UT 1 Microbiologia General 2007-08

Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 1

TEMA 1: MICROBIOLOGIA DE LOS ALIMENTOS

INTRODUCCIN CONCEPTOS

Microbiologa.- Es el estudio de los microorganismos, de su biologa, su ecologa y sus

aplicaciones.

a) Microorganismo.- Es cualquier organismo vivo que no sea visible a simple vista.

Aunque algunos organismos macroscpicos, como los hongos tienen una estructura

similar a la de otros individuos microscpicos y por ello se estudian, para ciertos

aspectos, dentro de la microbiologa.

Por otra parte, organismos pluricelulares pueden ser de tamao tan pequeo que entren

dentro de la definicin anterior sin dejar por ello de ser estructuralmente tan complejos

como cualquier animal superior (ciertos parsitos).

b) Dentro de la biologa de los microorganismos que estudiaremos haremos especial hincapi

en tres aspectos: su estructura, su metabolismo y su gentica.

La estructura de los microorganismos condiciona de forma muy importante su

metabolismo.

El metabolismo es el conjunto de reacciones de utilizacin de los alimentos y de

produccin de energa que permiten a los microorganismos crecer, multiplicarse y,

como consecuencia, alterar el ambiente en el que se encuentran.

La gentica nos permitir conocer el proceso por el cual la informacin gentica

permite el desarrollo de un microorganismo con una morfologa y un metabolismo

determinado.

c) Ecologa microbiana.- se centra en estudiar cmo se relaciona un microorganismo con el

ambiente que le rodea, utilizando los nutrientes que encuentra y produciendo desechos que

alteran de forma substancial dicho ambiente. Esta alteracin del ambiente puede tener

valoraciones diferentes desde el punto de vista humano: por un lado, la alteracin producida por

ciertos grupos bacterianos o fngicos son de inters en la produccin de alimentos; mientras que

las producidas por otros grupos dan lugar a alteraciones que hacen los alimentos inaceptables

para el consumo humano o animal.

Ambos tipos de alteraciones, en cualquier caso, slo tienen una valoracin desde el

punto de vista de la utilizacin de los productos alimentarios sin que se diferencien desde el

punto de vista ecolgico.

Interacciones entre microorganismos

Un aspecto adicional a considerar en la ecologa microbiana es el referente a los tipos de

interaccin que pueden establecer los microorganismos entre s y con los seres humanos.


Los microorganismos estn presentes en todas las superficies exteriores de los

utensilios, en el aire, en el agua, en los alimentos y en las cavidades internas del cuerpo que

tienen conexin con el exterior (tracto respiratorio y tracto digestivo). En condiciones normales,

los rganos y cavidades internas carecen de microorganismos son estriles (estril significa libre

de microorganismos). De la misma manera, el interior de los msculos o de cualquier tejido

slido est estril.

Los microorganismos no se encuentran aislados, sino que su nmero suele ser muy

elevado por unidad de volumen o por unidad de superficie. Por consiguiente, all donde se

encuentran son muy abundantes. Adems suelen formar agrupaciones de varios

microorganismos que interaccionan entre s: unos pueden usar como alimento los productos

residuales de otros, o pueden ser atacados por los vecinos que compiten por el mismo alimento.

Estas interacciones dan lugar a sucesiones de microorganismos: la microflora de una superficie,

de un alimento o del interior de una cavidad abierta del cuerpo puede variar con el tiempo.

Microorganismos como agentes geoqumicos

Desde la poca de los estudios de Winogradsky se sabe que los microorganismos

realizan unas funciones geoqumicas de gran importancia. Citaremos nicamente dos ejemplos:

microorganismos del gnero Rhizobium son capaces de, a partir del nitrgeno atmosfrico

inutilizable por plantas o animales, producir nitrgeno en su forma biolgicamente utilizable

para la formacin de materia orgnica. El segundo ejemplo se remonta a eras geolgicas

anteriores en las que la atmsfera del planeta era fuertemente reductora; la accin de bacterias

fotosintticas gener niveles de oxgeno suficientes para que la atmsfera pasara a ser oxidante

y permitiera el desarrollo de los organismos aerbicos que conocemos.

d) Aplicaciones.- La importancia de los microorganismos en los alimentos es ms evidente.

d.1. La produccin de alimentos por tcnicas microbiolgicas es una actividad de larga historia:

los microorganismos alteran los constituyentes de los alimentos de forma que los estabilizan

permitiendo su mayor duracin y, adems, proporcionan compuestos que confieren sabores

caractersticos a los alimentos por ellos producidos. (alimentos fermentados)

d.2. Esta faceta se complementa con la accin de microorganismos alterantes de los alimentos y

responsables de su deterioro de forma que se hagan inaceptables por los consumidores.

(alimentos alterados)

d.3. Desde el punto de vista sanitario, los alimentos pueden ser vehculos de infecciones

(ingestin de microorganismos patgenos) o de intoxicaciones (ingestin de toxinas producidas

por microorganismos) graves. En este sentido se han desarrollaron las tcnicas de control

microbiolgico de alimentos. (alimentos patgenos)

d.4. Los microorganismos en biotecnologa.- En los ltimos aos se ha incrementado la

utilizacin de microorganismos en aplicaciones biotecnolgicas; esto es, en la utilizacin de


nuestros conocimientos sobre la biologa molecular y la gentica de los microorganismos para

poder dirigir en ellos la produccin de compuestos de inters (frmacos, anticuerpos) y para el

desarrollo de tcnicas bioqumicas de diagnstico molecular, por ejemplo. (alimentos

funcionales)

Patogenicidad.- Se produce cuando el microorganismo es capaz de multiplicarse en el

organismo del consumidor dando lugar a diferentes procesos patolgicos (enfermedades

parasitarias e infecciones alimentarias) o como consecuencia de la produccin por el

microorganismo de productos txicos que alteren las funciones vitales del consumidor

(intoxicaciones alimentarias). Dada la importancia de estas patologas, el control microbiolgico

de los alimentos se encamina principalmente a la deteccin de microorganismos patgenos con

objeto de prevenir estas patologas.

Esterilidad.- se considera a la ausencia total de microorganismos vivos. Un microorganismo

est vivo desde el punto de vista microbiolgico cuando es capaz de multiplicarse, por

consiguiente, un microorganismo muere cuando pierde de forma irreversible la capacidad de

reproducirse.

En el campo de la microbiologa de alimentos, la esterilidad permite aumentar de forma

tericamente indefinida la vida de cualquier alimento manufacturado. Sin embargo, una

esterilidad completa es imposible porque la cantidad de microorganismos es demasiado alta

como para que un tratamiento que no altere el alimento de forma que lo haga rechazable pueda

destruirlos a todos. Esta es la razn por la que, en ltima instancia, se debe contar con la

presencia permanente de microorganismos en todos los alimentos.

Asepsia.- Se considera la ausencia de microorganismos potencialmente patgenos. La asepsia s

es posible incluso en situaciones en las que la esterilidad no lo es porque los microorganismos

patgenos son slo una subpoblacin de los totales.

