MICROBIOLOGACaractersticas anatmicas de clulas procariotas y eucariotasNutricin bacteriana.

Estructura interna de clulas microbianas

Organismo Filamentoso: Chloroflexus aurantiacusFormas celulares representativas de diferentes morfologas de procariotas Coco: Thiocapsa roseopersicinaBacilo: Desulfomonas acetoxidansEspirilo: Rhodospirillum rubrumEspiroqueta: Spirochaeta stenostreptaOrganismo con yemas y apndices: Rhodomicrobium vanielii

Bastones en cadena: StreptobacillusCocos en cadena: StreptococcusCocos que forman racimos: StaphylococcusAlgunas agrupaciones caractersticas de procariotas

Qu componentes mnimos debe contener una clula bacteriana para ser funcional ?DNAMembranaPared

Estructura del DNA en procariotasEl cromosoma procaritico no tiene membrana que lo separe del resto de la clula.Es una molcula circular. En E coli tiene 4.700 kilopares de bases (4,7 millones de pares de bases).Est superenrollado, con forma compacta.Tiende a agregarse en el interior de la clula (nucleoide)Micrografa electrnica de una seccin fina de E. coliDNA bicatenario de E. coli contiene 50 dominios superenrollados, estabilizados por la unin a protenas especficasIgual, pero con el nucleoide coloreadoLos procariontes son organismos haploides, es decir que tienen una sola copia del cromosoma por clula.

Diagrama de la estructura de la membrana plasmticaLas protenas intrnsecas poseen una zona muy hidrofbica que atraviesa la bicapa lipdica

Funciones de la membrana citoplasmtica

Barrera de permeabilidad: impide el paso libre de compuestos polares. Compuestos pequeos no polares y sustancias hidrofbicas atraviesan libremente la membranaTransporte de sustancias: a travs de protenas transportadoras:Cadena de transporte de electrones y componentes de la maquinaria de sntesis de ATP

Transporte activo: La sustancia se transporta sin modificacin alguna. Azcares, aminocidos, cidos orgnicos, sulfato, fosfato, potasio etc. se transportan por esta vaExisten dos tipos de transporte que consumen energaTranslocacin de grupo: La sustancia que se transporta se modifica qumicamente. Sistema fosfotransferasa . La sustancia se fosforila durante el transporte. Glucosa, manosa, fructosa, N-acetil glucosamina, -glucsidos se transportan as En este proceso la energa se consume para fosforilar el azcarEl fosfato se transfiere desde el PEP hasta la Enz IIc que es la verdadera responsable de la fosforilacin y del transporte

Gram positivasMicrografa electrnica de Arthrobacter crystallopoietes (G. positivo)Micrografa electrnica de Leucothrix mucor (G. negativo)Estructura de las paredes bacterianasGram negativas

Bacterias Gram negativas Capa externa de la pared La capa externa de la pared de las Gram negativas contiene lipopolisacrido (LPS) que asociado a varias protenas forma la mitad externa. La mitad interna contiene lipoprotenas que sirven de anclaje entre la membrana externa y el peptidoglicano

Bacterias Gram positivasEl cido teicoico es un polmero de ribitol fosfato que atraviesa la pared de las Gram positivas y les confiere carga neta negativa

Qu otros componentes se pueden agregar a esa clula mnima ?FlagelosFimbriasPilis Cpsulas Endosporas.Vacuolas de gasMateriales de reservaExternosInternos

Flagelos y movilidadLos flagelos son apndices largos y finos que estn fijos a la clula por un extremo.Pueden tener distribucin polar: en uno o ambos extremos.A veces de un extremo sale un penacho de flagelos (lofotrica).En la distribucin peritrica: se insertan alrededor de la clula.La forma es helicoidal.Est compuesto de flagelina.a) Peritricob) Polarc) Lofotrico

Estructura del flagelo y su unin a la pared y membrana celulares de una bacteria Gram negativaAnillo L insertado en la capa de LPSAnillo P insertado en el peptidoglicanoAnillos S-M insertado en la membrana plasmticaProtenas Mot gobiernan el motor flagelar, provocando la rotacin del filamentoProtenas Fli protenas estructurales y regulatorias

Estructuras de la superficie bacterianaFimbrias y pilisMicrografa electrnica de una clula en divisin de Salmonella typhi Contacto directo de dos bacterias en conjugacin a travs del pili sexualLas fimbrias favorecen la fijacin a tejidos animales (patgenos) y formacin de pelculas (fijacin a lquidos)Los pilis son receptores para virus.El pili sexual interviene en la transferencia de material gentico

