se reproducen asexualmente por gemación.
• Son importantes en procesos industriales de fermentación.
Candida albicans es una levadura capaz de formar micelio.• Son los típicos mohos de la fruta, el pan o el queso.
• Forman filamento o hifas que se agrupan para formar el micelio.
• Hongos filamentosos del grupo Basidiomycetes.
• Sus cuerpos fructíferos se denominan setas.
• La fusión de micelios haploides origina hifas dicarióticas que formarán las setas.
• Filogenéticamente son muy distantes de los hongos (tienen características entre hongos y protozoos)
• Se alimentan de microorganismos sobre materia vegetal en descomposición.
• Se dividen en hongos mucosos celulares y acelulares.
Grupos de hongos
Los virus
Características generales
• Descubiertos por Pasteur (1884)• Son parásitos intracelulares obligados que
utilizan metabolismo y reproducción del huésped.
• Poseen ADN ó ARN como material genético y una envoltura proteica que rodea el ácido nucleico.
• Son metabólicamente inertes y carecen de maquinaría para generar energía o sintetizar moléculas.
• Fuera del huésped no tienen vida (viriones)
Virus Otros microorganismos
Tamaño Generalmente < 200 nm Generalmente > 200 nm
Ácido nucleico ADN ó ARN ADN y ARN
Cubierta externa Simple y proteica Pared y membrana celular complejas
Reproducción Requiere huésped Generalmente independiente
Metabolismo Utiliza maquinaría metabólica del huésped
Posee su propia maquinaría metabólica
Cultivo No puede ser cultivado en medios libres de células
Usualmente pueden ser cultivados en medio sin células
Los virus: Clasificación
Según el organismo infectado
Bacteriofagos
Virus animales
Virus vegetales
Según el material genético
ADN doble cadena
ADN cadena simple
ARN doble cadena
ARN cadena simple
Por su morfología
Helicoidales
Icosaédricos
Complejos
Con envoltura
Los virus: Clasificación
Los virus: Morfología
• Cápsida proteica
• Ácido nucleico
• Envoltura (no siempre)
NucleocápsidaVirión
Las proteínas de la cápsida se llaman capsómeros y según se ordenen sirven como sistema de clasificación de los virus
Helicoidales
Icosaédricos
Complejos
Con envoltura
El ácido nucleico forma una espiral. Los
capsómeros tienen simetría helicoidal
Capsómeros de dos tipos hexones y pentones
Cabeza icosaédrica y cuello helicoidal
Envoltura membranosa con glucoproteínas víricas
Los virus: Multiplicación
División celular
El ciclo replicativo de los bacteriófagos pueden seguir dos caminos:
CICLO LÍTICO
CICLO LISOGÉNICO
Inyección del ADN vírico
Replicación del ADN vírico
Síntesis de proteínas y ensamblaje de
partículas víricas
Lisis
ADN vírico
Cromosoma bacteriano
Integración del ADN vírico en el cromosoma
bacteriano
Ciclo lisogénico
1. ADSORPCIÓNLa proteína de adhesión viral reconoce receptores específicos en el exterior de la célula. Las células que carecen de los receptores apropiados no son susceptibles al virus.
2. PENETRACIÓNLos virus penetran las células de maneras diversas dependiendo de la naturaleza misma del virus.
Virus envueltos(A) Entran por fusión con la membrana plasmática. (B) Entada vía endosomas en la superficie celular Virus no envueltos o desnudos Pueden cruzar la membrana plasmática directamente o pueden ser tomados en endosomas. Si son transportados en endosomas, luego cruzan (o destruyen) la membrana de dichas estructuras.
3. PÉRDIDA DE LA CÁPSULA (fase de ECLIPSE)Perdura hasta que nuevos viriones infecciosos sean creados.
4. SÍNTESIS DE ÁCIDO NUCLEICO Y PROTEINAS VIRALES5. ENSAMBLAJE/MADURACIÓN6. LIBERACIÓN O DESCARGA
Fases de la multiplicación vírica
Virus desnudos
Virus envueltos
Ciclo de un retrovirus: VIH
1. Penetración en la célula y perdida de envoltura
2. Paso de ARN a ADN gracias a la transcriptasa inversa
3. Formación de ADN de doble cadena4. Integración en el cromosoma
celular5. Transcripción6. Traducción de proteínas víricas
a. Envuelta b. Capsulas c. Transcriptasa inversa
7. Ensamblaje8. Salida de la célula
Viroides
• Son los agentes infecciosos más pequeños conocidos.
• No poseen proteínas ni virus.• Son secuencias de ARN circular que interfieren
con el ARN celular. • Tienen una fases extracelular (metabólicamente
inactivos) y otra intracelular• Se han encontrado sólo en núcleos de células
vegetales, sobre todo, en cítricos.• Pueden actuar como ribozimas y catalizar su
propia replicación. • Se las considera las secuencias más antiguas,
anteriores a las células más primitivas, es decir, antes de la formación del primer ser vivo.
Plantas afectadas por viroides
• Son proteínas alteradas que actúan provocando un cambio conformacional en proteínas normales, transformándolas en proteínas alteradas.
• Este cambio provoca la pérdida de la función en la proteína, pudiendo generar graves alteraciones en la célula.
• Éste es el caso del síndrome de las "vacas locas" o la encefalopatía espongiforme bovina y su variante en la especie humana.
Priones
PrP
PrPsc
1. La PrPsc, la forma molecular resistente a proteasa, actúa como ‘plantilla’. 2. Se asocia con la forma helicoidal permitiendo a esta última ser convertida a la
forma resistente de pliegues beta (presuntamente mediante la disminución de barreras energéticas que normalmente previenen que esto suceda).
3. Ahora hay dos moléculas de la forma resistente que pueden actuar como plantilla y así el proceso se acelera.
En el ser humano• Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob• Insomnio familiar fatal. • Nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. • Enfermedad de Gerstmann-Straüssler-Scheinker.. • Kuru
En especies animales• "Tembladera" o Scrapie (prurito lumbar) en ovejas. • Encefalopatía espongiforme bovina (llamada enfermedad de las vacas locas).
Enfermedades causadas por priones
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