HISTORIA DE LA MICROBIOLOGA

La historia de la microbiologa y de sus aplicaciones ha discurrido, durante muchos

aos, paralelamente a la controversia existente sobre la generacin espontnea de seres vivos.

La cronologa del desarrollo de la microbiologa puede resumirse en el siguiente esquema:


1546: Girolamo Frascatoro estudia enfermedades contagiosas y propone una teora sobre su

origen.

1677-1684: Antony van Leeuwenhoek describe las primeras observaciones realizadas con

microscopios caseros de los microorganismos (llamados entonces animculos) presentes en

agua de lluvia, fuentes, mar y nieve as como de muestras tomadas de materia interdental.

1789: Edward Jenner estudia la resistencia a la viruela que presentaban ciertos grupos de

poblacin y comienza el desarrollo de tcnicas de vacunacin.

1837: Lzaro Spallanzani comprob que el tratamiento trmico repetido permita evitar el

crecimiento de microorganismos en infusiones. Supone un primer desarrollo de mtodos de

esterilizacin de lquidos.

1837: Theodore Schwann realiza los primeros experimentos relacionados con la fermentacin y

la putrefaccin originados por microorganismos.

18--: Franois Appert desarrolla el mtodo de esterilizacin de alimentos envasados conocido

como appertizacin.

1838: Charles Cagniard-Latour, memoria sobre la fermentacin alcohlica.

1857-1861: Louis Pasteur realiza una serie de experimentos que demuestran el origen microbio

de procesos de fermentacin lctica, alcohlica, existencia de microorganismos anaerobios y

demuestra que slo puede producirse crecimiento microbio a partir de microorganismos

preexistentes.

1867: Joseph Lister desarrolla el principio de la asepsia en la prctica quirrgica.

1877: John Tyndall. Desarrolla un mtodo que permite la esterilizacin de lquidos que

contienen esporas de bacilos.

1880-1881: Louis Pasteur desarrolla vacunas frente a varias enfermedades vricas.

1876-1884: Robert Koch realiza varios estudios sobre los agentes causantes de diversas

enfermedades infecciosas.

1884: Christian Gram desarrolla su mtodo de tincin de bacterias.

1888: Maximus. V. Beijerinck descubre las bacterias que nodulan las leguminosas

1889: S. Winogradsky realiza los primeros estudios sobre los efectos geoqumicos producidos

por bacterias.

1898: Friedrich Loeffler y F. Frosch describen el agente causante de la glosopeda (fiebre

aftosa): aislamiento de virus animales

1899: M.V.Beijerinck aisl el primer virus vegetal (Mosaico del tabaco).

1908: Paul Erlich desarrolla los primeros mtodos quimioterpicos.

1917: F. d'Herelle descubre el primer virus bacteriano (bacteriofago).

1929: Alexander Fleming descubre la penicilina


GENERALIDADES SOBRE LA MICROBIOLOGA DE LOS ALIMENTOS

Se pueden distinguir tres aspectos diferentes en la Microbiologa de alimentos: los

microorganismos como productores de alimentos, como alterante de alimentos o como

patgenos humanos.

1) Los microorganismos como productores de alimentos

Desde los tiempos histricos ms remotos se han utilizado microorganismos para

producir alimentos. Los procesos microbianos dan lugar a alteraciones en los mismos que les

confieren ms resistencia al deterioro o unas caractersticas organolpticas (sabor, textura, etc.)

ms deseables.

La mayora de los procesos de fabricacin de alimentos en los que intervienen

microorganismos se basan en la produccin de procesos fermentativos de los materiales de

partida. Esta fermentacin suele ser llevada a cabo por bacterias del grupo lctico. Como

consecuencia de ella, se produce un descenso del pH, lo que reduce la capacidad de

supervivencia de especies bacterianas indeseables (principalmente bacterias entricas), se

acumulan en el alimento cidos orgnicos de cadena corta que, adems de su efecto

antibacteriano, le confieren caractersticas de sabor agradable, y, en ciertos casos, se acumulan

compuestos antibacterianos que reducen la carga microbiana del alimento incrementando su

vida media o impiden la germinacin de esporas de bacterias causantes de intoxicaciones

alimentarias (por ejemplo: la nisina, bacteriocina producida por ciertas bacterias lcticas, es

capaz de inhibir la germinacin de esporas de Clostridium botulinum reduciendo el riesgo de

intoxicacin por la toxina de esta bacteria).

Los alimentos fermentados comprenden productos lcteos, crnicos, vegetales

fermentados, pan y similares y productos alcohlicos.

2) Los microorganismos como agentes de deterioro de alimentos

Se considera alimento deteriorado aquel daado por agentes microbianos, qumicos o

fsicos de forma que es inaceptable para el consumo humano. El deterioro de alimentos es una

causa de prdidas econmicas muy importante: aproximadamente el 20% de las frutas y

verduras recolectadas se pierden por deterioro microbiano producido por alguna de las 250

enfermedades de mercado.

Los agentes causantes de deterioro pueden ser bacterias, mohos y levaduras; siendo

bacterias y mohos lo ms importantes. De todos los microorganismos presentes en un alimento

slo algunos son capaces de multiplicarse activamente sobre el alimento, por lo que resultan

seleccionados con el tiempo de forma que la poblacin heterognea inicial presente en el

alimento va quedando reducida a poblaciones ms homogneas. Finalmente un slo tipo de

microorganismos consigue colonizar todo el alimento desplazando a los dems, por


consiguiente, durante el proceso de deterioro se va seleccionando una poblacin o tipo de

microorganismos predominante, de forma que la variedad inicial indica poco deterioro y refleja

las poblaciones iniciales.

Existen una serie de factores que dirigen esta seleccin y determinan lo que se

denomina resistencia a la colonizacin de un alimento. Estos factores son:

Factores intrnsecos :

Constituyen los derivados de la composicin del alimento: actividad de agua (aw), pH,

potencial redox, nutrientes, estructura del alimento, agentes antimicrobianos presentes,

etc.

Tratamientos tecnolgicos:

Factores que modifican flora inicial como consecuencia del procesado del alimento.

Factores extrnsecos

Derivados de la condiciones fsicas del ambiente en el que se almacena el alimento.

Factores implcitos

Comprenden las relaciones entre los microorganismos establecidas como consecuencia

de los tres factores previos.

Cada tipo de alimento se deteriora por accin de un tipo de microorganismo concreto

establecindose una asociacin especfica entre el microorganismo alterante y el producto

alterado: as, por ejemplo, las carnes son los alimentos ms fcilmente deteriorables debido a las

favorables condiciones para el crecimiento de microorganismos derivadas de los factores

anteriores.

3) Los microorganismos como agentes patgenos transmitidos por alimentos

Por otra parte, ciertos microorganismos patgenos son potencialmente transmisibles a

travs de los alimentos. En estos casos, las patologas que se producen suelen ser de carcter

gastrointestinal, aunque pueden dar lugar a cuadros ms extendidos en el organismo.

Las patologas asociadas a transmisin alimentaria pueden ser de dos tipos:

infecciones alimentarias producidas por la ingestin de microorganismos o

intoxicaciones alimentarias producidas como consecuencia de la ingestin de

toxinas bacterianas producidas por microorganismos presentes en los alimentos.

