Generalidades de la Bacteriología PDF

# GENERALIDADES DE LA BACTERIOLOGÍA ## OBJETIVOS - Conocer la clasificación taxonómica de las bacterias. - Explicar la morfología bacteriana. - Definir los términos coco, diplococo, bacilo y diplobacilo. - Mencionar las principales características de los organelos de la célula bacteriana. - Descri...

# GENERALIDADES DE LA BACTERIOLOGÍA ## OBJETIVOS - Conocer la clasificación taxonómica de las bacterias. - Explicar la morfología bacteriana. - Definir los términos coco, diplococo, bacilo y diplobacilo. - Mencionar las principales características de los organelos de la célula bacteriana. - Describir la anatomía bacteriana. ## INTRODUCCIÓN La bacteriología es la ciencia que estudia las bacterias. El origen etimológico del término es el latín *bacterios*, que quiere decir "animales pequeños" y el griego *logos*, "estudio". La bacteriología es una ciencia muy extensa, cuyo estudio es casi infinito debido a los millones de tipos de bacterias que existen y que aún no se han descubierto o no se han manifestado en los organismos multicelulares. La bacteriología médica y el desarrollo del diagnóstico y tratamiento de las enfermedades producidas por bacterias han cambiado la vida del ser humano. ## FUNDAMENTOS DE BACTERIOLOGÍA En la escala biológica universal, los organismos unicelulares han sido agrupados en dos tipos considerando las características del núcleo (Ernest Haeckel, 1886): - **Procariotas**: organismos con núcleo primitivo por la ausencia de membrana nuclear, entre los que se incluyen las bacterias y las algas verdeazules. - **Eucariotas**: seres con núcleo más evolucionado que semeja en todo a las características del núcleo de los organismos pluricelulares (con un núcleo definido con membrana nuclear), entre los que se incluyen los protozoarios, los hongos y algunas algas. Tanto procariotas como eucariotas se incluyen en el reino *Protista*, propuesto por Haeckel; posteriormente la organización de los seres vivos fue cambiando por las proposiciones en 1956 de Copeland y Martin, Whithaker en 1969, y Margulis, de tal forma que en su momento se consideraron cinco reinos: *Protista, Monera, Fungi, Plantae y Animalia*. Hoy en día hay clasificaciones de siete reinos, que incluyen *Archaea, Bacteria, Protozoa, Chromista, Fungi, Plantae y Animalia*. En 1968, las bacterias fueron incluidas en una categoría llamada *Procariota*, debido principalmente a las aportaciones de Murray, Stanier y Van Niel. En este reino se incluyen los organismos unicelulares que tienen un genoma que no está envuelto por una membrana nuclear, carecen de nucléolo y no cuentan con orgánulos diferenciados para realizar funciones dentro del citoplasma, como el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, etcétera. En este reino, además de las bacterias, se encuentran las algas verdeazules, que reciben el nombre de cianofíceas, y también las arqueobacterias. El genoma de estos microorganismos está compuesto por DNA de doble cadena formado en forma circular sin extremos, asentado en un lecho de proteínas del citoplasma. La duplicación de este genoma en la división celular se hace de manera directa duplicando su número en cada generación. La gran mayoría de los organismos de este reino tienen una vida libre, ya que poseen la información genética que les permite producir un sistema metabólico completo para la biosíntesis de moléculas energéticas y productos necesarios para sus estructuras y crecimiento. Algunos de ellos tienen un equipo metabólico menos completo y deben parasitar organismos superiores. La mayoría de las bacterias miden de 1 a 6 µm, pero existen bacterias de mayor tamaño que pueden medir hasta 40 ο 50 µm, como los filamentosos o los espirilos, y algunas otras pueden medir menos de una micra, pero son sólo unas cuantas especies. Los microorganismos unicelulares se agrupan en: - **Procariotas**: con núcleo primitivo, incluyen bacterias, es decir, organismos unicelulares con genoma sin membrana nuclear con DNA de doble cadena en forma circular. La mayoría de las bacterias miden 1-6 µm. - **Eucariotas**: con núcleo evolucionado. ## FORMA Y AGRUPAMIENTO Algunas bacterias son de forma esférica y se les conoce como *cocos* (que significa "grano"). Estas formas pueden agruparse en pares y se les llama *diplococos*, o pueden agruparse en cuatro y se denominan *tétradas*; dos tétradas pueden permanecer unidas y se les llama *sarcinas*; también pueden formar cadenas y se les conoce como *estreptococos*, y finalmente pueden permanecer en forma de racimo y se les denomina *estafilococos*. Esta forma de agrupación se debe al plano de división: si el plano de división se forma en un solo sentido en cada generación, habrá estreptococos; si el plano de división se alterna en cada generación, se tienen las tétradas y las sarcinas; y si el plano de división se forma en varios sentidos en cada generación, aparecen los racimos. Algunas