Evolución bacteriana
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SESIN 14 Dominio bacteria (eubacteria)
Importancia de las bacterias
OBJETIVO DE LA SESIN
Describir las principales caractersticas de bacterias, del dominio archaea y de
organismos pluricelulares a travs del anlisis de su taxonoma importancia social,
econmica y biolgica, haciendo inferencia en Mxico como un pas diverso.
INTRODUCCIN
Las bacterias tienen una estructura menos compleja que la de las clulas de los
organismos superiores: son clulas procariotas (su ncleo est formado por un
nico cromosoma y carecen de membrana nuclear). Igualmente son muy
diferentes a los virus, que no pueden desarrollarse ms dentro de las clulas y que
slo contienen un cido nuclico.
Las bacterias juegan un papel fundamental en la naturaleza y en el hombre: la
presencia de una flora bacteriana normal es indispensable, aunque grmenes son
patgenos. Anlogamente tienen un papel importante en la industria y permiten
desarrollar importantes progresos en la investigacin, concretamente en fisiologa
celular y en gentica.
La clasificacin de las arqueas en especies tambin es controvertida. En biologa,
una especie es un grupo de organismos relacionados. Una definicin de especie
muy extendida entre los animales es un conjunto de organismos que pueden
reproducirse entre ellos y que estn reproductivamente aislados de otro grupos de
organismos (es decir, no pueden reproducirse con otras especies). Sin embargo,
los esfuerzos por clasificar los procariotas, como las arqueas, en especies se
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complican debido a que son asexuales y que presentan un alto nivel de
transferencia horizontal de genes entre linajes.
MAPA CONCEPTUAL
Situacin de las bacterias, arqueas y eucaryas en el rbol filogentico de Carl
Woese et al. basado en datos de secuencias genticas de ARNr 16S.
DESARROLLO
Dominio bacteria (eubacteria)
Las bacterias son seres generalmente unicelulares que pertenecen al grupo de los
protistas inferiores. Son clulas de tamao variable cuyo lmite inferior est en las
0,2 y el superior en las 50m; sus dimensiones medias oscilan entre 0,5 y 1 .
Las bacterias tienen una estructura menos compleja que la de las clulas de los
organismos superiores: son clulas procariotas (su ncleo est formado por un
nico cromosoma y carecen de membrana nuclear). Igualmente son muy
diferentes a los virus, que no pueden desarrollarse ms dentro de las clulas y que
slo contienen un cido nuclico. Las bacterias juegan un papel fundamental en la
naturaleza y en el hombre: la presencia de una flora bacteriana normal es
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indispensable, aunque grmenes son patgenos. Anlogamente tienen un papel
importante en la industria y permiten desarrollar importantes progresos en la
investigacin, concretamente en fisiologa celular y en gentica.
Las bacterias forman uno de los tres dominios en los que se dividen los seres
vivos. En los antiguos sistemas taxonmicos, las bacterias formaban un subreino
del reino Monera. El trmino bacteria tambin se emplea para denominar a todos
los organismos unicelulares sin ncleo diferenciado que constituyen el nivel de
organizacin procarionte. Los organismos procariontes se subdividen en
Eubacterias (dominio Bacteria) y Arque bacterias (dominio Archaea). Son los
organismos ms abundantes del planeta y su tamao ronda entre las 0.5 y 5 m
(micrones). Pueden ser de carcter patgeno o no. Generalmente poseen una
pared celular, similar a la de plantas u hongos, pero compuesta por
peptidoglicanos; muchos antibiticos son efectivos slo contra las bacterias ya que
inhiben la formacin de esta pared celular. Muchas de ellas tambin poseen cilios
o flagelos.
Estructura.
La cpsula no es constante. Es una capa gelatinomucosa de tamao y
composicin variables que juega un papel importante en las bacterias patgenas.