En ciertos casos, pueden producirse alergias alimentarias causadas por la

presencia de microorganismos o sus metabolitos.

En cualquier caso, para que se produzca una toxiinfeccin es necesario que el

microorganismo haya producido:

a) Suficiente nmero para colonizar el alimento.

b) Suficiente nmero para colonizar el intestino.

c) Cantidades de toxina significativas.


Los tipos de microorganismos patgenos con importancia alimentaria comprenden

bacterias, hongos, protozoos y virus.

Para que una bacteria pueda causar una infeccin, adems de las condiciones anteriores

es necesario que el microorganismo presente un rango de temperaturas de crecimiento

compatible con la temperatura corporal de los organismos superiores (40C). Esto es la causa de

que patgenos vegetales no sean patgenos animales y que la mayora de psicrfilos y

psicrtrofos no sean de gran relevancia en patologa.

Por su parte, un virus ser patgeno nicamente en el caso de que las clulas animales

presenten los receptores necesarios para que el virus pueda adsorberse a ellas. Esta es la razn

por la que hay especificidad de reino entre virus animales, vegetales y bacterianos sin

infecciones cruzadas entre reinos.

La procedencia del microorganismo patgeno puede ser de dos tipos: microorganismos

endgenos presentes en el interior del alimento, y microorganismos exgenos depositados en

la superficie del alimento. Los primeros suelen estar asociados a alimentos animales ya que los

patgenos de animales pueden serlo de humanos, mientras que los patgenos vegetales no

pueden serlo debido a las diferencias entre ambos tipos de microorganismos.

Todo lo anterior obliga a la regulacin legal de las caractersticas microbiolgicas de

cada alimento, lo que comprende la definicin de cada producto alimentario y las regulaciones

sobre la tolerancia del nmero de microorganismos permisibles (valores de referencia).

GRUPOS DE ORGANISMOS ESTUDIADOS POR LA MICROBIOLOGA

Los microorganismos de los que hablaremos durante este curso estn relacionados con

la produccin de alimentos y con su alteracin posterior, as como aquellos productores de

enfermedades transmitidas a travs de los alimentos. Los grupos de microorganismos ms

importantes en la microbiologa de alimentos son los siguientes:

1. Organismos Eucariticos.- Son aquellos en cuyas clulas puede diferenciarse un ncleo

que contiene el material gentico separado de un citoplasma en el que se encuentran

diferentes orgnulos celulares.

Los microorganismos eucariticos ms relevantes en microbiologa de alimentos incluyen:

Los parsitos; ciertos animales de pequeo tamao productores de enfermedades

parasitarias transmitidas por los alimentos (nemtodos, protozoos)

los hongos unicelulares (levaduras) o pluricelulares (mohos).

2. Organismos Procariticos.- Son microorganismos en los que no existe la separacin entre

ncleo y citoplasma. Dentro de este grupo se incluyen las bacterias, las cuales las

podremos encontrar involucradas en la produccin de alimentos (bacterias lcticas), en su

alteracin (bacterias entricas) o en la produccin de infecciones (Salmonella) o

intoxicaciones (Clostridium) alimentarias.


3. Virus.- Son partculas inanimadas de material gentico protegido por capas ms o menos

complejas de protenas y lpidos. Carecen de actividad metablica y, por consiguiente, no

tienen actividad ninguna relacionada con la produccin de alimentos. Sin embargo, pueden

estar relacionados con la produccin de patologas transmitidas a travs de productos

alimentarios (virus de la hepatitis A, por ejemplo).

CLULAS PROCARIOTAS

Procariota (del latn pro = antes, del griego karyon = ncleo,

nuez): Tipo de clula que carece de ncleo rodeado por

membrana, posee un solo cromosoma circular y ribosomas que

sedimentan a 70 S (los de los eucariotas lo hacen a 80S).

Carecen de organelas rodeadas por membranas. Se consideran

las primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias

que indican que ya existan hace unos 3.500.000.000 aos. Dentro de las procariotas estudiaremos las bacterias:

Bacterias (del griego bakterion = bastn) son organismos

unicelulares que se reproducen por fisin binaria. Su tamao es

del orden de los micrones.

Las Bacterias se encuentran prcticamente en todos lo ambientes de la Tierra, desde las

profundas fosas ocenicas o el interior de rocas slidas hasta las camisas refrigerantes de los

reactores nucleares, ni que decir del resto de los hbitats. La mayora de ellas son capaces de

una existencia independiente pero existen especies que son organismos intracelulares obligados.

Los organismos de este grupo no poseen organelas rodeadas por membranas (como las

formas superiores de vida) y se conocen como procariotas.

Procesos bioqumicos que en eucariotas ocurren normalmente en los cloroplastos o

mitocondrias, tienen lugar en la membrana citoplasmtica.

El cromosoma bacteriano esta constituido por ADN circular que se ubica en la regin

denominada nucleoide

Distribuidos en el citoplasma bacteriano se encuentran pequeos lazos de ADN conocidos

como plsmidos.

Su pequeo tamao, velocidad de reproduccin (Escherichia coli se reproduce por fisin

binaria cada 15 o 20 minutos), y la "ocupacin" de diversos hbitats y modos de existencia

hacen de las bacterias la forma de vida ms abundante y diversificada sobre la Tierra.


Obtenida de: http://129.109.136.65/microbook/ch002.htm

El mtodo usual de divisin en procariotas es la fisin binaria. Tras el alargamiento de

la clula construyen de afuera hacia dentro paredes transversales que van progresando, y las

clulas hijas se separan. Sin embargo muchas de ellas en determinadas condiciones, permanecen

unidas durante un cierto tiempo, dando origen a agrupaciones caractersticas. Segn el plano y

nmero de divisiones pueden encontrarse en bacterias esfricas:

- diplococos

- estreptococos

- estafilococos

- sarcinas


Diferencias entre clulas Procariotas y Eucariotas

Estructura/Proceso en Eucariotas en Procariotas

Membrana nuclear Presente Ausente

ADN Combinado con protenas (histonas) Desnudo y circular

Cromosomas Mltiples nico

Divisin celular Mitosis o Meiosis Fisin binaria

Mitocondria Presentes (ribosomas 70s)

Cloroplasto Presentes en clulas vegetales

(ribosomas 70s)

Ausente. Los procesos bioqumicos

equivalentes tienen lugar en la membrana

citoplasmtica.

Ribosomas 80S(a 60S y 40S sus subunidades) 70S(a 50S y 30S sus subunidades)

Pared celular Presente en vegetales constituida por

celulosa

Presente constituida por murena

Nuclolos Presentes Ausentes

Retculo endoplsmico Presente Ausente

rganos de locomocin Cilios y flagelos que al corte

transversal presentan una distribucin

caracterstica de microtbulos: 9+ 2

Flagelos sin estructura 9+2

La definicin moderna de especie puede ser aplicada a la

mayora de los eucariotas, incluyendo hongos, algas y

protozoos, pero no es aplicable a los procariotas, ya que la

reproduccin y el intercambio gentico no son esenciales

en su ciclo de vida.

