BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLAFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIATAXONOMÍA BACTERIANAMC CARLOS GERARDO CASTILLO SOSAOTOÑO 2012

¿QUÉ ES LA TAXONOMÍA?

Ciencia encargada de clasificar a los organismos.

¿Y que es clasificar?

•Un esquema que permite la identificación de MO y los asigna dentro de grupos o taxas basándose en similitud y relación evolutiva

Teoría y proceso de la estructuración de los organismos en taxones, en función de su semejanza o parentesco evolutivo.

Taxonomía: Ciencia de la Clasificación

Taxón: grupo de organismos, considerado como una unidad en cualquier rango del sistema clasificatorio.

Sub-disciplinas Identificación: determinar que un aislamiento particular pertenece a un taxón reconocido.

Nomenclatura: asignación de nombre a los grupos taxonómicos de conformidad con normas publicadas.

Organizar el conocimiento sobre los microorganismos:Todos los miembros de un grupo específico comparten numerosas características. Agrupar a los microorganismos en grupos útiles y significativos con nombres precisos.

Hacer predicciones y formular hipótesis.

Objetivos de la Taxonomía

Propiedades importantes de una clasificación taxonómica

EstableRobustaPredictiva

TAXONES

Asignación a un taxón:

Se le hizo una descripción e identificación

Se asocio a un organismo «tipo»

Se le otorga un nombre en latín

Se publica en una revista científica

NOMENCLATURA

Subdisciplina que aplica las reglas para nombrar y describir a los taxones

Códigos internacionales de nomenclatura

• Cada organismo posee un nombre correcto

• No hay dos taxones diferentes llevando un mismo nombre

NOMENCLATURASistema Binominal

Nombre del genero (primera letra se escribirá en mayúscula)

Nombre designado para esa especie en concreto

El objetivo es que tenga un nombre único, que pueda ser utilizado en cualquier lengua

Escherichia coli

Escherichia coli

Escherichia coli

NOMENCLATURA

Escherichia coli

Haemophilus influenzae

Bordetella bronchiseptica

ESPECIE

Se define generalmente, como grupo de organismos capaces de

entrecruzarse y de producir descendencia fértil.

En BIOLOGÍA, especie es la unidad básica de la clasificación biológica.

En MICROBIOLOGIA …

Especie es la unidad taxonómica básica

Especie: Grupo de cepas que tiene un alto grado de similitud en sus propiedades y que difieren en forma significativa de otros grupos de cepas.

Cepa: población de organismos que desciende de un único organismo o de una sola célula.

Definición en revisión continua Definición metodológica estándar: % de Hibridación > 70% Actualmente, el criterio es POLIFÁSICO (combinación de características fenotípicas, genómicas y filogenéticas)

RANGOS TAXONOMICOS ENCLASIFICACION BACTERIANA

Taxones: DominioPhylumClaseOrdenFamiliaGéneroEspecieSub-especie

Categorías de clasificación a nivel de subespecie (tipificación)

• serovariedad o serotipo (antígenos distintos)• fagovariedad (tipificación por fagos)• biovariedad (diferencias bioquímicas y fisiológicas)• patovariedad (patogenicidad)• morfovariedad (diferencias morfológicas)• genomovariedad (grupos con ADN similares)

RANGOS TAXONÓMICOS

Estructura Jerarquica en Taxonomía

-proteobacteria ß-proteobacteria

C hrom atia les Th iotrichales Legionella les Pseudom onadales V ibriona les

Escherich ia K lebsie lla P roteus Salm onella Serra tia

S . flexneri S . sonee i

Sh ige lla Yersin ia

Enterobacteriaceae

Enterobacteria les Pasteure lla les

-proteobacteria -proteobacteria proteobacteria

Proteobacteria

EubacteriaDominio

Phylum

Clase

Orden

Familia

Especie

Género

PUBLICACIONESInternational Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology.Publicado por la Sociedad General de MicrobiologíaOtros: Applied and Environmental Microbiology, Systematic Applied Microbiology

COLECCIONES (cepas tipo y otras)ATCC (American Type Culture Collection)DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zelkulturen, Colección alemana)CIP (Colección del Instituto Pasteur, Francia)

Algunos caracteres utilizados para la clasificación:

Morfológicos Fisiológicos Ecológicos Bioquímicos Moleculares Fenotípicos

Genotípicos

Carácter fenético: cualquier carácter utilizado, fenotípico o genotípico.

