Metabolismo Bacteriano: Fundamentos

Gran parte de los procesos metabólicos y mecanismos enzimáticos que se desarrollan en los microorganismos son idénticos a los de las células eucarióticas. No obstante, algunos ciclos y mecanismos son exclusivos de los microorganismos. Se pueden hacer las siguientes generalizaciones:

• Los microorganismos atacan una gran variedad de sustratos.
• Las especies microbianas difieren en su capacidad para degradar sustratos.
• Existen diferencias entre las especies con respecto a los mecanismos de síntesis y degradación del mismo sustrato.

Metabolismos Suministradores de Energía

En las bacterias no fotosintéticas, el ATP se genera principalmente por medio de reacciones de óxido-reducción.

Diferentes grupos bacterianos son capaces de emplear distintos tipos de aceptores de electrones. De tal manera, en el metabolismo microbiano podemos encontrar los tres tipos principales de oxidaciones biológicas:

Respiración Aeróbica

El aceptor final de electrones es el oxígeno (O₂).

Respiración Anaeróbica

El aceptor final de electrones es un compuesto inorgánico diferente del oxígeno (por ejemplo: nitrato, sulfato, carbonato).

Fermentación

El aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, usualmente un intermediario del propio metabolismo.

Fermentación Láctica

Se produce ácido láctico como producto final principal de la degradación anaeróbica de la glucosa, regenerando la coenzima NAD⁺ en su forma oxidada.

Ácido Pirúvico → Ácido Láctico

Es típica de muchas bacterias (ej. Género Lactobacillus). Existen dos tipos principales:

• Homofermentativas: Sólo se produce ácido láctico.
• Heterofermentativas: Se producen otros compuestos (etanol, CO₂) además de ácido láctico.

Fermentación Alcohólica

Se produce etanol y CO₂ a partir del ácido pirúvico.

Ácido Pirúvico → Etanol + CO₂

Es típica de muchas levaduras (ej. Género Saccharomyces).

Vías para la Generación de Intermediarios Clave

En algunos microorganismos, algunas de las vías principales por las cuales se forman intermediarios clave para la biosíntesis de macromoléculas han sido suplementadas o reemplazadas por otras vías singulares.

Ciclo de las Pentosas Fosfato

También conocido como ciclo del fosfogluconato. Este ciclo lo realizan muchas bacterias y levaduras. Su importancia radica en:

• Formación de pentosas (ej. D-ribosa para nucleótidos).
• Generación de NADPH, necesario para la biosíntesis reductora (ej. ácidos grasos).
• Metabolismo de azúcares de 5 carbonos.

Vía de Entner-Doudoroff

Es una vía alternativa para la degradación de la glucosa a piruvato, encontrada en algunos grupos bacterianos (ej. Pseudomonas).

Glucosa → Piruvato + Gliceraldehído-3-fosfato (que luego se convierte en otro piruvato)

Fermentación Heteroláctica

Como se mencionó, es una vía que produce múltiples productos finales (ácido láctico, etanol, CO₂) y a menudo involucra pasos del ciclo de las pentosas fosfato para metabolizar glucosa u otros azúcares como las pentosas.

Glucosa → Ácido Láctico + Etanol + CO₂

Vías Biosintéticas Especiales

Los microorganismos presentan componentes estructurales (ej. peptidoglicano en la pared celular bacteriana) que no están presentes en otros tipos de células, por lo que se requieren vías metabólicas especiales para su síntesis.

Ejemplo: La síntesis del aminoácido Lisina, esencial para las proteínas y el peptidoglicano en muchas bacterias, puede ocurrir por diferentes vías (ej. vía del ácido diaminopimélico) que no se encuentran en eucariotas.

Semialdehído del Aspártico → … → Lisina

Clasificación de Enterobacterias Basada en la Fermentación

Las Enterobacterias (familia Enterobacteriaceae) se pueden clasificar preliminarmente sobre la base de sus propiedades fermentativas, específicamente por la fermentación de Lactosa. De aquí que se dividan en tres categorías principales:

• A) Fermentadoras Rápidas de Lactosa: Incluye a las bacterias Coliformes. Dentro de las más importantes podemos citar: Escherichia coli, Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae.
• B) No Fermentadoras de Lactosa: Incluye géneros patógenos importantes como Salmonella, Shigella, y otros como Proteus.
• C) Fermentadoras Lentas de Lactosa: Incluye un gran número de bacterias también llamadas a veces Bacterias Paracolon. Dentro de ellas podemos citar: Serratia, Providencia, Citrobacter, Hafnia, Morganella, Edwardsiella, etc. (Nota: Alcaligenes y Arizona ya no son clasificaciones taxonómicas actuales o pertenecen a otras familias; Rettgerella es ahora Providencia rettgeri).

