Bacterias. Características Generales PDF

Bloque 2-T 2. BACTERIAS. CARACTERÍSTICAS GENERALES 1.- TAMAÑO Y MORFOLOGÍA 2.- ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN BACTERIANA a) ESTRUCTURAS ESENCIALES: pared celular membrana citoplasmática citoplasma y contenido genoma b) ESTRUCTURAS NO ESENCIALES:...

Bloque 2-T 2. BACTERIAS. CARACTERÍSTICAS GENERALES 1.- TAMAÑO Y MORFOLOGÍA 2.- ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN BACTERIANA a) ESTRUCTURAS ESENCIALES: pared celular membrana citoplasmática citoplasma y contenido genoma b) ESTRUCTURAS NO ESENCIALES: glicocálix / cápsula apéndices superficiales espora ADN extracromosómico: plásmidos 3.- GENÉTICA BACTERIANA 4.- MULTIPLICACIÓN. CULTIVO BACTERIANO 1 SALUD PÚBLICA. 2019-20. Prof. M.D.Moragues  1.TAMAÑO Y MORFOLOGÍA Tamaño: 0,1 µm 10 µm Chlamydia Mycoplasma Bacillus Rickettsia Forma: - COCOS: redondeada (~ 1µm) - Diplococos: parejas - Estreptococos: cadenas - Estafilococos: racimo - Micrococos: separados - BACILOS: cortos, alargados, bastón, afilados - VIBRIOS, ESPIRILOS…  Staphylococcus epidermidis Cocos gram positivos Microscopía electrónica Escherichia coli Bacilos cortos (cocobacilos) gram negativos 3  Bacillus anthracis Bacilo aeróbico gram positivo. Forma esporas. Se agrupa en cadenas Microscopía óptica Treponema pallidum (espiroqueta) Microscopía de campo oscuro 4  citoplasma 2.- ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN BACTERIANA nucleoide a) ESTRUCTURAS ESENCIALES: cápsula Pared celular Membrana citoplasmática pared Citoplasma y su contenido celular Nucleoide (genoma) membrana celular ribosomas b) ESTRUCTURAS NO ESENCIALES (facultativas): pili glicocálix / cápsula apéndices superficiales flagelo espora ADN extracromosómico plásmido 5  PARED CELULAR EXOESQUELETO: rodea a la membrana citoplasmática - Da forma a la bacteria - Protege frente a cambios osmóticos - Es antigénica  induce la síntesis de Acpos - Permeable al agua y pequeñas moléculas - PEPTIDOGLICANO: cadenas de N-acetil glucosamina y N-acetil murámico entrelazadas con moléculas peptídicas Christian Gram (1884) desarrolló un método de tinción para visualizar bacterias: - GRAM- POSITIVAS: G (+) - GRAM- NEGATIVAS: G (-)  TINCION DE GRAM GRAM POSITIVA GRAM NEGATIVA 1. Sin teñir 2. Violeta de Genciana 3. Lugol Bacillus anthracis E. coli 4. Alcohol-acetona 5. Safranina 7  PARED GRAM POSITIVA PARED GRAM NEGATIVA Capa externa de la pared peptidoglicano peptidoglicano Membrana citoplasmática Membrana citoplasmática 8 Peptidoglicano NAM NAG NAM NAG NAM NAG L-ala L-ala L-ala NAM NAG NAM NAG NAM NAG D-glu L-lys D-glu D-glu L-ala L-ala L-ala gly L-lys L-lys D-glu gly gly D-ala gly D-glu D-glu D-ala gly gly D-ala gly gly L-lys gly gly gly L-lys gly L-lys gly gly gly D-ala Penicilina D-ala D-ala Penicilina Penicilina 9 PARED GRAM POSITIVA Proteína asociada Acido teicoico a la pared Acido lipoteicoico Peptidoglicano Membrana plasmática 10  PARED GRAM NEGATIVA LPS Membrana externa Espacio Peptidoglicano periplásmico  PARED GRAM NEGATIVA ANTIGENO O LPS - unidades repetidas tetra o pentasacárido - composición variable: SEROTIPADO INMUNOGÉNICO POLISACARIDO CENTRAL LIPIDO A : Parte externa