La caracterización de los microorganismos incluye el estudio de su fenotipo y genotipo

Morfología: forma, tamaño y tinción

Presencia y disposición del esporo

Movilidad: tipo y disposición de flagelos

Nutrición y fisiología: fotótrofo, quimiótrofo,aerobio o anaerobio, temperatura y pH óptimos,fuentes alternativas de C, N y S

Otros: pigmentos, inclusiones celulares, sensibilidad a antibióticos, patogenicidad

Determinación del contenido GC del ADN genómico

%G+C= G + C x 100 G+C+A+T

Por métodos cromatográficosPor gradiente de CsCl …

Amplio rango en procariotas: 20 al 80%

Poca información para la caracterización taxonómica

Caracteres fenotípicos de valor taxonómico

Carácter genotípico

¿CÓMO UTILIZAR LOS CARACTERES FENOTÍPICOS PARA LA IDENTIFICACIÓN?

Tinción de Gram

Características morfológicas

• Forma, presencia o ausencia de flageloComportamiento metabólico

• Crecimiento en presencia de oxigeno• CO2

Utilización de carbohidratos

• Contenido G+C % G+C = G + C x 100

G + C + A + Tdeterminación por gradiente de CsCl, desnaturalización térmica o cromatografía

Amplio rango en procariotas: 20 al 80%Poca información para la caracterización taxonómica

criterio de exclusión: %GC > 3, probablemente especies diferentes

%GC >10,probablemente géneros diferentes

Características genotípicas clásicas

POLIFÁSICA

Fenotípicos: - clásicos (morfología, nutrición, etc) - marcadores quimiotaxonómicos- perfil de proteínas totales y enzimas

Filogenéticos: basados en el gen del ARNr 16S

Genotípicos: clásicos: % G+C hibridación DNA-DNA

nuevos: fingerprinting (ej. perfiles moleculares por restricción o amplificación de ADN)

Es la tendencia moderna. Consenso en la integración de distintos tipos de caracteres:

Hibridación DNA-DNA

Taxonomía Molecular: Caracteres Genotípicos

• Hibridación ADN-ADN

Mide el grado de similitud entre secuencias de DNA de dos microorganismos.

Permite la diferenciación de microorganismos muy relacionados, cuando la secuenciación del rDNA falla.

Ribotyping (Ribotipado)

Método que permite identificar y clasificar bacterias en función de los genes del RNA ribosomal.

El patrón de bandas obtenido para cada muestra consistirá en una serie de bandas discretas de mayor o menor intensidad, a manera de “huella dactilar génica” o código de barras”.

1. Extracción y digestión del DNA de una colonia bacteriana.2. Separación mediante electroforesis de los fragmentos de DNA.3. Transferencia de los fragmentos separados a una membrana de Nylon.4. Hibridación con una sonda del operón rRNA de marcada químicamente.5. Detección de las bandas mediante quimioluminiscencia.6. Análisis y comparación de las bandas frente a una base de datos.

RAPD-typing de aislamientos de L. monocytogenes

Un iniciador (primer) reconoce secuencias al azar sobre el ADN bacteriano

Random amplified polimorphic DNA. RAPD

Clasificación filogenética: Filogenia

Plantea hipótesis de EVOLUCIÓN (determina relaciones de parentesco entre las especies)

Método: Comparar la secuencia de moléculas y establecer la relación entre ellas.

Los cambios en las secuencias ocurren al azar y de un modo temporal-dependiente y cierta proporción de éstos permanece fijo en las moléculas.

LAS SECUENCIAS DE LAS MOLÉCULAS SON EL REGISTRO HISTÓRICO DE LA EVOLUCIÓN.

cronómetros evolutivosGen 16SrRNAGen de la ATPasaGen de RecA

Aislar el ADN Amplificar el 16S rADN (PCR) Secuenciar Análisis comparativo de las secuencias Construcción del árbol filogenético

Árbol Filogenético Universal (Olsen y Woese, 1993)

Ejemplo de un árbol filogenético basado en el gen ARNr 16S. La barra indica la sustitución de 10 nucleótidos cada 100

Bergey´s Manual of Determinative Bacteriology 1923 (1ed)-1994 (9ed)Utilizado en la identificación de bacterias

Bergey´s Manual of Systematic Bacteriology 1a Ed 1984 (vol 1)-1989(vol 4)Principalmente fenética.