Estructuras de la superficie bacterianaCpsulas bacterianasTincin negativa con tinta china de una cpsula de Acinetobacter spMicrofotografa electrnica de un corte fino de Rhizobium trifoliiConfiere mayor resistencia a fagocitosis y a la desecacinParticipa en la adherencia de las bacterias a superficies

Endosporas bacterianas Las endosporas son clulas diferenciadas extremadamente resistentes al calor, a las radiaciones y a muchos compuestos qumicos y son, adems, refringentes al microscopio ptico Las bacterias que forman esporas se encuentran habitualmente en el suelo Tiene una estructura muy compleja Capa externa o exosporium (proteica)Cubiertas de la espora (proteicas)Corteza (peptidoglicano)Ncleo o protoplasto de la espora (estructura similar a la clula vegetativa)Acido dipicolnico es exclusivo de la espora, se localiza en el ncleo. Se une al calcio para formar dipicolinato clcico Espora terminal

Estructura de la endospora Microscopa electrnica de una espora bacteriana.Espora libre madura

Microfotografa electrnica de Rhodospirillum sp con grnulos de PHBInclusiones celulares

Nutricin y algunos factores que modifican el desarrollo de los microorganismosLas reacciones catablicas suministran la energa necesaria para las funciones celulares.Las reacciones anablicas (biosntesis) llevan a cabo la sntesis de componentes celulares a partir de nutrientes.En el anabolismo: los nutrientes del medio exterior son convertidos en componentes celulares. En el catabolismo: las fuentes de energa del medio, entre otras cosas, son convertidas en productos de desecho.

Clasificacin de los medios de cultivo Segn su composicin Medios qumicamente definidos: se conoce la composicin qumica exactaMedios indefinidos o complejos: contienen productos comercialmente disponibles cuya composicin exacta no se conoce. Se emplean: lisados de casena (protena de la leche), de carne, de soja, de levadura

Clasificacin de los medios de cultivo Segn la diversidad de microorganismos que puedan desarrollar en l GeneralesContiene componentes que permiten el crecimiento de la mayora de los microorganismos De enriquecimiento Contiene algunos componentes que favorecen el crecimiento de algunos microorganismos frente a otros Selectivos Los componentes han sido aadidos selectivamente para inhibir el crecimiento de ciertos microorganismos y no de otros Diferenciales Es aquel al que se ha aadido un componente (generalmente un colorante) que permite diferenciar entre distintas reacciones qumicas que se producen durante el crecimiento

Algunos medios de cultivo son selectivos y diferenciales al mismo tiempo El agar eosina-azul de metileno: se utiliza para el aislamiento de enterobacterias Gram negativas.El Azul de metileno y la eosina inhiben a las bacterias Gram positivas. Adems responden a cambios de pH, virando de incoloro a negro en medio cido.Contiene lactosa y sacarosa para distinguir Salmonellas y Shigellas que son lactosa y sacarosa negativas, frente a flora acompaante que son lactosa negativa pero sacarosa positiva (Proteus vulgaris, Citrobacter, Aeromonas hydrophila)

Las bacterias no fermentadoras de lactosa y sacarosa (Salmonella y Shigella) dan colonias incoloras y transparentes.Las bacterias fermentadoras de lactosa: entricas como E. coli acidifican el medio y dan colonias negras con brillo verdoso metlico. Klebsiella y Enterobacter producen menos cidos y dan colonias rosa con centro oscuro.

Requerimientos nutricionales y capacidades biosintticas

Medio definido para E. coliFosfato dipotsicoFosfato monopotsicoSulfato de amonioSulfato de magnesioCloruro de calcioGlucosaTrazas (Fe, Co, Mn, Zn. Cu, Ni, Mo)Agua destiladapH 7.07g2g1g0.1g0.02g6g4-10gc/u1L

Medio definido paraL. mesenteroidesFosfato dipotsicoFosfato monopotsicoCloruro de amonioSulfato de magnesioGlucosaAcetato de sodioAminocidos (los 20)(Alanina, arginina, asparragina, aspartato, cisteina, glutamato, glutamina, glicina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptofano, tirosina, valina) Purinas y pirimidinas(adenina, guanina, uracilo, xantina)Vitaminas(biotina, folato, nicotnico, piridoxal, piridoxina, riboflavina, tiamina, pantotenato, p_ABATrazas (Fe, Co, Mn, Zn. Cu, Ni, Mo)Agua destiladapH 7.00.6g0.6g3g0.1g25g20g150gc/u10mgc/u0.01-1mgc/u4-10gc/u1L