de la membrana externa -ENDOTOXINA shock séptico 12  MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Delimita la célula (citoplasma) FOSFOLÍPIDOS + PROTEÍNAS (+ hopanoides) PERMEABILIDAD SELECTIVA Regulación osmótica Excreción de enzimas Liberación de toxinas Diana de algunos antibióticos (polimixina B) y detergentes MESOSOMAS: división celular (septos) Membrana plasmática esporulación, replicación DNA, 13 generación de ATP…  CITOPLASMA Agua 70-85% RIBOSOMAS (proteínas + ARN) Libres y adheridos a la membrana  INCLUSIONES: Ribosomas 70S Depósitos de reserva Síntesis de proteínas - Polisacáridos: glucógeno, almidón ARNm ⇒ PROTEINA - Lípidos - Gránulos (azufre, óxido férrico) Antibióticos selectivos (aminoglucósidos, tetraciclinas, cloranfenicol, macrólidos…) 30S + 50S = 70S Síntesis proteica  NUCLEOIDE Genoma bacteriano Molécula de ADN circular: CROMOSOMA BACTERIANO  Contiene la información genética de la bacteria  En la zona central del citoplasma: NUCLEOIDE  Anclado a la membrana citoplasmática  Diana de quinolonas , rifampicina… 15  citoplasma 2.- ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN BACTERIANA nucleoide a) ESTRUCTURAS ESENCIALES: cápsula Pared celular Membrana citoplasmática pared Citoplasma y su contenido celular Nucleoide (genoma) membrana celular ribosomas b) ESTRUCT. NO ESENCIALES (facultativas): pili glicocálix / cápsula apéndices superficiales flagelo espora ADN extracromosómico plásmido 16  GLICOCÁLIX CÁPSULA Acinetobacter sp. Envuelta de POLISACÁRIDOS (B. anthracis POLIPEPTÍDICA) Tinción negativa CÁPSULA GLICOCÁLIX Asociación íntima con pared Adherencia débil y grosor heterogéneo FUNCIÓN FACTORES DE VIRULENCIA 1. Antifagocitaria (Streptococcus pneumoniae) Oculta los elementos antigénicos y evita la acción de Acpos. 2. Pueden actuar como adhesinas (Streptococcus mutans) 3. Protección frente a antibióticos y bacteriófagos (BIOFILMS) Capacidad ANTIGÉNICA  desarrollo de vacunas (Streptococcus…) Importancia en DIAGNÓSTICO  serotipos (epidemiología)  Visualización al microscopio: tinción negativa  BIOFILMS-BIOPELICULAS Algunas bacterias en determinadas condiciones pueden crecer adheridas a superficies (no libres). GLICOCÁLIX : sustancia cementante Enfermedad periodontal: dientes y encías Endocarditis: válvulas cardiacas… Infecciones sobre prótesis: cardiacas, catéteres… Dificultan la acción del sistema inmunitario e impiden el acceso de los antibióticos  INFECCIONES PERSISTENTES 18  APÉNDICES: fimbrias o pili, flagelos FLAGELOS - FIMBRIAS: en toda la superficie - Estructura proteica - ADHESINAS: FACTOR DE VIRULENCIA Común en las bacterias patógenas E. coli uropatógena: fimbrias P  pielonefritis Salmonella sp. Pili F  conjugación bacteriana 19 FIMBRIAS  APENDICES: fimbrias o pili, flagelos FLAGELOS Región externa proteica - Anclados en la m.citoplasmática FLAGELINA - Rotores helicoidales: movilidad CODO Polares: aislado/penacho Peritricos: toda la cél. - Potentes antígenos (antígenos H) Cuerpo basal 20  ESPORAS FORMAS DE RESISTENCIA (latencia) - Cuando peligra la supervivencia: cambios de temperatura escasez de nutrientes… - Endosporas o exosporas - Muy resistentes: temperatura, pH, luz UV… - Metabolismo