MICROBIOLOGÍA I: Estructura bacteriana II (PDF)

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Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Bioquímicas y Biotecnológicas Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica MICROBIOLOGIA I Estructura bacteriana II Ing. Mónica Yugra Condori [email protected]  Capas superficiales cristalinas Entramado bidimensional cristalino formado por subunidades en las que existen moléculas proteínicas y glucoproteicas (capa S) como componente externo de la envoltura celular. Varias moléculas de grosor. La capa S, suele estar compuesta por un solo tipo de molécula proteica que puede tener carbohidratos unidos. Las proteínas de la capa S son resistentes a enzimas proteolíticas y agentes desnaturalizantes de proteínas. Capas superficiales cristalinas Función protectora de la capa S, protege a la célula de enzimas que degradan la pared, de la invasión por Bdellovibrio bacteriovorous (bacteria depredadora) y de bacteriófagos. También desempeña un papel para el mantenimiento de la configuración celular de algunas especies de arqueobacterias y podría estar implicada en la adhesión celular a las superficies epidérmicas del huésped.  Cápsula y glicocálix Muchas bacterias sintetizan grandes cantidades de polímero (polisacárido) extracelular (ambientes naturales). Hoy los términos cápsula y biopelículas se utilizan con frecuencia para describir las cubiertas del polisacárido, también se utiliza el término glicocálix. Glicocálix, material con contenido polisacárido que se ubica fuera de la célula. Klebsiella Cápsula, capa condensada y bien definida que circunda la célula y rechaza partículas. Bacillus megaterium Biopelícula, si el glicocálix tiene asociación laxa con la célula y no repele partículas. Cápsula y glicocálix El material capsular pueden ser polímeros de un monosacárido (glucosa, dextrano, levano) o heteropolisacáridos que contienen tanto hexosas como pentosas, más ribitol, glicerol o alcoholes azúcar. Los fosfatos con frecuencia también están presentes. La formación de estas estructuras extracelulares depende del sistema de secreción bacteriano. Este sistema transfiere proteínas desde el citoplasma al periplasma o al espacio que rodea a la célula. En la mayoría de casos, los polímeros extracelulares son sintetizados por enzimas (glucosiltransferasa y fructosiltranferasa) que se localizan en la superficie de la célula bacteriana. Cápsula y glicocálix Streptococo mutans utiliza 2 enzimas la glucosiltransferasa y la fructosiltransferasa para sintetizar grandes cadenas de dextrano y levanos a partir de la sacarosa, estos polímeros forman una matriz ramificada de glucano insoluble que interactúa con la superficie del diente y los receptores celulares S. mutans. En Bacillus, es de naturaleza polipeptídica. La cápsula es sintetizada a nivel de la membrana celular, sus componentes son sintetizados y exportados fuera de la célula por un sistema transportador para lípidos isoprenoides, los componentes se unen al material capsular. Funciones de la cápsula y glicocálix Contribuye a la invisibilidad de las bacterias patógenas las células encapsuladas están protegidas de la fagocitosis. El glicocálix participa en la adherencia de las bacterias a las superficies en su ambiente, lo que incluye a células de los huéspedes vegetales y animales. Debido a que las capas externas del polisacárido ligan a una cantidad significativa de agua, la capa de glicocálix podría tener algún papel en la resistencia a la desecación. Promueve la concentración de nutrientes en la superficie de la bacteria debido a su naturaleza polianiónica. Flagelos bacterianos Son apéndices similares a hilos, compuestos en su totalidad por proteínas con diámetro de 12 a 30 nm Órganos de locomoción. Los flagelos están compuestos por miles de moléculas de 1 subunidad proteína denominada flagelina (Caulobacter 2 tipos). Se forma por la agregación de las subunidades que definen una estructura helicoidal; si los flagelos se eliminan mediante agitación mecánica de una suspensión de bacterias, se forma un flagelo nuevo con rapidez por medio de la síntesis agregación y extrusión de subunidades de flagelina y la motilidad se recupera de 3 a 6 minutos.  