T18. Microbiología

1. Microbiología: Fermentación y Microorganismos

Louis Pasteur, a través de sus experimentos, descubrió que cada proceso de fermentación es llevado a cabo por un microorganismo específico.

2. Métodos de Estudio de Microorganismos

Existen diversos métodos para estudiar los microorganismos:

• Cultivo: Se basa en el estado físico del medio de cultivo. Los medios líquidos se solidifican con sustancias como el agar-agar para facilitar el crecimiento y aislamiento de colonias.
• Esterilización: Consiste en la eliminación de todos los microorganismos vivos de un medio. Se utilizan métodos como el calor (autoclave para calor húmedo y horno Pasteur para calor seco), la filtración (que separa los microorganismos mediante poros de un filtro) y las radiaciones.
• Identificación: Se emplean diversos estudios para identificar la forma de las células (Gram positiva o negativa), métodos bioquímicos (utilizando placas con sustratos e indicadores que producen colores específicos para cada microorganismo) y técnicas de biología molecular (basadas en las secuencias del genoma y sondas de ADN complementarias).

3. Reino Monera: Bacterias

Las bacterias son organismos procariotas, autótrofos o heterótrofos, y son los organismos más antiguos, extendidos y numerosos en la Tierra. Se clasifican según su forma en:

• Cocos: Redondos
• Bacilos: Alargados
• Vibrios: Forma de coma
• Espirilos: Espiral

La clasificación de las bacterias se realiza comparando las secuencias de ARNr. Existen dos grupos principales:

• Eubacterias: De estas descienden las procariotas actuales. Incluyen bacterias púrpuras y verdes (fotosintéticas y anaerobias), cianobacterias (algas verdes fotosintéticas), nitrificantes (sintetizan moléculas orgánicas a partir de compuestos nitrogenados), fijadoras de nitrógeno (captan nitrógeno atmosférico), ácido láctico (anaerobias causantes de la fermentación láctica) y micoplasmas (sin pared celular, son parásitos como los cocos).
• Arqueobacterias: Anaerobias, con membrana sin ácidos grasos y pared sin péptidos. Tienen lípidos, son autótrofas, halófilas (viven en agua salada), termófilas (viven en aguas termales), metanogénicas (viven en ambientes anaerobios) y tienen un ADN más pequeño que las eubacterias. Su ARNr es diferente al de las eubacterias y los fosfolípidos de su membrana tienen isoprenoides en vez de ácidos grasos.

4. Morfología de las Bacterias

Las bacterias presentan las siguientes estructuras:

• Cápsula bacteriana: Capa externa gelatinosa con funciones de reserva de agua, adherencia al huésped, dificultar la acción de anticuerpos y permitir la formación de colonias.
• Pared bacteriana: Envuelta rígida que proporciona protección y forma a la bacteria. Las Gram positivas tienen una pared celular de mureína asociada a proteínas y polisacáridos, mientras que las Gram negativas tienen una capa de mureína fina y sobre ella una membrana externa con muchas proteínas asociadas.
• Membrana plasmática: Carece de colesterol y presenta mesosomas (invaginaciones de la membrana).
• Citoplasma: Disolución gelatinosa de agua y proteínas con ribosomas numerosos y libres, inclusiones y vesículas.
• Material genético: Larga y única cadena de ADN circular, bacteriano, plegado y asociado a proteínas no histónicas. Dirige toda la actividad celular.
• Pili y fimbrias: Estructuras tubulares. Las fimbrias son cortas, numerosas y se encuentran solo en la pared y cápsula. Los pili atraviesan la membrana y participan en el intercambio genético.
• Flagelos: Estructuras de locomoción con un número variable. Pueden ser monotricas (un solo flagelo), lofotricas (forman un penacho), peritricas (distribuidos en la superficie). Tienen un cuerpo basal con cuatro discos que giran y transmiten su movimiento a un largo filamento.

5. Fisiología de las Bacterias

Las bacterias presentan diferentes tipos de nutrición:

• Fotoautótrofas: Fotosintéticas, realizan fotosíntesis anoxigénica u oxigénica.
• Fotoorganótrofas: Púrpuras no sulfureas, realizan fotosíntesis y su fuente de carbono son las moléculas orgánicas.
• Quimioautótrofas: Obtienen energía de la oxidación de moléculas inorgánicas como el amoníaco.
• Quimioorganótrofas: Obtienen energía de la oxidación de moléculas orgánicas. Realizan metabolismo oxidativo si son aerobias y fermentación si son anaerobias.

Las bacterias se reproducen de forma asexual por bipartición simple. También pueden realizar procesos de intercambio genético como:

• Conjugación: Una bacteria transmite ADN de sus plásmidos a otra bacteria a través del pili.
• Transformación: Captan del medio ADN de otras bacterias.
• Transducción: Intercambian material genético mediante un virus transmisor que se integra en el cromosoma.