Medio complejo para E. coli y L. mesenteroidesGlucosaExtracto de levaduraPeptonaFosfato monopotsicoAgua destiladapH 7.015g 5g 5g 2g1L

Obviamente E. coli tiene menores requerimientos nutricionales por tener mayor capacidad biosinttica que L. mesenteroides Cul de las dos bacterias tiene mayor capacidad biosinttica??

Clasificacin de los microorganismos Segn el modo de obtencin de energa y la naturaleza del dador de electrones Fototrofos: Utilizan la luz como fuente de energaFotoorganotrofos: Utilizan compuestos orgnicos como dadores de electronesFotolitotrofos: Utilizan compuestos inorgnicos como dadores de electronesQuimiotrofos: Utilizan compuestos qumicos como fuente de energaQuimioorganotrofos: Utilizan compuestos orgnicos como dadores de electronesQuimiolitotrofos: Utilizan compuestos inorgnicos como dadores de electrones

Clasificacin de los microorganismos Segn la fuente de carbono utilizadaAutotrofos Utilizan una fuente de carbono inorgnica Hetertrofos Utilizan una fuente de carbono orgnica Combinando ambas cosas (fuente de energia y fuente carbono) FotoauttrofosFotohetertrofos Quimioauttrofos Quimiohetertrofos

TAXONOMA Y EVOLUCIN BACTERIANA

TEMARIO

Taxonoma y concepto de especie en procariotas Taxonoma clsica, numrica y polifsicaCaracteres fenotpicos: clsicos y quimiotaxonmicosCaracteres genotpicos: clsicos y modernos (fingerprinting)Filogentica: clasificacin y relacin evolutivagen del ARNr 16S, rbol filogentico y definicin de dominosRelacin entre taxonoma clsica y filogentica.Diversidad bacteriana.Identificacion de una cepa

Clasificacin estructura los organismos en grupos (taxones) en base a su similitudNomenclatura asigna nombres a los taxones Identificacin determina a que taxones pertenece un organismo que se aislaTAXONOMA

TaxonomaCaracterizacin exhaustivaAplicacin de teora y mtodo de clasificacinFormacin de grupos taxonmicos (taxones)NomenclaturaIdentificacinCaracterizacin por nmero limitado de tests adecuados al problemaComparacin con spp conocidasAsignacin a una sp No identificado: estudio taxonmico

unidad taxonmica bsicagrupo de cepas que tiene un alto grado de similitud en sus propiedades y que difieren en forma significativa de otros grupos de cepas Cepa: poblacin de organismos que desciende de un nico organismoESPECIE

Concepto en revisin continua

ESPECIE BACTERIANA Actualmente el criterio es POLIFSICO (combinacin de caractersticas fenotpicas y genmicas)

Taxones:DominioPhylumClaseOrdenFamiliaGneroEspecieSub-especieimportancia en estudios clnicos y ecolgicosRANGOS TAXONOMICOS EN CLASIFICACION BACTERIANA

Sistema binomial de nomenclatura(Linneo)Escherichia coli

Escherichia coli o E. coli

Dominio Phylum Clase Orden Familia Genero Especie

Bacteria Proteobacteria Gamma Proteobacteria Zymobacteria Enterobacteriales Enterobacteriaceae Escherichia Escherichia coli

serovariedad o serotipo (antgenos distintos)fagovariedad (tipificacin por fagos)biovariedad (diferencias bioqumicas y fisiolgicas)patovariedad (patogenicidad)morfovariedad (diferencias morfolgicas)genomovariedad (grupos con ADN similares)Categoras de clasificacion a nivel de sub-especie (tipificacin)Variedades o tipos

Taxonoma bacterianaCLSICAcaracteres fenotpicos (morfologa, nutricin, etc.)algunos genotpicos: % G+C, hibridacin ADN-ADNponderacin de caracteres (llaves dicotmicas)