Bacterias G(-) de importancia general, médica o industrial.Bacterias G(+) distintas de actinomycetes.Bacterias G(-) con propiedades características, cianobacterias y arqueobacterias.Actinomycetos

Bergey´s manual of Systematic Bacteriology 2a Ed 2001-2005 (vol 1-vol 5)Fundamentalmente filogenética.

Archaea, Cianobacterias, Protótrofos verdes y Géneros muy ramificados.Proteobacterias.Bacterias G(+) con bajo contenido G+C. Bacterias G(+) con alto contenido G+C. Planctomycetes, Chlamydiae, Spirochetes, Fibrobacters, Bacteroidetes, Fusobacteria, Acidobacteria, Verrucomicrobia, Dictyoglomi, and Gemmatomonadetes

The Prokaryotes (http:/www.prokaryotes.com)

ARBOL DEL DOMINIO BACTERIA

Relación entre la definición de especie bacteriana y el análisis del gen ARNr 16S

En general se cumple: secuencia del gen del ARNr 16S difiere en mas del 3% con el resto de las secuencias conocidas de bacterias y el % de hibridación ADN-ADN es menor al 70%

especies diferentes

Definición especie: % de hibridación ADN1-ADN2 > 70%

Alineamiento y corrección de secuencias

Comparación con base de datos de secuencias

Diferencia de secuencia con la cepa mas similar

>3%Confirmación con

pruebas fenotípicas

y genotípicas diferentesNueva

especie

<3%

Pruebas fenotípicas

Diferente<70%

Nueva especie

>70%

Nueva cepa de la misma especie

Similar

Nueva cepa

de la

misma especie

ANÁLISIS DE LA SECUENCIA

DEL GEN ARNr 16S PARA LA

IDENTIFICACIÓN DE UNA

CEPA BACTERIANA

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank

EL BERGEY’S MANUAL OF DETERMINATIVE BACTERIOLOGY

1923, David Bergey y colaboradores

Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology

Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology

Características generales :

• Morfología• Tinción de Gram• Relación con el oxigeno• Motilidad

DIFERENCIAS CARACTERÍSTICAS ENTRE GRAM + Y -Propiedad Gram + Gram - Micoplasmas

Pared célula Membrana externa con lípidos, proteínas y LPS

Pared gruesa de peptidoglucano y ácidos teicoicos

Carecen de pared celular y peptidoglucano

Forma celular Esferas, óvalos, bacilos rectos o curvos, helices; algunos tienes capsulas

Esferas, bacilos o filamentos

Pleomorficos

Reproducción Fisión binaria, a veces gemación

Fisión binaria Gemación o fisión binaria

Metabolismo Fototrofico, quimiolitoautotrofico

Habitualmente quimioorganoheterotrofico

Quimioorganoheterotrofico

Motilidad Móviles o inmóviles Con mayor frecuencia inmóviles, con flagelación peritrica cuando son móviles

Inmóviles

Apéndices Pili y fimbrias Habitualmente carecen de apéndices

Carecen de apéndices

Endosporas No forman Algunos pueden formar No forman endosporas

LAS CUATRO CATEGORÍAS PRINCIPALES DEL MANUAL BERGEY

I. Eubacterias gram negativas que tienen pared celular

II. Eubacterias gram positivas que tienen pared celular

III. Eubacterias que carecen de pared celular

IV. Arqueobacterias

COMO UTILIZAR EL MANUAL

¿Es mi aislamien

to un microorga

nismo procariote

o eucariote? Capitulo

III

¿A cual categoría

mayor pertenece

mi aislamien

to? Capitulo

IV

¿A cual grupo

pertenece mi

aislamiento?

Capitulo V

¿A cual genero

pertenece mi

aislamiento?

Capitulo V

¿A cual especie

pertenece mi

aislamiento?

Capitulo V

Iden

tifi

caci

ón