Los cilios, o flagelos, no existen ms que en ciertas especies. Filamentosos de
longitud variable, constituyen los rganos de locomocin. Segn las especies,
pueden estar implantados en uno o en los dos polos de la bacteria o en todo su
entorno. Constituyen el soporte de los antgenos "H". En algunos bacilos
gramnegativos se encuentran pili, que son apndices ms pequeos que los cilios
y que tienen un papel fundamental en gentica bacteriana.
La pared que poseen la mayora de las bacterias explica la constancia de su
forma. En efecto, es rgida, dctil y elstica. Su originalidad reside en la naturaleza
qumica del compuesto macromolecular que le confiere su rigidez. Este
compuesto, un mucopptido, est formado por cadenas de acetilglucosamina y de
cido murmico sobre las que se fijan tetrapptidos de composicin variable. Las
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cadenas estn unidas por puentes peptdicos. Adems, existen constituyentes
propios de las diferentes especies de la superficie.
La diferencia de composicin bioqumica de las paredes de dos grupos de
bacterias es responsable de su diferente comportamiento frente a un colorante
formado por violeta de genciana y una solucin yodurada (coloracin Gram). Se
distinguen las bacterias grampositivas (que tienen el Gram despus de lavarlas
con alcohol) y las gramnegativas (que pierden su coloracin).
Se conocen actualmente los mecanismos de la sntesis de la pared. Ciertos
antibiticos pueden bloquearla. La destruccin de la pared provoca una fragilidad
en la bacteria que toma una forma esfrica (protoplasto) y estalla en medio
hipertnico (solucin salina con una concentracin de 7 g. de NaCI por litro).
La membrana citoplasmtica, situada debajo de la pared, tiene permeabilidad
selectiva frente a las sustancias que entran y salen de la bacteria. Es soporte de
numerosas enzimas, en particular las respiratorias. Por ltimo, tiene un papel
fundamental en la divisin del ncleo bacteriano. Los mesosomas, repliegues de la
membrana, tienen una gran importancia en esta etapa de la vida bacteriana.
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Importancia de las bacterias
Existen bacterias en todos los sitios. Hemos visto el inters de su estudio para la
comprensin de la fisiolgica celular, de la sntesis de protenas y de la gentica.
Aunque las bacterias patgenas parecen ser las ms preocupantes, su
importancia en la naturaleza es ciertamente menor. El papel de las bacterias no
patgenas es fundamental. Intervienen en el ciclo del nitrgeno y del carbono, as
como en los metabolismos del azufre, del fsforo y del hierro. Las bacterias de los
suelos y del las aguas son indispensables para el equilibrio biolgico.
Por ltimo, las bacterias pueden ser utilizadas en las industrias alimenticias y
qumicas: intervienen en la sntesis de vitaminas y de antibiticos.
Las bacterias tienen, por lo tanto, un papel fundamental en los fenmenos de la
vida, y todas las reas de la biologa han podido ser mejor comprendidas gracias a
su estudio.
Bacterias perjudiciales.
Las enfermedades causadas por bacterias presentan una patogenicidad que
comienza por la multiplicacin bacteriana luego ocurre una reaccin orgnica y
casi simultneamente se desarrolla una virul ma caracterizada por la presencia
de toxinas bacterianas. Luego puede presentarse una bacteriemia o el pasaje de
los grmenes infecciosos a la sangre donde pueden presentarse metstasis e
incluso, una septicemia. Bacillus anthracis. Carbunclo bacteridia no. Vulgarmente
picada Afecta a herbvoros y a todos los animales de sangre caliente. Curso: 12
a 24 horas. Muerte: esplenomegalia, (bacera) hiperemia y distrofia heptica,
tbulo-nefritis, enteritis hemorrgica ulcerativa. Septicemia. Las bacterias pueden
afectar los canales que conducen el agua en las plantas y los matan por medio de
toxinas, a consecuencia de esto la planta se enferma y demuestra sntomas de
marchites "wilt" o tizn "blight". Si la bacteria mata las clulas foliares causa una
mancha foliar. Cuando las bacterias infectan los rizomas o races causan
pudriciones blandas de mal olor. Otros sntomas que se pueden observar son:
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reduccin en el crecimiento o enanismo de la planta, cambios en color de verde a
marrn o negro y distorsin de las hojas, tallos y flores.