bacterias tienen forma de bastón y se les llama *bacilos*; cuando permanecen juntos dos bacilos se les conoce como *diplobacilos*. En caso de estar unidos tres o más, se les llama *estreptobacilos*, y cuando giran sobre la célula madre, pueden dar la apariencia de letras chinas por formar ángulos de diferente abertura, o bien pueden formar *empalizadas*. En los bacilos, el plano de división siempre es perpendicular al eje de la bacteria. ## ESTRUCTURA DE LAS BACTERIAS Como a cualquier procariota, la célula bacteriana puede estudiarse desde el punto de vista anatómico para conocer sus estructuras y la función que éstas desempeñan en las actividades de la célula. Para seguir un orden en la descripción se analiza de fuera hacia adentro del modo siguiente: cápsula, pared, membrana citoplasmática, mesosomas, periplasma, inclusiones, vacuolas, flagelos, fimbrias y pili, citoplasma, esporas, núcleo y plásmido. Es importante mencionar que algunas de estas estructuras no se encuentran en todas las bacterias y otras son de naturaleza vital. La cápsula, los flagelos, los pili y las esporas son producidos por algunas especies. La pared es una estructura que se encuentra en casi todas las bacterias como una regla general, que tiene su excepción en los micoplasmas. Solamente la membrana citoplasmática, el citoplasma (con todas sus actividades metabólicas) y el núcleo son las estructuras vitales para la célula. ### Cápsula La cápsula es el estrato que se deposita en la superficie externa de la pared. Se forma con sustancias excretadas por el metabolismo de la bacteria y por la influencia no muy clara de la interacción con el huésped. Esto se conoce porque las cepas con cápsula que se cultivan pero la reciben estando después en contacto con el huésped, la recuperan cuando se inoculan en animales de experimentación. La cápsula es un material mucoso constituido por polisacáridos y polipeptidos, sin embargo, si esta capa es muy delgada y desprendible, se llama *limo*. La cápsula es una estructura que protege a la bacteria, especialmente de la fagocitosis, y participa en la adhesión de ésta a una superficie como las mucosas, evita la desecación y en algunas bacterias forma una red de fibras que se denomina *glucocálix*. ### Pared También se le ha llamado *membrana externa* y se trata del estrato rígido que le confiere la forma a la bacteria; se le considera el esqueleto de la célula, es el sostén de la membrana citoplasmática y, por ser de consistencia dura, le protege contra efectos mecánicos. Cuando una bacteria tiene en su medio ambiente algún factor que le impida la síntesis de pared, muere llegado el momento de la reproducción; no se conoce con precisión la mecánica de este fenómeno, pero se sabe que es el mecanismo de actividad de algunos antibióticos. En algunas ocasiones la bacteria logra sobrevivir en ausencia de pared, dando lugar a las formas "L" de estas bacterias, o bien, a *protoplastos* y *esferoplastos*, que son bacterias con restos de pared. Estas formas bacterianas regresan a su situación original cuando la influencia del medio ambiente ya no tiene el factor de supresión de la síntesis de pared. ### Membrana citoplasmática Es una delgada película formada por dos capas de lipoproteínas que, en conjunto, miden aproximadamente 5 nm de espesor; se encuentra íntimamente adosada a la superficie interna de la pared y constituye la barrera osmótica de la célula. Se trata del sitio de los sistemas enzimáticos, particularmente de los citocromos y las citocromo-oxidasas, la catalasa, la peroxidasa, la deshidrogenasa, así como de la síntesis de proteínas y de transporte de nutrimentos al interior de la célula y de excreción de productos de desecho. ### Mesosomas En las etapas anteriores a la reproducción de la bacteria, se observan repliegues de la membrana particularmente notorios a nivel del eje de la división celular, que reciben el nombre de *mesosomas*. Estas estructuras parecen tener la función de separar el citoplasma y su contenido una vez que se ha realizado la división del genoma. Los *mesosomas laterales* se encuentran a lo largo del eje mayor de la bacteria y participan en la secreción de proteínas. Los *mesosomas septales* son responsables de la formación del tabique de división celular y están asociados con la replicación del cromosoma bacteriano, con los quimiorreceptores de membrana y con proteínas quimiotácticas y de transducción de señales. ### Espacio periplasmático Presente en las bacterias gramnegativas, el periplasmático es un espacio entre la membrana citoplasmática y la membrana externa donde están estacionados elementos nutricionales antes de ingresar al citoplasma. En este sitio se localizan enzimas hidrolíticas también llamadas periplasmáticas, para romper moléculas grandes en elementos menores con el fin de ser transportados al citoplasma mediante las permeasas. En este nivel se encuentran lipoproteínas para fijación