muy bajo: larga pervivencia - Bacillus y Clostridium (carbunco y tétanos) 21  PLÁSMIDOS - Pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómicas - Codifica elementos NO vitales para la célula Toxinas, resistencia antibióticos, Ags… - Replicación autónoma, independiente del cromosoma - Pueden transferirse tanto a células hijas (HERENCIA), como a otras células no relacionadas (CONJUGACIÓN) - CLASIFICACIÓN FUNCIONAL - Factor Col  bacteriocinas - Factor R  resistencia a antibióticos - Factor F (fertilidad)  pili sexuales. Son plásmidos autotransferibles - Factores de virulencia: K, Hly, Inv, Ent … 22  3.-GENÉTICA BACTERIANA MATERIAL GENÉTICO ADN CROMOSÓMICO ARN PLÁSMIDOS Doble cadena de ADN circular Monocatenario opcionales Nucleoide Almacena información y se transmite Complementario por herencia a las siguientes del ADN generaciones (replicación semiconservativa) Genes estructurales: síntesis de U (no T) y ribosa proteínas Genes reguladores: activan o reprimen ARNm, ARNr, la expresión de los genes estructurales, ARNt: según las necesidades de la célula síntesis proteica  3. GENÉTICA BACTERIANA VARIABILIDAD  flexibilidad 1. Variaciones FENOTÍPICAS No se modifica el genoma Reversibles Dependen de sustratos, condiciones… OPERÓN LAC DE E. coli 2. Variaciones GENOTÍPICAS Afectan al genoma y son heredables Tienen su origen en:  MUTACIONES  INTERCAMBIO GENÉTICO con otras bacterias de la misma especie o diferente.  Transformación  Transducción  Conjugación 24  3. GENÉTICA BACTERIANA MUTACIONES Cambios en la secuencia del ADN bacteriano que puede originar una proteína alterada, lo que puede traducirse o no en un cambio fenotípico. ESPONTÁNEAS: baja frecuencia INDUCIDAS por agentes mutágenos: bromouracilo, óxido nitroso, mitomicina D, radiación UV…. Las mutaciones pueden darse por: sustitución de un nucleótido: puede cambiar 1 AA …ATT GTA GCC TAC… …ATT GTC GCC TAC… adición o pérdida de un nucleótido: cambia la pauta de lectura …ATT GTA GCC TAC… …ATA TGT AGC CTA C… …ATxG TAG CCT AC… 25  proteínas no funcionales  MUTACIONES 26  Intercambio genético: TRANSFORMACIÓN y TRANSFORMACIÓN RECOMBINACIÓN Streptococcus pneumoniae (F. Griffith, 1928) El ADN desnudo penetra en la bacteria receptora, se integra/recombina y se expresa  Intercambio genético: TRANSDUCCIÓN Incorporación de ADN cromosómico o plasmídico utilizando un bacteriófago CICLO DE UN FAGO Estado LISOGÉNICO: ADN del fago queda incorporado en el cromosoma bacteriano (profago) CICLO LÍTICO  multiplicación y diseminación 29  Intercambio genético: TRANSDUCCIÓN 30  Intercambio genético: CONJUGACIÓN Transferencia directa de material genético promovida por un PLÁSMIDO Tipos de plásmidos involucrados: F ("factor sexual"): genes que controlan la producción de “pili” F+ transfiere a F- Plásmido R: resistencia a antibióticos Episoma: plásmido incorporado al cromosoma, puede arrastrar material cromosómico en la siguiente conjugación.  