Dado que los microbilogos necesitan identificar y

clasificar las bacterias por diferentes razones prcticas, una

especie puede definirse como una coleccin de cepas

similares, que difieren lo suficiente de otros grupos de

cepas para asegurar su reconocimiento como unidad

taxonmica bsica. Para ser exactos, una especie

procariota podra definirse de manera precisa a partir de

sus secuencia de ARNr. A pesar de no estar completamente aceptado, se ha propuesto que dos

procariotas cuyo ARNr 16S tenga un 97% o mas de secuencias idnticas es muy probable que

pertenezcan a la misma especie.

Lo usual es que se defina una especie a partir de la caracterizacin de varias cepas o clones.

Siendo CLON una poblacin de clulas genticamente idnticas derivadas de una sola clula.


ESTRUCTURA BACTERIANA

1. Membrana plasmtica bacteriana

La estructura de la membrana bacteriana es similar a la de plantas y animales, es por

ello que se habla para ellas de una "membrana elemental". Esta compuesta primariamente de

protenas y fosfolpidos (cerca de 3:1). Realiza numerosas funciones que incluyen las de

transporte, biosntesis y transduccin de energa.

Caractersticas:

1. es la barrera osmtica de la clula

2. es sede de los sistemas de transporte activo y de las permeasas especficas

3. en la membrana (o junto a ella) se encuentran las enzimas y componentes del transporte de

electrones y fosforilacin oxidativa (recordemos que en eucariotas las mismas estn en las

mitocondrias)

4. all se realiza la sntesis de componentes de la pared celular y de las cpsulas

5. lugar de excrecin de exoenzimas

6. sede del centro de replicacin del ADN

7. punto de anclaje de los flagelos

2. Citoplasma Bacteriano: PROTOPLASMA

Est limitado por la membrana citoplasmtica, y en l se encuentran las inclusiones

celulares. Est atravesado por numerosas membranas que lo compartimentalizan, si bien esta

compartimentalizacin no es tan desarrollada como en eucariotas.

Si se homogeneizan clulas bacterianas y luego se las centrifuga a 100.000 gray se

separa en el fondo del tubo una fraccin "particulada" que contiene los ribosomas y las

membranas con los cidos nucleicos (ADN), y una fraccin "soluble" que contiene protenas, y

los cidos ribonucleicos solubles ( tARN y mARN).

3. Membranas intracitoplasmticas

En muchas bacterias la membrana rodea al citoplasma sin pliegues ni invaginaciones, en

otras est invaginada y atraviesa el citoplasma (bacterias fototrofas como Chromatium o

Rhodospirillum). El crecimiento e invaginacin de la membrana citoplasmtica rellena la luz de

las bacterias fotosintetizadoras originando tubos y vesculas.


4. Los ribosomas

Los ribosomas son las estructuras celulares donde se sintetizan las protenas y se

encuentran en el citoplasma bacteriano. Los 20,000 ribosomas de una clula bacteriana

constituyen cerca de una cuarte parte de todo su volumen. Los ribosomas no disociados tienen

una velocidad de sedimentacin en una ultra centrfuga de 70 S. Los ribosomas pueden

disociarse en una subunidad grande (50S) y una subunidad pequea (30s) que unidas forman el

ribosoma 70 S.

Debe destacarse que los ribosomas de las organelas eucariotas (mitocondrias y

cloroplastos) tienen 70 S, es decir son similares a los de los procariotas. Sin embargo, los

ribosomas citoplasmticos de los eucariotas tienen una velocidad de sedimentacin mayor: 80 S.

La hiptesis endosimbitica del origen eucariota

Posiblemente la simbiosis bacteriana con un eucariota primitivo fue la principal etapa en

la evolucin de la clula eucariota. En 1980, Lynn Margulis propuso la teora de la

endosimbiosis para explicar el origen de la mitocondria y los cloroplastos. De acuerdo a esta

idea un procariota grande o quizs un primitivo eucariota fagocit o rodeo a un pequeo

procariota hace unos 1500 a 700 millones de aos.

En vez de digerir al pequeo organismo, el grande y el pequeo entraron en un tipo de

simbiosis conocida como mutualismo, en el cual ambos se benefician y ninguno es daando.

El organismo grande gana un excedente de ATP (molcula de energa) provisto por la

"protomitocondria" o un excedente de azcar provisto por el "protocloroplasto", y provey al

recin llegado de un medio ambiente estable y de material nutritivo para el endosimbionte.

Con el tiempo esta unin se convirti en algo tan estrecho (la funcin regeneradora de

ATP se deleg a los orgnulos celulares) que las clulas eucariotas heterotrficas no pueden

sobrevivir sin mitocondrias, ni los eucariotas fotosintticos sin cloroplastos (la membrana que

rodea al protoplasto del eucariota no dispone de los componentes de la cadena de transporte de

electrones), y el endosimbiota no puede sobrevivir fuera de la clula husped.

La divisin de mitocondrias y cloroplastos es muy similar a la de los procariotas. Sin

embargo los orgnulos celulares, tal lo sealado, no son independientes a pesar de contener su

propia molcula de ADN. Una parte de la informacin necesaria para la sntesis de sus protenas

se encuentra en el ncleo del eucariota.


Resumiendo, segn la hiptesis endosimbitica las mitocondrias proceden de bacterias

aerbicas incoloras y los cloroplastos de cianobacterias, que entraron en una relacin

endosimbitica con una clula eucariota primitiva.

5. El "ncleo" bacteriano: NUCLEOIDE

Las clulas procariotas y eucariotas se distinguieron desde el principio sobre la siguiente

base estructural: la estructura equivalente al ncleo eucariota (esa compleja estructura rodeada

por membranas) no se observaba en procariotas.

El tamao de las bacterias dificult los estudios acerca del "ncleo" bacteriano, sin

embargo en el curso de las investigaciones destinadas a su esclarecimiento la utilizacin de los

mtodos citoqumicos y la microscopa electrnica demostraron su existencia. El gran poder de

resolucin del microscopio electrnico no solo amplia la tpica forma bacteriana, sino que revela

claramente la organizacin procariota.

Hoy se conoce que al igual que del resto de seres vivos poseen ADN, y que el mismo no

se haya distribuido al azar en el citoplasma, sino en una zona particular denominada regin

nuclear o nucleoide sin estar separado por una unidad de membrana.

Cromosoma bacteriano

El ADN es el material "nuclear" de las bacterias, se presenta como una doble cadena (de

cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada de manera covalente, que toma el nombre de

cromosoma bacteriano. Esta "gigantesca" molcula circular tiene un peso de 3 X 109d (daltons).

Por lo tanto, el nucleoide es una estructura que contiene un solo cromosoma. No posee las

histonas del cromosoma eucariota, pero se ha comprobado la existencia de protenas y

poliaminas de bajo peso molecular y de iones magnesio que cumpliran su funcin.