Las bacterias son sensibles a estímulos como la luz o sustancias químicas y se desplazan con flagelos. En condiciones difíciles, fabrican endosporas (estructuras de resistencia que se forman dentro de la bacteria) para proteger su ADN, reducir su metabolismo y resistir hasta que las condiciones sean favorables.

6. Protoctista: Algas y Protozoos

• Algas: Organismos autótrofos, unicelulares o pluricelulares, que viven en medios acuáticos. Constituyen el fitoplancton y se asocian con hongos en simbiosis. Son los principales productores de oxígeno en el planeta. Tienen cloroplastos con pigmentos fotosintéticos y pared celular de celulosa con minerales. Ejemplo: diatomeas.
• Protozoos: Organismos unicelulares, sin pared celular, móviles y heterótrofos. Se reproducen de forma asexual o sexual. Se clasifican en:
  • Protozoos con pseudopodos: Utilizan pseudopodos para moverse y capturar alimento. Viven libres o forman parte del plancton.
  • Flagelados: Utilizan flagelos para moverse.
  • Ciliados: Su cuerpo está cubierto de cilios.
  • Esporozoos: Inmóviles, parásitos, se dividen por esporulación.

7. Hongos

Los hongos son organismos eucariotas, unicelulares o pluricelulares, heterótrofos y con pared celular. Almacenan glucógeno como reserva y son saprófitos (descomponedores). Se reproducen de forma asexual por germinación o por esporas que originan filamentos celulares (hifas). El conjunto de hifas forma el micelio. Algunos hongos generan esporas asexuales en esporangios y la reproducción sexual origina basidios. Se clasifican en:

• Mohos: Hongos filamentosos que constituyen micelios de hifas tabicadas.
• Levaduras: Unicelulares, forman colonias de células ovaladas de pared gruesa. Se reproducen asexualmente.

8. Virus

Los virus son partículas microscópicas sin estructura celular, constituidos por un fragmento de ácido nucleico rodeado por una cápside proteica. Se reproducen dentro de células huésped.

Virión: Virus en fase extracelular, constituido por un ácido nucleico y una cápside proteica. Los virus contienen ADN o ARN, pero nunca ambos juntos. Los más simples tienen la información para codificar unas pocas proteínas. La cápside puede ser enzimática y participar en la síntesis de ácidos nucleicos víricos.

Morfología Vírica

Las cápsides están formadas por muchas copias de una o más proteínas llamadas capsómeros. Una nucleocápside es una cápside junto al ácido nucleico que contiene. Los virus pueden tener diferentes tipos de simetría:

• Simetría helicoidal: Formados por un ácido nucleico con forma de espiral al que se unen copias de la misma proteína.
• Icosaédricos: Casi esféricos, tienen hexones (cúmulo de 6 moléculas) y pentones (formados por 5 proteínas).
• Bacteriófagos: Complejos, con cabeza icosaédrica que contiene el ácido nucleico, cola helicoidal y contráctil, y una placa basal con espinas y fibras de encaje.

La envoltura vírica procede de la membrana plasmática de la célula huésped cuando el virus emerge de ella.

9. Multiplicación Vírica

Los virus se multiplican mediante dos ciclos:

• Ciclo lítico:
  1. Adsorción: Las proteínas de la cápside reconocen y se unen a receptores de la célula huésped.
  2. Penetración: El ácido nucleico viral entra en la célula por inyección o fusión de membranas.
  3. Replicación y síntesis: El virus utiliza los mecanismos de la célula huésped para replicar su ácido nucleico y sintetizar sus proteínas.
  4. Ensamblaje: Los componentes virales se organizan para formar nuevas cápsides y se ensamblan los nuevos virus.
  5. Liberación: Los virus salen de la célula huésped por lisis.
• Ciclo lisogénico:
  1. El virus se introduce en la célula huésped e integra su ácido nucleico en el cromosoma bacteriano, formando un profago.
  2. El profago se replica con el cromosoma bacteriano cada vez que la bacteria se divide, sin generar nuevos virus.
  3. La célula es inmune a ese virus hasta que el ácido nucleico viral se separa del cromosoma bacteriano e inicia el ciclo lítico.

10. Viroides y Priones

• Viroides: Agentes infecciosos pequeños, formados por fragmentos de ARN monocatenario. No tienen recubrimiento proteico y parasitan plantas. Actúan interfiriendo la señal de algunos genes y no se traducen en proteínas.
• Priones: Moléculas infecciosas de proteína que se sitúan en la membrana de las neuronas.