Dominio archaea (arqueobacterias)
Poseen caracteres pertenecientes a los dominios Bacteria y Eukarya debido a que
filogenticamente ocupan una posicin intermedia. Pueden ser Gram positivas o
Gram negativas, tienen formas muy diversas: Esfrica, bacilar, espiral, lobulada,
laminada o pleomrficas; a veces forman filamentos o agregados.
La clasificacin de las arqueas, y los procariotas en general, es un tema
controvertido y en constante fluctuacin. Los sistemas actuales de clasificacin
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intentan organizar las arqueas en grupos que comparten rasgos estructurales y
antepasados comunes. Estas clasificaciones se basan especialmente en el uso de
secuencias de genes de ARN ribosmico para revelar las relaciones entre los
organismos (anlisis moleculares de ADN). La mayora de especies de arqueas
cultivables y bien investigadas son miembros de dos filos principales, los
Euryarchaeota y Crenarchaeota. Se han propuesto tentativamente otros grupos.
Por ejemplo, la peculiar especie Nanoarchaeum equitans, que fue descubierta en
2003, se le ha atribuido su propio filo, el de las Nanoarchaeota. Tambin se ha
propuesto el nuevo filo Korarchaeota, que contiene un nmero reducido de
inusuales especies termfilas que comparten rasgos de los dos filos principales,
pero que son ms cercanas a los Crenarchaeota. Otras especies de arqueas
recientemente descubiertas slo tienen una relacin distante con cualquiera de
estos grupos, como los Nanoorganismos arqueobacterianos acidfilos de
Richmond Mine (ARMAN), que fueron descubiertos en 2006.
Este tema es controvertido; por ejemplo, algunos datos sugieren que en arqueas
como Ferroplasma, se pueden agrupar clulas individuales en poblaciones de
genoma muy similar y que raramente transfieren genes a grupos ms divergentes
de clulas. Algunos argumentan que estos grupos de clulas son anlogos a
especies. Por otra parte, estudios de Halorubrum descubrieron un intercambio
gentico significativo entre estas poblaciones. Estos resultados han llevado a
pensar que clasificar estos grupos de organismos como especies tendra poco
sentido prctico.
Definidas (Woese y Fox en 1977) como un grupo de procariotas (metanobacterias)
que "parecen no estar ms relacionadas con las bacterias tpicas de lo que lo
estn con el citoplasma eucaritico". En base al 16S rRNA los autores
establecieron la existencia de Tres reinos primarios: eubacterias arqueobacterias y
eucariotas. Actualmente se consideran tres dominios: Bacteria, Archaea y
Eucarya.
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En base a sus caractersticas fisiolgicas y ecolgicas se subdividen en tres
grupos:- metangenas: ocupan ambientes anaerobios y su nico modo de obtener
E es mediante la formacin de CH4
- halfilas extremas: viven en ambientes hipersalinos
- termfilas S-dependientes: ocupan Hbitat extremadamente calientes y, en
ciertos casos, tambin muy cidos.
Pueden ser aerobias, anaerobias facultativas o anaerobias estrictas. Presentan
una gran diversidad nutricional, hay especies auttrofas quimiorganotrofas y
quimiolitotrofas, nnguna especie realiza fotosntesis, Algunas producen Metano
Contiene especies termfilas , hipertermfilas y psicrfilas, se encuentran en
hbitat marinos y terrestres, tambin en simbiosis con animales. Muchos de sus
componentes viven en ambientes extremos en cuanto a temperatura, salinidad o
pH se refiere, debido a adaptaciones estructurales, qumicas y metablicas.