Desde ya, la sola mencin de la longitud del cromosoma bacteriano del orden del

milmetro hace necesaria una explicacin que concilie con el tamao de la bacteria que est en

el orden de micrones (1 m = 0,001 mm), la microscopa electrnica muestra un cromosoma

bacteriano altamente condensado y ordenado ("supercoiled" o superenrrollado), y que se

encuentra anclado parcialmente a la membrana bacteriana. Este ADN superenrrollado adopta

una forma mucho ms compacta que el circular.

En la clula eucariota el enrollamiento se hace sobre las histonas en los nucleosomas,

pero en las procariotas, existe una enzima: la ADN girasa que provoca enrollamientos negativos

(la torsin se hace de manera contraria a la direccin de la doble hlice, o sea hacia la

izquierda). De la misma forma que la ADN girasa superenrrolla el cromosoma para confinarlo

dentro de la clula, otra enzima, la Topoisomerasa I es capaz de desenrollar y relajarlo para

permitir la replicacin.


Plsmidos

Son elementos genticos accesorios extracromosmicos, pequeos fragmentos

circulares de ADN, que estn presentes prcticamente en todas las clulas bacterianas.

Contienen de 2 a 30 genes. Algunos tienen la capacidad para incorporarse o salir del cromosoma

bacteriano. Los plsmidos se replican en manera similar al cromosoma bacteriano.

En Escherichia coli se han reconocido muchos plsmidos, entre ellos el F ("factor

sexual") y el R (resistencia a los antibiticos):

El plsmido F contiene 25 genes, algunos de los cuales controlan la produccin de los

pili, "tubos" que se extienden desde la superficie de las clulas bacterianas

"machos"(F+), a la de las clulas bacterianas hembras (F-).

La resistencia a los antibiticos ha sido encontrada en grmenes patgenos causantes

de enfermedades tales como: tifoidea, meningitis, gonorrea y otras. Actan

proporcionando la informacin necesaria para destruir el antibitico o para circunvalar

el bloqueo que produce el antibitico en la va metablica bacteriana. El plsmido R

confiere, a las clulas que lo poseen, resistencia a los antibiticos o drogas. Un

plsmido R puede llegar a tener hasta 10 genes que confieren resistencia.

Los plsmidos R pueden transferirse a otra bacteria de la misma especie, a virus e

inclusive, a bacterias de diferentes especies.

APNDICES SUPERFICIALES

En ciertas bacterias se pueden reconocer dos tipos de apndices superficiales:

los flagelos que son rganos de locomocin. Se observan tanto en bacterias Gram positivas

como Gram negativas, generalmente en bacilos y raramente en cocos

los pili (Latn: cabellos), conocidos tambin como fimbriae (Latn: flecos). Se observan

prcticamente slo en bacterias Gram negativas y tan slo escasos organismos Gram-

positivos los poseen.

6. Flagelos

Estructura

La mayora de las bacterias tienen como mecanismo de movimiento los flagelos, (que

difieren estructuralmente de los flagelos eucariotas). Segn el tipo de bacteria, los filamentos

toman diferentes grosores y longitudes. El flagelo se mueve por rotacin a lo largo de su eje

axial.

Los flagelos pueden eliminarse de la superficie celular sin afectarse la viabilidad de la

bacteria, solo se vuelve temporalmente inmvil pero luego de un tiempo sintetiza nuevos

flagelos.


Distribucin de los flagelos

La distribucin de los flagelos es tpica de las

eubacterias mviles y tiene valor taxonmico. En un

bacilo el o los flagelos se pueden insertar:

- en uno de los polos (monopolar o monotrica),

- en ambos (bipolar o anfitrica) lateralmente,

- o en todo el contorno (peritrica).

Funcin

Actan a la manera de la hlice de un barco impulsando a la bacteria a travs del medio.

La capacidad de las bacterias de nadar por la accin de los flagelos provee el mecanismo para

realizar movimientos dirigidos denominados taxias (movimientos en respuesta a atracciones o

repulsas respecto a factores ambientales).

La respuesta a los estmulos involucra a un sofisticado sistema sensorial que incluye

receptores localizados en la superficie celular y la transmisin de la informacin a protenas que

controlan el motor flagelar.

Las taxias de acuerdo al factor determinante de la misma se clasifican en:

quimiotaxia, cuando reaccionan a estmulos qumicos y se dirigen al lugar (o al extremo

opuesto) donde se encuentra la sustancia. Las bacterias con esta taxia poseen

quimioreceptores sensibles a la sustancia que la origina.

aerotaxia, cuando se dirigen al lugar con la concentracin de oxigeno adecuada a su

metabolismo

fototaxia, se presenta en las bacterias autotrficas que dependen de la luz para la obtencin

de energa

magnetotaxia, es la capacidad de muchas bacterias de orientarse en un campo magntico y

nadar en la direccin de las lneas de campo.

Antgenos O y H

Proteus vulgaris posee una gran capacidad de movimiento que se traduce en la

formacin de una pelcula (en alemn hauch) en una superficie de agar, de all el nombre de

formas H; en contraposicin las cepas inmviles (sin flagelos) no forman pelcula, (en alemn

ohne hauch), de all el nombre de formas O. De este fenmeno se generalizaron los trminos de

antgenos H (correspondiente a los flagelos) y de antgeno O (correspondiente al cuerpo, o

somticos) utilizados en mtodos de diagnsticos serolgicos.

7. Fimbrias y Pili

Los trminos pili y fimbriae usualmente son intercambiables, estos finos apndices con

apariencias de "pelos" estn formados por protenas llamadas pilinas. En apariencia son mas

rgidos que los flagelos y, en algunos organismos estn profusamente distribuidos en su


superficie. Son considerados factores de colonizacin por su importancia en los fenmenos de

adhesin a la superficie de sus huspedes.

Caractersticas de algunas cepas bacterianas, tales como la Escherichia coli K12, cepa

que posee el factor F (F+, Hrf, del ingles High frecuence of recombination), son unos pili muy

largos (tubos proteicos huecos 0,5 a 10 um de longitud), que intervienen en la "reproduccin

sexual" de las bacterias, (recombinacin).

8. La Pared bacteriana

Cubiertas superficiales

Tanto las bacterias Gram positivas como las Gram negativas poseen una pared celular

de peptidoglicanos que les confieren su forma caracterstica y les provee de proteccin

mecnica. Dos grupos de bacterias carecen de pared celular: (1) los Mycoplasma que poseen

solamente membrana celular y (2) las formas L derivadas de bacterias que perdieron su

habilidad de sintetizar su pared celular

La pared celular bacteriana rodea al protoplasto. La pared bacteriana es permeable a las

sales y a muchas sustancias de bajo peso molecular. No es rgida sino elstica como el "cuero"

de una pelota de ftbol, el protoplasto bacteriano confiere una cierta rigidez al conjunto

protoplasto + pared que lo rodea, derivada de su presin interna o turgencia (al igual que la

cmara hinchada de la pelota).

La presin interna del protoplasto esta determinada osmticamente. Se debe tener en

cuenta que la membrana citoplasmtica es la verdadera barrera osmtica (es semipermeable y

controla la entrada y salida de sustancias a la clula).