Flagelos bacterianos Las flagelinas son muy antigénicas (antígenos H) y algunas de las respuestas inmunitarias a la infección se dirigen contra estas proteínas. El flagelo se encuentra adherido al cuerpo celular de la bacteria mediante una estructura compleja constituida por un gancho y un cuerpo basal. Filamento, parte externa con respecto a la célula y se une al gancho en la superficie celular. Está constituido por varias membranas proteínicas que forman una hélice con un centro hueco. Gancho, estructura corta y curva que parece actuar como una bisagra universal, entre el motor en la estructura basal y el flagelo, está anclado en la membrana plasmática.. Cuerpo basal, forma cilíndrica con dos o más juegos de anillos contiguos a la membrana plasmática, el glicopéptido y en las bacterias Gramnegativas, la membrana externa de la envoltura celular. El anillo M está integrado por la membrana celular. El anillo S en la capa de peptidoglicanos. Los anillos P y L en la membrana externa. 1 par en las bacterias Gram+ y 2 pares en Gram-, los anillos L y P. Flagelos bacterianos Se ensambla el cuerpo basal y se le inserta en la envoltura célula. Se agrega el gancho. Se integra el filamento de manera progresiva mediante la adición de subunidades de flagelina a su punta en crecimiento. Motilidad de los flagelos bacterianos Son rotores helicoidales semi rígidos a lo que la célula imparte un movimiento rotatorio. La rotación se desencadena por un flujo de protones hacia el interior de la célula que sigue el gradiente que produce una bomba de protones importante. Los flagelos unidos a envolturas celulares aisladas rotan con normalidad cuando el medio ambiente contiene un sustrato adecuado para la respiración o cuando se establece un gradiente de protones con medidas artificiales. Motilidad de los flagelos bacterianos Cuando la bacteria perítrica nada hacia adelante, sus flagelos se asocian para formar un haz posterior a través de un movimiento en contra de las manecillas del reloj. Motilidad a las bacterias y permiten que la célula se dirija hacia los nutrientes y evite las sustancias tóxicas (quimio-Taxis). Las bacterias se acercan a sus nutrientes nadando en línea recta para girar luego bruscamente y continuar en una nueva dirección. Este período de desplazamiento aumenta a medida que se incrementa la concentración de la sustancia quimio-atrayente. Clasificación de los Flagelos Los flagelos se diferencian por su número y disposición en la célula. Monótricas: Bacterias con un flagelo único en posición polar. Lofíóricas : dos o más flagelos que se originan en un polo o en un punto de la célula. Anfítricas: un solo flagelo en dos puntos o polos diferentes de la célula Anfilótricas: Dos o más flagelos (penacho) en dos puntos o polos de la célula Perítricos: Poseen flagelos sobre toda su superficie Átrica: sin flagelos Fimbrias y pilis Muchas bacterias Gram- y algunas Gram+ poseen apéndices rígidos de superficie que se denominan pili (cabello) o fimbrias (flecos). Son más cortos y finos que los flagelos, están compuestos por subunidades de proteínas estructurales denominadas pilipinas. Existen proteínas menores denominadas adhesinas que se ubican en las puntas de los pilis y son las responsables de sus cualidades de adhesión. Pili ordinarios, que participan en la adherencia de bacterias simbióticas y patógenas a las células hospederas (fimbrias). Pili sexuales, que son responsables de la adhesión de la célula donante y receptora durante la conjugación bacteriana, están codificados por un plásmido F. Fimbrias y pilis La motilidad de estas estructuras es distinta al desplazamiento flagelar, las moléculas de pilina están dispuestas en sentido helicoidal para conformar un cilindro recto que no rota ( no cuerpo basal). Sus puntas se adhieren con fuerza a la superficie manteniendo una distancia con las células. Los pilis se despolimerizan a partir de su extremo interno, con