CONJUGACIÓN Replicación F+ plásmido F- Hebra de ADN plasmídico pasando por el tubo de conjugación F+ F+ Cromosoma Plásmido Tubo de conjugación Cromosoma 32  INGENIERÍA GENÉTICA GENÉTICA RECOMBINANTE 1. Separar un gen del ADN de origen (ENDONUCLEASAS DE RESTRICCIÓN) 2. Integración en un VECTOR (bacteriófago o plásmido) 3. Inserción en bacteria huésped: E.coli 33  INGENIERÍA GENÉTICA Producción a gran escala y “bajo coste” de: Proteínas humanas: insulina, factores de crecimiento, interferón… Vacunas recombinantes: hepatitis B… menos peligrosas menos reacciones de hipersensibilidad En un futuro no demasiado lejano, reparación de fallos enzimáticos relacionados con algunas enfermedades metabólicas… TERAPIA GÉNICA 34 4. Multiplicación bacteriana. FISIÓN BINARIA Síntesis de materiales Replicación de DNA Septo DIVISIÓN  2 células hijas  CRECIMIENTO EXPONENCIAL 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64… E. coli (20 min) en 48h  10 144 bacterias 10-12g/célula 2,2 x 10 31g (x4000 masa de la tierra) CRECIMIENTO BACTERIANO AUTOLIMITANTE 35  NUCLEOIDE División bacteriana División celular: FISION BINARIA 1.- REPLICACION ADN y separación de los cromosomas (mesosoma). 2.- Formación tabique (SEPTO) 3.- Separación de las dos células 36 Requerimientos para el crecimiento bacteriano Crecimiento y multiplicación requieren NUTRIENTES MATERIALES  síntesis de elementos estructurales ENERGÍA para su actividad metabólica La IDENTIFICACIÓN de agentes infecciosos en el laboratorio, requiere su crecimiento y aislamiento en medios de cultivo de composición diversa, tratando de cubrir las diferentes necesidades de los grupos de bacterias NUTRIENTES AGUA TEMPERATURA y pH OXÍGENO 37 Requerimientos crecimiento bacteriano AGUA: 80% peso TEMPERATURA Psicrófilas: < 20 ºC Mesófilas: 20 – 40 ºC Termófilas: >40 - 80 ºC > 60ºC  requiere proteínas con estructura terciaria termoestable Mayoría de bact. patógenas son MESÓFILAS (35-37 ºC) pH Bacterias patógenas  pH óptimo 7,2 (sangre) 38 Requerimientos crecimiento bacteriano OXÍGENO AEROBIAS: sólo crecen en presencia de O2 atmosférico. Patógenos respiratorios y mucosas: Neisseria, Mycobacterium tuberculosis… ANAEROBIAS: crecen en ausencia de OXÍGENO ESTRICTAS: no pueden crecer en aerobiosis Clostridium con oxíg.  muerte. FACULTATIVAS: crecen en presencia o ausencia de O2 (E. coli) MICROAERÓFILAS: necesitan poco O2, no soportan la atmósfera. Campylobacter, meningococos (requieren ambiente enriquecido en CO2 vela) AEROTOLERANTES: no pueden utilizar el oxígeno, pero pueden crecer en su presencia. 39 Requerimientos crec. bacteriano. OXÍGENO 40 Requerimientos crec. bacteriano. OXÍGENO La mayoría de las EI se deben a microorg. AEROBIOS o ANAER. FACULTATIVOS Mejora de las técnicas microbiológicas  evidencia la importancia médica de ANAEROBIOS Y MICROAERÓFILOS ANAEROBIOS transporte, medios reducidos e incubación La presencia de O2 puede condicionar la virulencia de algunas bacterias: Clostridium perfringens (GANGRENA) no puede Jarra de desarrollarse en tejidos bien vascularizados. anaerobios 41 BACT. AEROBIAS O ANAEROBIAS FACULTATIVAS Bacterias Morfología Bacterias Morfología Gram + Gram – Streptococcus Cocos en pareja o en Neisseria Cocos cadena Acinetobacter Moraxella Staphylocococcus Cocos en racimo Enterobacterias Bacilos Pseudomonas Bacillus Bacilos esporulados Vibrio Coma Corynebacterium Bacilo Helicobacter Espiral Campylobacter BACTERIAS ANAEROBIAS