La pared celular y la plasmlisis

La semipermeabilidad de la membrana citoplasmtica y la permeabilidad de la pared

celular originan, entre otros, el fenmeno de plasmlisis. Este fenmeno se observa cuando la

tonicidad del medio externo es mayor que la del protoplasto (medio hipertnico) en estas

condiciones el agua sale del protoplasto y este se encoge por lo que la membrana citoplasmtica

se separa de la pared.

Estructura Qumica

El esqueleto de la pared celular bacteriana est constituido por el peptidoglicano

murena. El mismo, y las enzimas que intervienen en su sntesis, son una caracterstica general

de todas las eubacterias. Las arqueobacterias no poseen murena.

La pared celular de las bacterias Gram positivas

Sus principales caractersticas son:

La red de murena esta muy desarrollada y llega a tener hasta 40 capas

Los aminocidos implicados varan de una especie a otra.

Es frecuente la presencia de los aminocidos L-diaminopimlico o de lisina

Los poliscaridos estn unidos por enlaces covalentes (en el caso de tenerlos) Su contenido

proteico es bajo.

En ella se encuentran cidos teicoicos


La pared celular de las bacterias Gram negativas

La red de murena presenta una sola capa

La constitucin del saco de murena es igual en todas las bacterias Gram negativas.

Contiene siempre nicamente meso-diaminopimlico

Nunca contiene lisina

No se encuentran puentes interpeptdicos.

Se encuentran grandes cantidades de lipoprotenas y lipopolisacridos que representan hasta

el 80 % del peso seco de la pared celular.

Hasta ahora no han podido demostrarse cidos teicoicos.

La pared celular y la coloracin de Gram

La pared celular es responsable de lo que le sucede al colorante utilizado en la Tincin

de Gram (1884). La propiedad de teirse o no de violeta oscuro (Gram positivas o Gram

negativas) por esta coloracin es un criterio de clasificacin importante correlacionable con

otras propiedades bacterianas. Unos pocos organismos son Gram-variables.

Tanto las Gram-positivas como las Gram-negativas captan la misma cantidad de cristal

violeta (CV) e iodo (I). El complejo CV-I sin embargo es atrapado dentro de la clula Gram

positiva por la deshidratacin y la reduccin del tamao de los poros de la pared resultante del

proceso de lavado con solvente. En contraste en las Gram negativas la fina (y probablemente

discontinua) capa de peptidoglicano no impide la extraccin por el solvente del complejo.

La membrana externa

En la bacterias Gram negativas

se observa por fuera del saco de

murena una capa semejante a la

membrana celular por lo que se ha dado

en llamarla membrana externa. Es de

composicin compleja y en ella

intervienen fosfolpidos, lipopoli-

sacridos y protenas.

Cumple funciones mecnicas y

fisiolgicas. En esta bicapa lipdica se

encuentran protenas que la atraviesan

en todo su espesor y que delimitan poros (por eso se denominan porinas) hidrfilos que

permiten el paso de sustancias hidrfilas de bajo peso molecular. No se encontraron sistemas de

transporte activo.


En las bacterias Gram negativas el espacio que va desde membrana plasmtica a

membrana externa se denomina espacio periplsmico, tiene aparentemente una consistencia

gelatinosa. En numerosas bacterias contiene abundantes enzimas, por ejemplo aquellas que

inician la degradacin de substratos como la glucosa, o la transformacin de compuestos

inorgnicos como los nitratos. Algunas de estas enzimas estn libres y otras ligadas a la

membrana citoplasmtica.

Los lipopolisacridos, una de las endotoxinas ms activas de las bacterias, son fuente de

origen fiebre, diarrea y shock endotxico. Tienen gran importancia en el diagnstico

bacteriolgico y en la identificacin de infecciones.

NUTRICIN BACTERIANA

CONCEPTOS BSICOS

Cualquier ser vivo, por su actividad vital (crecimiento, mantenimiento y

reproduccin) requiere continuos aportes de energa para reponer las prdidas y para que todo

el sistema pueda funcionar. La nutricin es el proceso por el que los seres vivos toman del

medio donde habitan las sustancias qumicas que necesitan para crecer. Dichas sustancias se

denominan nutrientes, y se requieren para los dos objetivos que comprende el metabolismo:

1. fines energticos o catabolismo (reacciones de mantenimiento)

2. fines biosintticos o anabolismo (reacciones plsticas).

El estudio de la nutricin microbiana se puede desglosar en varios apartados: tipos de

nutrientes requeridos, aspectos cuantitativos y aspectos ambientales. Igualmente podemos

estudiar la aplicacin prctica de la nutricin bacteriana, que se plasma sobre todo en el

diseo de medios de cultivo para manejar los microorganismos en el laboratorio.

Es importante tener claro desde el principio una serie de conceptos y nomenclaturas

relacionados con los principales tipos de nutricin bacteriana. Puesto que, como acabamos de

ver, la nutricin presenta un aspecto de aprovisionamiento de energa y otro de suministro de

materiales para la sntesis celular, podemos hablar de dos "clasificaciones" de tipos de

nutricin:

Desde el punto de vista de los fines de aprovisionamiento de energa, las bacterias se

pueden dividir en:

1. litotrofas (del griego lithos = piedra): son aquellas que slo requieren sustancias

inorgnicas sencillas (SH2 , S0, NH3, NO2-, Fe, etc.).

2. organotrofas: requieren compuestos orgnicos (hidratos de carbono, hidrocarburos,

lpidos, protenas, ...).


Desde el punto de vista biosinttico (o sea, cul es su fuente de carbono), las bacterias se

pueden dividir en:

1. auttrofas: crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgnicas

sencillas. Ahora bien, habitualmente el concepto de autotrofa se limita a la capacidad

de utilizar una fuente inorgnica de carbono, a saber, el CO2.

2. hetertrofas: su fuente de carbono es orgnica (si bien otros elementos distintos del

C pueden ser captados en forma inorgnica).

Otros conceptos:

1. auttrofas estrictas: son aquellas bacterias incapaces de crecer usando materia

orgnica como fuente de carbono.

2. mixtrofas son aquellas bacterias con metabolismo energtico littrofo, pero

requieren sustancias orgnicas como nutrientes para su metabolismo biosinttico.

3. quimioauttrofos (o quimiolitoauttrofos): obtienen su energa de la oxidacin de

sustancias inorgnicas sencillas, el carbono procede del CO2, y el resto de elementos

a partir de sales inorgnicas, por lo que pueden vivir en soluciones de sales

minerales.

Sust. Inorgnicas Sust. Orgnicas

Catabolismo Litotrofas Organotrofas

Anabolismo Auttrofas Hetertrofas

Quimioauttrofas Quimioorganotrofas mixotrofas

CLASES DE NUTRIENTES

Podemos clasificar los nutrientes en las siguientes categoras: (a) universales: agua, CO2,

fosfatos y sales minerales; (b) particulares, (c) factores de crecimiento

a) NUTRIENTES UNIVERSALES

El agua

Las bacterias necesitan grandes cantidades de agua, salvo excepciones, se pueden considerar

como organismos acuticos, requiriendo cierto grado de humedad para crecer. Funciones:

el principal constituyente del protoplasto bacteriano;

el medio universal donde ocurren las reacciones biolgicas;

un reactante en exceso (un producto resultante de algunas reacciones bioqumicas).