Pruebas Bioquímicas para Identificación Bacteriana

Estas pruebas evalúan la capacidad de un microorganismo para llevar a cabo reacciones metabólicas específicas, ayudando en su identificación.

1) Prueba de Kligler (Agar Hierro Kligler – KIA)

Principio: Evalúa la fermentación de dos azúcares (glucosa en baja concentración y lactosa en alta concentración) y la producción de gas (CO₂/H₂) y ácido sulfhídrico (H₂S).

Medio: Agar inclinado en tubo (Agar Hierro Kligler – KIA) o con sacarosa adicional (Agar Hierro Tres Azúcares – TSI).

Indicador de pH: Rojo fenol (Rojo a pH neutro, Amarillo a pH ácido).

Interpretación:

• Fermentación de Glucosa: Fondo del tubo amarillo (ácido).
• Fermentación de Lactosa (y/o Sacarosa en TSI): Pico de flauta (superficie inclinada) amarillo (ácido). Si solo fermenta glucosa, el pico permanece rojo/rosado (alcalino) por consumo de peptonas tras agotarse la glucosa.
• Producción de Gas: Burbujas o rotura/desplazamiento del agar.
• Producción de H₂S: Ennegrecimiento del medio (reacciona con el citrato férrico).

2) Prueba de Citrato (Agar Citrato de Simmons)

Principio: Determina si el microorganismo puede utilizar el citrato como única fuente de carbono y compuestos de amonio como fuente de nitrógeno.

Medio: Agar Citrato de Simmons.

Indicador: Azul de bromotimol (Verde a pH neutro/ácido, Azul a pH alcalino).

Interpretación:

• Citrato Positivo (+): Crecimiento y cambio del color del medio a azul (debido a la producción de subproductos alcalinos).
• Citrato Negativo (-): Sin crecimiento o crecimiento escaso sin cambio de color (permanece verde).

3) Medio SIM (Sulfuro – Indol – Motilidad)

Principio: Evalúa tres características en un solo medio semisólido:

• Producción de Sulfhídrico (H₂S): A partir de aminoácidos azufrados (como la cisteína) o tiosulfato. Se detecta por ennegrecimiento del medio (contiene sales de hierro).
• Producción de Indol: A partir del catabolismo del aminoácido triptófano. Se revela añadiendo reactivo de Kovacs o de Ehrlich tras la incubación.
• Motilidad: Se observa si el crecimiento bacteriano se extiende más allá de la línea de siembra por punción, enturbiando el medio.

Interpretación:

• Sulfhídrico (+/-): Presencia/ausencia de precipitado negro.
• Indol (+/-): Formación de un anillo rojo/fucsia en la superficie tras añadir el reactivo (positivo) o anillo amarillo/marrón claro (negativo).
• Motilidad (+/-): Turbidez difusa alejándose de la línea de siembra (positivo) o crecimiento confinado a la línea de siembra (negativo).

4) Prueba de la Urea (Caldo o Agar Urea)

Principio: Detecta la presencia de la enzima ureasa, que hidroliza la urea en amoníaco y dióxido de carbono. El amoníaco alcaliniza el medio.

Medio: Caldo Urea de Stuart o Agar Urea de Christensen.

Indicador: Rojo fenol (Amarillo/naranja a pH neutro/ácido, Rosa/fucsia intenso a pH alcalino).

Interpretación:

• Urea Positiva (+): Cambio de color a rosa/fucsia intenso (rápido en bacterias como Proteus, más lento en otras).
• Urea Negativa (-): El medio permanece amarillo o naranja pálido.

5) Pruebas MR-VP (Rojo de Metilo – Voges Proskauer)

Principio: Se realizan en el mismo caldo (Caldo MR-VP) pero evalúan dos rutas fermentativas distintas de la glucosa:

• Prueba de Rojo de Metilo (MR): Detecta la producción de grandes cantidades de ácidos estables (fermentación ácido-mixta). Se añade el indicador Rojo de Metilo.
• Prueba de Voges-Proskauer (VP): Detecta la producción de acetoína (acetilmetilcarbinol), un precursor del 2,3-butanodiol (fermentación butanodiólica). Se añaden reactivos específicos (alfa-naftol y KOH).

Interpretación:

• MR Positivo (+): El indicador vira a rojo (pH ≤ 4.4).
• MR Negativo (-): El indicador permanece amarillo (pH > 5.1).
• VP Positivo (+): Desarrollo de un color rojo/rosado tras añadir los reactivos y esperar (indica presencia de acetoína).
• VP Negativo (-): Ausencia de color rojo (puede quedar amarillento/cobrizo).

Nota: Generalmente, las bacterias son MR+ / VP- o MR- / VP+.