lo que se retraten hacia el interior de la célula. El resultado es que la bacteria se desplaza en dirección a la punta adherida este tipo de motilidad superficial se denomina sacudida contráctil. Fimbrias y pilis Los pilis de distintas bacterias tienen antigenicidad distintiva y se desencadena en la síntesis de anticuerpos en el huésped. Los anticuerpos contra los pili de una especie bacteriana, no impiden la adhesión de otras especies. Los extremos de las fimbrias pueden contener unas proteínas (lectinas) que se fijan a azúcares específicos (ej., manosa). Algunas bacterias como N. gonorrhoeae, puede estructurar pili de distintos tipos antigénicos y con ello adquiere la capacidad para adherirse a las células en un aún en presencia de anticuerpos contra su tipo de pili original. Al igual que las cápsulas y los pili inhiben la capacidad fagocitaria de los leucocitos. Endosporas Estructuras esféricas u ovaladas que se forman en ciertas especies bacterianas, que representan una etapa latente o de reposo en el ciclo de crecimiento. Los miembros de varios géneros bacterianos son capaces de constituir esporas, los 2 más comunes bacilos Gram+ aeróbico obligado Bacilllus y el género anaeróbico obligado Clostridium. Endosporas Estos microorganismos pasan por un ciclo de diferenciación en respuesta a las condiciones ambientales, esporulación se desencadena al casi alcanzar la depleción de carbono, nitrógeno y fósforo. Cada célula forma una espora interna única, que se libera cuando la célula madre presenta autolisis. Las esporas en una célula en reposo con gran resistencia a la desecación, calor y los agentes químicos; cuando se recuperan las condiciones nutricionales favorables vuelve a activarse con un estímulo particular (presencia de una aminoácido particular, hidrato de carbono o agua) se produce su germinación.. Esporulación Fase 0: una subpoblación bacteriana detecta las condiciones de inanición y mata a las células vecinas que siguen en estado somático; incremento de nutrientes circundantes (replicación del material genético y producción de toxinas). Fase I: se condensan las dos copias del material genético, en donde los orígenes de replicación, de cada una, se anclan a los polos de la célula dando la apariencia de un serpentín que se distribuye a lo largo del bacilo (filamento axial). Fase II: división asimétrica de la célula para la formación del tabique polar. Fase III: que se caracteriza por la inmersión de la prespora, formación de un septo asimétrico que permite apreciar a la célula madre separada de la región que dará lugar a la endospora. Asimetría genética temporal, gracias a proteínas de compartimento específico denominadas factores sigma; finalmente quedará en el citosol de la célula madre. Esporulación Fases IV y V: ensamble de la cubierta y del córtex de la pre-spora ocurre en las, estas estructuras son dos caparazones concéntricos, la primera constituida de proteínas es la más externa; mientras que la segunda es una peptidoglucana especializada; juntas darán protección a la endospora contra las condiciones ambientales adversas. Fase VI: maduración. Fase VII: liberación al producirse la lisis de la célula madre. Partes de las endoesporas Núcleo: protoplasto de la espora, contiene un núcleo celular completo, la energía para la germinación se almacena como 3-fosfo- glicerato. Contiene dipicolinato de calcio (resistencia al calor). Pared de la espora: la capa más profunda que circunda a la membrana interna. Contiene peptidoglucano que será la pared celular de la célula vegetativa. Corteza: capa más gruesa, contiene peptidoglucano con menos enlaces cruzados. Partes de las endoesporas Cubierta: compuesta por queratina con puentes disulfuro (resistencia a químicos antibacterianos). Exosporio: membrana lipoproteica que contiene algunos carbohidratos. Germinación de esporas Activación: se estimula por alteración de la continuidad de la capa externa por factores mecánicos, pH, calor, agua y un nutriente desencadenante (alanina). Iniciación: Se degrada la corteza de la espora y liberan material