Las fuentes de agua pueden ser:


endgena: procedente de procesos de oxido-reduccin;

exgena (la ms importante): procedente del medio, y que difunde a travs de las

membranas.

Ahora bien, no toda el agua de un ambiente est disponible para la bacteria. Existen

determinadas sustancias y superficies que absorben de modo ms o menos intenso, molculas

de agua, dejndolas inasequibles a la bacteria. Los solutos disueltos en agua (p. ej., sales,

azcares) tienen afinidad por las molculas de H2O que los rodean, por lo que stas tampoco

estarn a disposicin del microorganismo.

La disponibilidad de agua se mide por un parmetro llamado actividad de agua o potencial de

agua, indicativo del agua libre.

Las bacterias tienen valores de aW normalmente entre 0.90 y 0.99.

Bacterias de hbitat oligotrficos (como Spirillum) tienen aW cercanos a 1.

Bacterias como Escherichia y Streptococcus, que viven en sangre y fluidos corporales,

tienen aW de alrededor de 0.995.

Bacterias marinas como ciertos Vibrio y Pseudomonas encuentran valores de 0.980.

Ciertos bacilos Gram-positivos que resisten mejor la sequedad poseen valores de 0.950.

En el extremo de resistencia encontramos ciertas bacterias xerfilas, capaces de vivir a

aW muy bajos (en torno a 0.75). Muchas de estas bacterias viven de hecho en medios

acuosos, pero donde gran parte del agua no est disponible por las razones arriba citadas:

o bacterias halfilas extremas, como la arqueobacteria Halobacterium, que habita lagunas hipersalinas;

o bacterias sacarfilas (y sobre todo, ciertos microorganismos eucariticos como levaduras), que viven en jugos y zumos con altas concentraciones de

azcares.

El anhdrido carbnico (CO2):

Es requerido por todo tipo de bacterias:

Las auttrofas lo requieren como fuente de carbono, y lo reducen usando como fuente de

energa la luz (en el caso de las fotoauttrofas) u oxidaciones de determinadas sustancias

inorgnicas (los quimioautolitotrofos).

Las arqueobacterias metanognicas pueden usar el CO2 como aceptor de los electrones

procedentes de la oxidacin del H2, proceso por el que obtienen su energa.

Los hetertrofos, aunque no usan el CO2 como fuente de C ni como aceptor de

electrones, necesitan pequeas cantidades para las carboxilaciones en determinadas rutas

anablicas y catablicas.

El origen del CO2 puede ser:


endgeno: procedente de descarboxilaciones que ocurren al degradar la fuente orgnica

de carbono;

exgeno: el CO2 de la atmsfera o disuelto en las soluciones acuosas.

Normalmente, las bacterias crecen a la concentracin de CO2 atmosfrico (0.03%), pero

algunas bacterias (Neisseria, Brucella), cuando se aslan por primera vez, requieren

atmsferas enriquecidas, con 5-10% de CO2. Ello parece deberse a que poseen alguna enzima

con baja afinidad hacia el CO2; sin embargo, tras varios subcultivos, suelen adaptarse a crecer

a tensiones normales.

Fsforo.- Suele requerirse en forma de fosfatos, sea orgnicos o inorgnicos. Las bacterias

que pueden usar los fosfatos orgnicos (merced a la posesin de fosfatasas) no dependen

absolutamente de ellos, ya que pueden recurrir igualmente a los fosfatos inorgnicos.

El fsforo se usa principalmente para la sntesis de los cidos nucleicos y los fosfolpidos,

pero aparece tambin en coenzimas y en protenas.

Sales minerales.- Son la fuente de aniones y de cationes para la clula. Los siguientes

cationes, concretamente, se necesitan en cantidades relativamente grandes: K+, Mg++, Ca++,

Fe++.

Aparte de estos iones que se requieren en cantidades relativamente grandes, las bacterias

necesitan minsculas cantidades de otros elementos (oligoelementos), a los que tambin se

denomina como micronutrientes o elementos traza, como son: Mn++ Co++ Zn, Mb, Ni

b) NUTRIENTES PARTICULARES

Se trata de elementos que pueden ser cubiertos de modo muy distinto, dependiendo del tipo

de bacteria que consideremos. Concretamente, los elementos N y S (que requieren todos los

seres vivos) pueden ser captados por las bacterias de modos muy distintos, dependiendo de

sus capacidades biosintticas.

Tanto el N como el S se encuentran en la clula en estado reducido:

el radical -NH2 forma parte de los aminocidos (que a su vez son los sillares de las

protenas) y de las bases nitrogenadas (que participan en los cidos nucleicos y en

algunas coenzimas);

el radical -SH interviene en determinados aminocidos y en coenzimas como la CoA.

Muchas de las bacterias que pueden usar amonio como nica fuente de nitrgeno tambin

pueden usar nitratos.

Capacidad Geoqumica - Fijacin del Nitrgeno.- La atmsfera contiene enormes

cantidades de nitrgeno no combinado (libre) en estado gaseoso: el nitrgeno molecular o


dinitrgeno (N2). Sin embargo, esta gran reserva slo puede servir de fuente de nitrgeno a

ciertos procariotas, las llamadas bacterias fijadoras de nitrgeno o diazotrofos. Esta notable

capacidad bioqumica no ha evolucionado en eucariotas. En una poca todo el nitrgeno de

los seres vivos fue procesado por estas bacterias, que toman el nitrgeno atmosfrico (N2) y

lo modifican en manera tal que pueden ser utilizados por los organismos vivos como nitratos

o amonaco NH3.

c) FACTORES DE CRECIMIENTO

Los factores de crecimiento son molculas orgnicas especficas que, en muy pequea

cantidad, algunas bacterias necesitan para crecer. Salvo excepciones no tienen funcin

plstica (no son sillares de macromolculas) ni sirven como fuente de energa. Suelen ser

coenzimas o sus precursores, vitaminas, que determinadas bacterias no pueden fabricar por s

mismas, al carecer de parte o toda de una ruta biosinttica.

Ejemplos:

las bacterias del gnero Brucella requieren como factores de crecimiento en sus medios

de cultivo la biotina, niacina, tiamina y cido pantotnico.

Haemophilus necesita suplementos de grupos hemo y piridn-nucletidos.

CONDICIONES DE CRECIMIENTO

Concentracin de iones hidrgeno - pH

El establecimiento de un pH inicial ptimo y en muchos casos su mantenimiento durante el

crecimiento es de gran importancia, sobre todo para aquellos microorganismos que a pesar de

producir cidos no los toleran. La mayora de los microorganismos desarrolla a pH 7

(Alcaligenes, Pseudomonas), tan solo unos pocos lo hacen a valores de pH bajos por lo cual

se denominan acido tolerantes (Lactobacillus, Acetobacter) o realmente acidfilas

(Sulfolobus, Helicobacter) que medran a pH alrededor de 2, la figura que sigue muestra un

esquema de distribucin de preferencias de algunas bacterias.