TAXONOMA
:
Euryarchaeota , incluye:
metanobacterias o arqueas metanognicas
halobacterias o arqueas halfilas extremas
una parte de las termfilas sulfodependientes (Thermococcales)
Thermoplasma y Archaeglobus
Crenarchaeota
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resto de las termfilas sulfodependientes (Thermoproteales,
Desulfurococcales, Sulfolobales).
Korarchaeota (no aceptado an oficialmente)
Reproduccin
Las arqueas se reproducen asexualmente por fisin binaria o mltiple,
fragmentacin o gemacin. No se produce meiosis, de manera que si una especie
de arquea existe en ms de una forma, todas tienen el mismo nmero de
cromosomas (tienen el mismo cariotipo). La divisin celular est controlada como
parte de un complejo ciclo celular, donde el cromosoma se replica, las copias se
separan y luego la clula se divide. Los detalles del ciclo celular slo han sido
investigados en el gnero Sulfolobus, siendo similares a los de bacterias y
eucariontes: los cromosomas se replican desde mltiples puntos de partida (origen
de replicacin) usando ADN polimerasas que son similares a las enzimas
equivalentes eucariticas. Sin embargo, las protenas que dirigen la divisin
celular, como la protena FtsZ que forma un anillo contrctil alrededor de la clula,
parecen estar ms relacionadas con sus equivalentes bacterianos.
No se forman endosporas en ninguna especie de arquea, aunque algunas
especies de Halobacteria pueden alternar entre fenotipos y crecer como diferentes
tipos de clulas, incluidas estructuras de paredes gruesas que son resistentes al
choque osmtico y que les permiten sobrevivir a bajas concentraciones de sal. No
se trata de estructuras reproductivas, pero es posible que ayuden a estas especies
a dispersarse en nuevos hbitats
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Importancia de las arqueobacterias
Desde el punto de vista de la biotecnologa ambiental su inters es muy notable al
tratarse de los organismos clave implicados en los procesos de depuracin
anaerobia de aguas residuales y de biometanizacin.
Metanobacterias. Son las nicas de inters medioambiental. Hbitat: todos los
ambientes anaerobios donde la materia orgnica est sufriendo descomposicin
sedimentos acuticos tracto intestinal de insectos y mamferos
digestores/reactores de biomasa y aguas residuales.
La degradacin de la materia orgnica es iniciada por bacterias heterotrficas que
producen al final H2, CO2 y cidos grasos voltiles, substratos directos para la
formacin de CH4. Slo pueden generar ATP mediante la formacin de metano
(proceso poco eficiente):
H2+CO2_ CH4 metanognesis hidrogenotrfica
Acetato _ CH4
Las arqueas
metanognesis acetoclstica
extremfilas, en particular las resistentes a las altas temperaturas o a
los extremos de acidez y alcalinidad, son una importante fuente de enzimas que
puede funcionar bajo estas duras condiciones. Estas enzimas tienen una amplia
gama de usos. Por ejemplo, las ADN polimerasas termoestables, como la ADN
polimerasa Pfu de Pyrococcus furiosus, han revolucionado la biologa molecular, al
permitir el uso de la reaccin en cadena de la polimerasa como mtodo simple y
rpido para la clonacin del ADN. En la industria, las amilasas, galactosidasas y
pululanasas de otras especies de Pyrococcus realizan su funcin a ms de
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100 C, lo que permite la elaboracin de alimentos a altas temperaturas, tales
como leche baja en lactosa y suero de leche. Las enzimas de estas arqueas
termfilas tambin tienden a ser muy estables en solventes orgnicos, por lo que
pueden utilizarse en una amplia gama de procesos respetuosos con el medio
ambiente para la sntesis de compuestos orgnicos.
En contraste con la amplia gama de aplicaciones de las enzimas, la utilizacin en
biotecnologa de los organismos en s mismos es ms reducida. Sin embargo, las
arqueas metangeneas son una parte vital del tratamiento de aguas residuales,
realizando la digestin anaerbica de los residuos y produciendo biogs. Las
arqueas acidfilas son tambin prometedores en minera para la extraccin de
metales como oro, cobalto y cobre.