del peptidoglucano y la membrana externa, así como oligosacáridos derivados de membrana para la osmorregulación; además, se acumulan las B-lactamasas que destruyen el anillo ẞ-lactámico de los antimicrobianos. ### Inclusiones Las inclusiones son estructuras de almacenamiento de energía de reserva en forma de gránulos insolubles; otros son de azufre o polifosfatos. Los gránulos metacromáticos reciben el nombre de *gránulos de volutina*. ### Vacuolas Las vacuolas son estructuras que guardan materiales gaseosos en el interior del citoplasma. ### Flagelos Los flagelos son filamentos muy largos que pueden llegar a medir hasta 20 µm de longitud por aproximadamente 5-10 nm de espesor; están formados por una proteína contráctil llamada *flagelina*. Se originan en la membrana citoplasmática en un gránulo que se conoce como *cuerpo basal*; son los orgánulos de locomoción de las bacterias. Considerando la posición y el número de flagelos en la célula bacteriana se conocen cinco grupos: - **Monotricas**: que poseen un solo flagelo, generalmente situado en un polo de la bacteria. - **Lofotricas**: que tienen un mechón de flagelos en un polo. - **Anfitricas**: que cuentan con un mechón de flagelos en cada uno de sus polos. - **Peritricas**: que tienen flagelos alrededor de la célula. - **Atricas**: que no tienen flagelos. ### Fimbrias y pili Son estructuras rígidas mucho más cortas que los flagelos, formadas por una proteína llamada *pilina*. Actualmente existe una tendencia general a restringir el termino de *fimbrias* a las estructuras que realizan la adherencia de la bacteria a las células de los tejidos y *pili* a las estructuras que son los puentes para la conjugación bacteriana. Las fimbrias, como adhesinas, son un factor de patogenicidad; se encuentran en gran número en cada bacteria y los pili se observan en pequeño número en la célula donadora. ### Citoplasma El citoplasma es todo el material proteico contenido por la membrana citoplasmática y que forma el lecho del genoma de la bacteria; en él se encuentran todos los sistemas enzimáticos del metabolismo de las bacterias: los *ribosomas*, formados por dos subunidades 50s y 30s, que funcionan en la síntesis de proteínas, son el sitio donde se encuentran los gránulos de reserva alimenticia; y los *gránulos de volutina*, que están formados por metafosfato inorgánico polimerizado. En general, se puede decir que es la gran fábrica de todos los componentes de las estructuras bacterianas. ### Esporas Algunas bacterias pueden producir esporas cuando se encuentran en condiciones desfavorables para su subsistencia. La esporulación es una verdadera metamorfosis que sufre la bacteria. Algunos la han considerado como un fenómeno de rejuvenecimiento, no una forma de reproducción. Este fenómeno se activa por la falta de nutrimentos o de agua, for los cambios del pH en el medio ambiente de crecimiento, por los cambios en la temperatura y por otros factores nocivos para la vida de la célula. En todos los casos se produce una sola espora dentro de la célula (endospora), que por su ubicación se conoce como: - **Terminal**: si está situada en un polo de la bacteria. - **Central**: si está en el centro del citoplasma. - **Subterminal**: si se encuentra en una posición intermedia. Estas estructuras son muy resistentes al calor y a varios agentes antimicrobianos, por lo que se les considera formas de protección. Están formadas por un cuerpo central que contiene el genoma y por varias capas que lo cubren. En el estudio químico se ha encontrado el ácido dipicolínico en concentración de 10-15%, lo que no se ha descubierto en la célula vegetativa. Durante muchos años se había explicado la resistencia de las esporas por las múltiples capas que protegen el genoma, pero Gerhard descubrió que estas capas son permeables (semejando una esponja), y que lo que confiere esta resistencia es la formación de un gel insoluble. ### Núcleo Algunos autores se resisten a llamar "núcleo" a esta entidad debido a que no está conformado por todas las estructuras como en el caso de las eucariotas, por lo que se ha denominado *nucleoide, genoma o masa nuclear*. Está formado por DNA de doble cadena en forma circular, sin extremos, y es la estructura que contiene el código de la información de los caracteres biológicos de la especie. En el capítulo de genética se mencionan las principales características funcionales del núcleo. ### Plásmidos Independientemente del núcleo, se encuentran cadenas dobles de DNA, también en forma circular, de autorreplicación y que, al igual que el núcleo, contienen genes que expresan algunas características biológicas. Estos plásmidos son susceptibles de transferirse a otras bacterias transmitiendo las características biológicas que contienen; es en estos cuerpos donde se han encontrado algunos genes de resistencia de las bacterias a los antibióticos, pero también otras características del metabolismo bacteriano.