ESTRICTAS Bacterias Morfología Bacterias Morfología Gram + Gram – Peptostreptococcus Cocos en cadena Veillonela Coco Clostridium Bacilos esporulados Bacteroides Bacilo Actinomyces Bacilo Fusobacterium Ahusada 42 CULTIVO. TÉCNICAS DE AISLAMIENTO MEDIOS de CULTIVO (caldos o agares) DEFINIDOS/SIMPLES: componentes sencillos (glucosa, nitratos…) COMPLEJOS: moléculas orgánicas complejas (proteínas… )  BACTERIAS EXIGENTES: vitaminas, sangre, lípidos… Análogamente  medios para hongos, protozoos, cél. animales… Muestra patológica se siembra en un medio de cultivo adecuado, se incuba a temperatura y atmósfera controlada, y si crece (RECUPERACIÓN)  hemos AISLADO el mo.  CULTIVO PURO ¿identificación? CLON: población de microorganismos 43 2005) CHROMagar Candida + Pal (Sahand et al ,JCM descendientes de una sola bacteria (colonia) Hitos Morfología Pared grampositiva bacteriana: y gramnegativa. cocos, bacilos, Estructura vibrios, espirilos… y función Cápsula, glicocálix, biofilms Flagelos y fimbrias. Relación con adhesión Esporas. Relación con resistencia Factores de virulencia Plásmidos: tipos y función Variaciones GENOTÍPICAS: MUTACIONES e INTERCAMBIO GENÉTICO (Transformación, Transducción, Conjugación) Aportaciones de la Ingeniería Genética en el campo de la Salud CONCEPTOS: crecimiento exponencial, bacterias aerobias, bact. anaerobias, bact. microaerófilas, bact. anaerobias facultativas, bact. aerotolerantes Requerimientos para el crecimiento bacteriano: agua, nutrientes, temperatura, pH, disponibilidad de oxígeno. Medios de cultivo, aislamiento, clon, cultivo puro, identificación. Prescott, Harley y Klein. Microbiología. 7ª ed. McGraw-Hill. 2008 (capítulo 3) MECANISMO DE ACCIÓN ANTIBIÓTICOS ① Inhibición síntesis Betalactámicos: penicilina pared celular  síntesis natural, penicilinas medio sintéticas (ampicilina) peptidoglicano Bacitracina Cicloserina AB glicopeptídicos (vancomicina) ② Membrana citoplasmática Polimixinas ③ Inhibición síntesis Aminoglucosidos proteínas (estreptomicina, kanamicina, gentamicina) Tetraciclinas Cloranfenicol Macrólidos ④ Inhibición de la síntesis de Quinolonas ácidos nucleicos Rifampicina Nitroimidazol (metronidazol) ⑤ Inhibición metabolismo Sulfonamida bacteriano TOXICIDAD SELECTIVA 45  3. GENÉTICA BACTERIANA P Integrarse L cromosoma Pueden INCORPORAR su información, Pueden separarse de nuevo y ARRASTRAR A información del ADN en el que ha estado Integrarse en otros incluido. S plásmidos M Ent: enterotoxinas I Patogenicidad Hly: hemolisinas Ags superficie E.coli D CLASIFICACIÓN Resistencia Factor R: resistencia a ATB O Factor sexual Factor F S  GENÉTICA y CRECIMIENTO BACTERIANO. Hitos ADN cromosómico, ARN y plásmidos. Funciones Variaciones GENOTÍPICAS: MUTACIONES INTERCAMBIO GENÉTICO: Transformación,Transducción, Conjugación Aportaciones de la Ingeniería Genética en el campo de la Salud. CONCEPTOS: crecimiento exponencial, bacterias aerobias, bact. anaerobias, bact. microaerófilas, bact. anaerobias facultativas, bact. aerotolerantes Requerimientos para el crecimiento bacteriano: agua, nutrientes, temperatura, pH, disponibilidad de oxígeno. Medios de cultivo, aislamiento, clon, cultivo puro, identificación. 47