Una nueva clase de antibiticos potencialmente tiles se derivan de este grupo de
organismos. Ocho de esas sustancias ya han sido caracterizadas, pero podra
haber muchas ms, especialmente en Halobacteria. Estos compuestos son
importantes porque tienen una estructura diferente a la de los antibiticos
bacterianos, de manera que pueden tener un modo de accin diferente. Adems,
podran permitir la creacin de nuevos marcadores seleccionables para utilizarlos
en la biologa molecular arqueobacteriana. El descubrimiento de nuevas
sustancias depende de la recuperacin de estos organismos del medio ambiente y
de su cultivo.
RESUMEN
Las bacterias son seres generalmente unicelulares que pertenecen al grupo de los
protistas inferiores. Son clulas de tamao variable cuyo lmite inferior est en las
0,2 y el superior en las 50m; sus dimensiones medias oscilan entre 0,5 y 1, tienen una estructura menos compleja que la de las clulas de los organismos
superiores: son clulas procariotas, son muy diferentes a los virus, que no pueden
desarrollarse ms dentro de las clulas y que slo contienen un cido nuclico.
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Las bacterias forman uno de los tres dominios en los que se dividen los seres
vivos. Los organismos procariontes se subdividen en Eubacterias (dominio
Bacteria) y Arque bacterias (dominio Archaea).
En su estructura: La cpsula no es constante. Es una capa gelatinomucosa de
tamao y composicin variables que juega un papel importante en las bacterias
patgenas. Los cilios, o flagelos, no existen ms que en ciertas especies.
Filamentosos de longitud variable, constituyen los rganos de locomocin.
La pared que poseen la mayora de las bacterias explica la constancia de su
forma. En efecto, es rgida, dctil y elstica. La membrana citoplasmtica, situada
debajo de la pared, tiene permeabilidad selectiva frente a las sustancias que
entran y salen de la bacteria. Es soporte de numerosas enzimas, en particular las
respiratorias. Por ltimo, tiene un papel fundamental en la divisin del ncleo
bacteriano, los mesosomas, repliegues de la membrana, tienen una gran
importancia en esta etapa de la vida bacteriana.
Importancia de las bacterias. El papel de las bacterias no patgenas es
fundamental. Intervienen en el ciclo del nitrgeno y del carbono, as como en los
metabolismos del azufre, del fsforo y del hierro. Las bacterias de los suelos y del
las aguas son indispensables para el equilibrio biolgico. Por ltimo, las bacterias
pueden ser utilizadas en las industrias alimenticias y qumicas: intervienen en la
sntesis de vitaminas y de antibiticos. Las bacterias tienen, por lo tanto, un papel
fundamental en los fenmenos de la vida, y todas las reas de la biologa han
podido ser mejor comprendidas gracias a su estudio.
Dominio archaea (arqueobacterias)
Poseen caracteres pertenecientes a los dominios Bacteria y Eukarya debido a que
filogenticamente ocupan una posicin intermedia. Pueden ser Gram positivas o
-
Gram negativas, tienen formas muy diversas: Esfrica, bacilar, espiral, lobulada,
laminada o pleomrficas; a veces forman filamentos o agregados.
La clasificacin de las arqueas, y los procariotas en general, es un tema
controvertido y en constante fluctuacin. La clasificacin de las arqueas en
especies tambin es controvertida. En biologa, una especie es un grupo de
organismos relacionados. Una definicin de especie muy extendida entre los
animales es un conjunto de organismos que pueden reproducirse entre ellos y que
estn reproductivamente aislados de otro grupos de organismos (es decir, no
pueden reproducirse con otras especies).
En base a sus caractersticas fisiolgicas y ecolgicas se subdividen en tres
grupos:- metangenas: ocupan ambientes anaerobios y su nico modo de
obtener energa es mediante la formacin de CH4
- halfilas extremas: viven en ambientes hipersalinos
- termfilas S-dependientes: ocupan Hbitat extremadamente calientes y, en
ciertos casos, tambin muy cidos.