peptidoglicano, se capta agua, se libera calcio y el ácido dipicolínico. Crecimiento ulterior: se degrada la corteza y las capas externas por la aparición de una célula vegetativa nueva. Se da la biosíntesis activa que termina en la división celular. Tipos de endosporas El tamaño, la forma y la localización de las esporas incipientes en células en fase estacionaria de especies Clostridium y Bacillus es útil para la caracterización e identificación ciertas especies Las endosporas pueden ser esféricas u ovales y pueden o no hinchar la célula. Centrales: situadas en el centro de la célula. Subterminales: se encuentran próximas al extremo. Bacilos grampositivos sobrecoloreados con endosporas subterminales. Característico del bacillus y clostridium. Terminales: se encuentran situadas en el extremo. Clostridium tetani Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Bioquímicas y Biotecnológicas Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica MICROBIOLOGIA I Morfología Ing. Mónica Yugra Condori [email protected] Morfología Presentan gran variedad morfológica y de tamaños. Estos organismos unicelulares pueden medir desde 0,3 um hasta 0,5 mm. Sus medidas están entre los 0,3 y 5,0 um. Tienen 4 morfologías básicas: Forma Esférica o Redonda Estas bacterias no presentan siempre una forma esférica perfecta, sino que a veces pueden ser algo ovaladas, o presentarse en forma de granos de café, como es el caso de los gonococos. Disposición: Monococos: se caracterizan por presentar células aisladas o colocadas desordenadamente. Diplococos: (del griego diplo, doble), se caracterizan por tener células unidas en parejas. Tetracocos: (del griego tetra, cuatro), se caracterizan por tener sus células dispuestas en grupos de a cuatro, situadas perpendicularmente entre sí, es decir en forma de cuadrado. Estreptocoocos: (del griego streptos, cadena), se caracterizan por agruparse formando cadenas de diferentes longitudes (cortas o largas), siendo estas generalmente curvas. Estafilococos: (del griego staphilos, racimos), se caracterizan por agruparse en racimos muy semejantes a los de uvas. Sarcinas: (del griego sarcio, reunía), se caracterizan por sus células, las cuales se agrupan entre planos, formando paquetes cúbicos parecidos a los dados. Sarcina ventriculi es una bacteria cocoidea Gram positiva y catalasa negativa, anaerobia obligada Forma de Bastones Bacilos. Estos microorganismos pueden parecer bastones cortos o largos, con extremos redondeados, puntiagudos o rectos. BACILOS. Disposición: Monobacilos: presentan células aisladas o colocadas desordenadamente. Diplobacilos: sus células se disponen en parejas, pero siempre en sentido longitudinal, es decir unidas por sus extremos y nunca por los lados. Estreptobacilos: sus células se presentan reunidas en cadenas de diferentes longitudes y al igual que en las anteriores se unen por los extremos. Además existen bacilos que se caracterizan por su capacidad para formar ramificaciones sencillas, parecidas a retoños laterales como son los bacilos causantes de la tuberculosis y de la lepra. Biopsia histológica de piel que sugiere lepra borderline, Mycobacterium leprae Cocobacilos Bacterias semicilíndricas pero achatadas en los polos, mostrando una forma ovalada. Listeria monocytogenes, bacilo gram positivo, intracelular, anaerobio facultativo, flagelado, móvil, corto, catalasa positiva e hidroliza la esculina. Espirilos Bacterias gram negativas agrupadas, básicamente, en las proteobacterias fageladas de forma helicoidal o en espiral. Se desplazan en medios viscosos avanzando en tornillo. Los Espirilos están en la clasificación morfológica de las bacterias. Causan enfermedades como la Sífilis, Leptospirosis o la fiebre recurrente epidémica. Pueden ser muy peligrosos. Su diámetro es muy pequeño lo que hace que pueda atravesar las mucosas. Vibrios Organismos con forma de bastón corto y encorvado, también son llamados coma, como el signo de puntuación. Gram-stain of V. cholerae. Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Bioquímicas y Biotecnológicas Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica MICROBIOLOGIA I Clasificación Microbiológica Ing. Mónica Yugra Condori [email protected] Mecanismo del movimiento y el carácter de la pared celular Células flexibles, motilidad conferida por mecanismos de deslizamiento (Bacterias deslizantes) Las cuales incluyen las Cianobacterias y formas no fotosintéticas. Células flexibles, motilidad conferida por endoflagelos (espiroquetas). Incluyen los Treponema, Borrelia, Leptospira. Células rígidas, inmóviles o motilidad debida a flagelos Unicelulares Simples Parásitos intracelulares obligados. Rickettsia, Chlamydia. De vida libre Grampositivos. Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Bacillus. De vida libre Gramnegativos. Neisseria, Haemophylus, Brucella, Escherichia coli, Salmonella, Shiguella, Klebsiella, Pseudomona. Miceliales (Actinomicetos). Mycobacterium, Actinomyces, Nocardia, Streptomyces. Carentes de pared celular. Micoplasma. Criterios para la clasificación de bacterias Observación en el microscopio Forma celular Presencia o ausencia de estructuras especializadas Procedimientos de tinción Presencia de pigmentos característicos Producción de enzimas extracelulares Uso de anticuerpos específicos Pruebas rápidas como oxidasa o catalasa Pruebas bioquímicas para confirmar las funciones metabólicas Sistemas de identificación Claves: organizan las características bacterianas con ausencia (-) o presencia (+) Taxonomía numérica: semejanza global de cepas conocidas Manual de bacteriología sistemática de Bergey: con una lista de 2500 especies qué ha crecido hasta 30000 Principales categorías y grupos de bacterias usados como un esquema de identificación en el manual de bacteriología sistemática de Bergey Bacterias gramnegativas con paredes celulares G1 Espiroquetas G2 Aerobias/microaerofilas, helicoidales, mótiles/ bacterias vibroides gram negativas, campylobacter G3 Bacterias curvas no mótiles G4 Aerobios gramnegativos/ bacilos y cocos microaerófilos G5 Bacilos gramnegativos, aerobios facultativos G6 Bacilos gramnegativos, anaerobios, rectos, curvos y helicoidales G7 Bacterias desasimiladoras de sulfato o reductoras de azufre Principales categorías y grupos de bacterias usados como un esquema de identificación en el manual de bacteriología sistemática de Bergey G8 Cocos gramnegativos anaerobios G9 Rickettsias y clamidias G10 Bacterias fototróficas anoxigénicas G11 Bacterias fototrópicas oxigénicas G12 Bacterias quimiolitotróficas aerobias y microorganismos variados G13 Bacterias con gemación o apéndice G14 Bacterias con envolturas G15 Bacterias con deslizamiento no fotosintéticos, sin órgano fructífero G16 Bacterias deslizantes con órgano fructífero: mixobacterias Principales categorías y grupos de bacterias usados como un esquema de identificación en el manual de bacteriología sistemática de Bergey Bacterias grampositivas con paredes celulares G17 Cocos grampositivos G18 Bacilos y cocos grampositivos formadores de endosporas G19 Bacilos grampositivos no esporulados regulares G20 Bacilos grampositivos no esporulados irregulares G21 Micobacterias G22 a 29 Actinomicetos Principales categorías y grupos de bacterias usados como un esquema de identificación en el manual de bacteriología sistemática de Bergey Bacterias sin paredes celulares G30 Micoplasma Arqueobacterias G31 Metanógena G32 Reductores arcaicos de sulfato G33 Arqueobacterias extremadamente halofílicas G34 Arqueobacterias con menor pared celular G34 Metabolizadores de azufre extremadamente termófilos e hipertermófilos  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Procop, Gary W. Church, Deirdre L. Hall, Geraldine S. Janda, William M. Koneman, Elmer W. Schreckenberger, Paul C. Woods, Gail. L. (2017) Diagnóstico microbiológico, 7ma. Edición, 2017 WOLTERS KLUWER>616.075.KONE.02 Anoop Singh, Shaili Srivastava, Dheeraj Rathore, Deepak Pant. (2020) Environmental Microbiology and Biotechnology Springer Singapore >978-981-15-6021-7  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Base de datos: Science Direct, Web of Sciences y EBSCOhost.