Caractersticas fenotpicas clsicas de valor taxonmicoMorfologa: forma, tamao y tincinNutricin y fisiologa: fottrofo, quimitrofo, aerobio o anaerobio, temperatura y pH ptimos, fuentes alternativas de C, N y SMovilidad: tipo y disposicin de flagelosOtros: pigmentos, inclusiones celulares, sensibilidad a antibiticos, patogenicidad

Contenido G+C % G+C = G + C x 100 G + C + A + Tdeterminacin por gradiente de CsCl, desnaturalizacin trmica o cromatografa

Amplio rango en procariotas: 20 al 80%Poca informacin para la caracterizacin taxonmica

criterio de exclusin: %GC > 3, probablemente especies diferentes %GC > 10, probablemente gneros diferentesCaractersticas genotpicas clsicas

Hibridacin ADN-ADN

- depende de la secuencia completa del genoma - til en organismos estrechamente relacionados

- determinacin por: % hibridacin de ADN1 - ADN2 Tm del hbrido

- es el criterio actual de definicin de especie

NUMRICA Agrupacin de unidades taxonmicas o taxones por mtodos numricosSe basa en un gran nmero de caracteresCada carcter tiene igual pesoLa similitud es funcin de la proporcin de caracteres comunes

Clasificacin naturalEstructura los organismos en taxones cuyos miembros reflejan tanto como sea posible su naturaleza biolgica.

Es ventajosa si adems establece relaciones evolutivas

POLIFSICA Fenotpicos: - clsicos (morfologa, nutricin, etc) - marcadores quimiotaxonmicos- perfil de protenas totales y enzimas Filogenticos: basados en el gen del ARNr 16S Genotpicos: clsicos: % G+C hibridacin DNA-DNA

nuevos: fingerprinting (ej. perfiles moleculares por restriccin o amplificacin de ADN)Es la tendencia moderna. Consenso en la integracin de distintos tipos de caracteres:

Marcadores quimiotaxonmicosCaractersticasanlisis qumico con equipamiento especializadono son universales, muy tiles dentro de algunos grupos alto grado de discriminacinpresentes en distintas estructuras celularesCARACTERES FENOTIPICOS

Pared: peptidoglicanos en todas las bacterias salvo en Planctomyces y MycoplamasMembrana externa Gram negativos: lipopolisacridosMembrana citoplasmtica: acidos grasos (Fatty Acid Methyl Ester), cidos miclicos en un grupo de bacterias Gram positivas (Actinomicetes), pigmentos carotenoides en bacterias fottrofas anoxignicas.Cadena de transporte electrnico: citocromos, quinonas.Sistema fotosinttico: bacterioclorofilas.Citoplasma: poliaminas en metanognicas y Gram negativas

Plantean hiptesis de evolucin (determina relaciones de parentesco entre las especies)Compara la secuencia de molculas (cronmetros evolutivos) y establece la relacin entre ellasLas secuencias de las molculas son el registro histrico de la evolucinCARACTERES FILOGENETICOS

ARBOL FILOGENETICO UNIVERSAL

Caractersticas diferenciales entre Bacteria, Archaea y Eukarya

Por qu hay tanta diversidad entre los Procariotas (Archaea y Bacteria)? son ancestrales son ubicuos: ambientes extremos, parsitos o simbiontes de Eukarya representan la mayor diversidad de seres vivos, mucha de la cual esta an inexplorada

Ejemplos de diversidad: estructura y funcin Pared: bacterias sin pared (Mycoplasmas, Thermoplasmas) Membranas: diferente composicin (Mycobacterium) Forma: Espiroquetas, bacterias con prostecas (Caulobacter), formacion de hifas (Streptomyces) Mecanismos de movimiento: bacterias deslizantes (Beggiatoa) Diferenciacion celular: microcistos de Cyanobacterias, comportamiento social (Myxobacterias) Comportamiento frente a otras bacterias: predacin (Bdellovibrio) Obtencin de energa independiente del trasporte de electrones (fosforilacin oxidativa o fotosntesis) y la fermentacin, ej.decarboxilasas en Oxalobacter formigenes

BIBLIOGRAFABrock, Biologa de los microorganismos, 8a, 9a o 10a ed. (Evolucin microbiana y sistemtica, Diversidad de Archaea y Bacteria)ReviewsRosell-Mora R & Amann R. (2001). The species concept for prokaryotes. FEMS Microb Rev 25, 39-67.Vandamme P. et al (1996). Polyphasic taxonomy, a consensus approach to bacterial systematics. Microbiol Rev 60, 407-438.