Pueden ser aerobias, anaerobias facultativas o anaerobias estrictas. Presentan
una gran diversidad nutricional, hay especies auttrofas quimiorganotrofas y
quimiolitotrofas, nnguna especie realiza fotosntesis, Algunas producen Metano
contiene especies termfilas , hipertermfilas y psicrfilas, se encuentran en
hbitat marinos y terrestres, tambin en simbiosis con animales.
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Reproduccin. Las arqueas se reproducen asexualmente por fisin binaria o mltiple, fragmentacin o gemacin. No se produce meiosis, de manera que
si una especie de arquea existe en ms de una forma, todas tienen el mismo nmero de cromosomas (tienen el mismo cariotipo). La divisin celular est controlada como parte de un complejo ciclo celular, donde el cromosoma se replica, las copias se separan y luego la clula se divide.
Importancia de las arqueobacterias. Tienen un papel fundamental en la naturaleza
y en el hombre: la presencia de una flora bacteriana normal es indispensable,
aunque grmenes son patgenos. Anlogamente tienen un papel importante en la
industria y permiten desarrollar importantes progresos en la investigacin,
concretamente en fisiologa celular y en gentica. Desde el punto de vista de la
biotecnologa ambiental su inters es muy notable al tratarse de los organismos
clave implicados en los procesos de depuracin anaerobia de aguas residuales y
de biometanizacin.
Las arqueas extremfilas, en particular las resistentes a las altas temperaturas o a
los extremos de acidez y alcalinidad, son una importante fuente de enzimas que
puede funcionar bajo estas duras condiciones. En la industria, las amilasas,
galactosidasas y pululanasas de otras especies de Pyrococcus realizan su funcin
a ms de 100 C, lo que permite la elaboracin de alimentos a altas temperaturas,
tales como leche baja en lactosa y suero de leche. Las enzimas de estas arqueas
termfilas tambin tienden a ser muy estables en solventes orgnicos, por lo que
pueden utilizarse en una amplia gama de procesos respetuosos con el medio
ambiente para la sntesis de compuestos orgnicos. Las arqueas acidfilas son
tambin prometedores en minera para la extraccin de metales como oro, cobalto
y cobre.
Una nueva clase de antibiticos potencialmente tiles se derivan de este grupo de
organismos. Ocho de esas sustancias ya han sido caracterizadas, pero podra
haber muchas ms, especialmente en Halobacteria. Estos compuestos son
-
importantes porque tienen una estructura diferente a la de los antibiticos
bacterianos, de manera que pueden tener un modo de accin diferente. Adems,
podran permitir la creacin de nuevos marcadores seleccionables para utilizarlos
en la biologa molecular arqueobacteriana. El descubrimiento de nuevas
sustancias depende de la recuperacin de estos organismos del medio ambiente y
de su cultivo.
ACTIVIDADES
Elaborar un cuadro sinptico con las caractersticas del dominio arqueobacteria.
BIBLIOGRAFIA
Gama, F. Ma de A. (2004). Biologa , Biogensis y microorganismos. Edit.
Pearson, Prentice Hall. 2da Reimpresin. Mxico.
Curtis, H., Barnes, N. S. (2001) Invitacin a la Biologa. 5 Reimpresin. Edit.
Mdica Panamericana. Espaa.
http://www.cbm.uam.es/jlsanz/docencia/teoria.html
http://www.unad.edu.co/fac_ingenieria/pages/Microbiologia_mutimedia/2_2_2euba
cterias.htm#caracteubact
http://www.bio-nica.info/biblioteca/Bacterias.pdf
http://www.filogeniabacteriana.com/index.php?option=com_content&view=article&i
d=255&Itemid=269
ReproduccinReproduccin. Las arqueas se reproducen asexualmente por fisin binaria o mltiple, fragmentacin o gemacin. No se produce meiosis, de manera que si una especie de arquea existe en ms de una forma, todas tienen el mismo nmero de cromosomas (tienen ...