Temperatura:


Los microorganismos presentan distintos comportamiento en cuanto a temperatura requerida

para su incubacin, que pueden ser:

mesfilas crecen entre 20 oC y 42 oC.

psicrfilo, por debajo de 20 oC;

termfilo: entre 40 y 70 oC;

termfilos extremos: por encima de los 70 oC;

hipertermfilos: por encima de 80 y 100 oC.

La figura muestra algunos ejemplos de bacterias que crecen a diferentes temperaturas.

Presencia de Oxgeno

Dependen en buena medida de la disponibilidad de las enzimas eliminadoras de perxidos y

superxidos. Veamos los tipos de bacterias segn sus relaciones con el oxgeno:

1. Bacterias aerobias: Necesitan O2 para crecer, ya que lo usan (al menos en algunas

ocasiones) como aceptor final de electrones para la captacin de energa qumica.

Algunos aerobios requieren para crecer tensiones de oxgeno inferiores a la

atmosfrica (del 2 al 10% de O2, en lugar del 20%). A estas bacterias se las

califica como microaerfilas.

Algunas microaerfilas lo son permanentemente (microaerfilas estrictas).

Otras se comportan como microaerfilas slo cuando crecen usando

determinadas fuentes de energa qumica o de nitrgeno (microaerfilas

condicionales).

2. Bacterias anaerobias: Son aquellas que pueden crecer en ausencia de oxgeno, debido a

que pueden usar aceptores finales distintos del oxgeno, o porque poseen metabolismo

estrictamente fermentativo.

Anaerobias estrictas: El oxgeno les resulta txico ya que carecen de catalasa y

peroxidasa. Por lo tanto, no pueden eliminar los productos nocivos resultantes

del oxgeno. (Por ejemplo, Clostridium, y las arqueobacterias metanognicas).

Anaerobias aerotolerantes: Al igual que las anteriores, presentan un

metabolismo energtico anaerobio, pero soportan el oxgeno debido a que

poseen enzimas detoxificadores. Ejemplos tpicos son las bacterias del cido


lctico, como Streptococcus, Leuconostoc, Lactobacillus). Tambin se les llama

anaerobios indiferentes.

Anaerobios facultativos: Pueden realizar metabolismo energtico aerobio o

anaerobio, dependiendo del ambiente y la disponibilidad de aceptores finales de

electrones. Ejemplos son las enterobacterias como Escherichia coli.

REPRODUCCIN BACTERIANA

La duplicacin de la clula va precedida por la duplicacin o replicacin del cromosoma

bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana

celular. Cuando las clulas que se originan comienzan a separarse, tambin se separa el

cromosoma original del replicado.

El nmero de copias por clula del cromosoma depende del estadio del ciclo celular (replicacin

del cromosoma, crecimiento de la clula, separacin de los cromosomas, etc.). Si bien el

mecanismo de separacin de los cromosomas "hermanos" no se ha dilucidado en su totalidad,

todos los modelos coinciden que una de las condiciones es que el cromosoma permanezca

"pegado" a la membrana celular a travs de varios estadios del ciclo de divisin bacteriano.

Despus de la separacin de las clulas (citocinesis), quedan dos clulas de idntica

composicin gentica (excepto en los raros casos de mutacin espontnea).

El tiempo necesario para la replicacin del cromosoma de Escherichia coli es de

aproximadamente 40 minutos, sin embargo la duplicacin de la bacteria acontece (en

condiciones optimas) en cerca de 20 minutos, esta paradoja se explica por el descubrimiento que

en los cromosomas bacterianos "hijos" se inicia un nuevo ciclo de divisin antes de que se

termine el primero.

El cromosoma procariota es mucho ms fcil de manipular que el de los eucariotas y por lo

tanto se conoce mucho acerca de sus genes y sus mecanismos de control.

Una consecuencia de este mtodo asexual de reproduccin es que todos los organismos de una

colonia son genticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad bacteriana, una droga que

mata una bacteria matar todos los otros miembros de este clon (colonia) con los cuales se

ponga en contacto.


Ciertos tipos de bacterias pueden

"donar " un pedazo de ADN a una

clula receptora. Esta recombinacin

es el equivalente bacteriano de la

reproduccin sexual en eucariotas.

Debe notarse que usualmente no se

transfiere la totalidad de la molcula

de ADN, slo una pequea parte Modificada de: http://www.slic2.wsu.edu:82/hurlbert/micro101/pages/Chap9.ht

Nmero de copias cromosmicas

Las clulas procariotas en crecimiento rpido (fase logartmica o exponencial) tienen la

posibilidad de dividirse ms rpido que lo que permite la maquinaria de replicacin del ADN.

Por ello pueden tener de 2 a 4 copias del cromosoma bacteriano o copias incompletas del

mismo. Para asegurar que exista una copia completa para cada una de las clulas hijas en la

fisin binaria, se inician nuevos ciclos de replicacin del ADN antes que el ltimo haya

terminado.

nicamente en fase estacionaria, cuando las bacterias cesan de dividirse, existe un cromosoma

por clula. Por ello este tipo de organismos son haploides, es decir el genoma mnimo por clula

es una sola copia del cromosoma bacteriano, lo que implica que existe una sola copia de cada

gen.

Verificacin de quorum

Bajo el termino "verificacin de quorum " (quorum sensing) se describe la manera en que las

bacterias determinan cuantas de ellas se encuentran en la vecindad.

La "verificacin de quorum " permite a una poblacin de bacterias coordinar su expresin

gnica y, por lo tanto, su comportamiento colectivo. Usualmente la "verificacin de quorum "

sirve para controlar procesos que son efectivos cuando un gran numero de bacterias actan en

conjunto. Si existe quorum, es decir, si el nmero de ellas es el adecuado, se desencadenara una

respuesta colectiva. Por ejemplo: Bacterias patgenas como Salmonella esperan a "reunir

quorum" antes de liberar las toxinas que atacaran a su husped. Si la bacteria ataca sola, en vez

de hacerlo en conjunto, el sistema inmunolgico la neutraliza rpidamente.

ENDSPORAS Y FORMAS DE PERSISTENCIA

Las endsporas bacterianas son formas de perdurabilidad de ciertos grupos de bacterias frente al

calor, la desecacin, la radiacin y las influencias qumicas. Contienen un genoma y toda la

maquinaria metablica esencial.


La termorresistencia de las endsporas es una de sus principales caractersticas. Mientras que las

bacterias o las formas vegetativas de las bacterias esporuladoras sometidas a 80 C durante diez

minutos (pasteurizacin) mueren, las endsporas sobreviven e incluso soportan un

calentamiento superior. Para eliminarlas son necesarias tcnicas de esterilizacin.

Esta caracterstica permite un fcil mtodo de aislamiento de las bacterias esporuladas,

calentando el material donde se supone que existen esporas a 100 C durante 10 minutos mueren

todas las bacterias y, seguidamente, las esporas sobrevivientes se hacen germinar y crecer en el

medio de cultivo adecuado.

Son formadoras de esporas las bacterias bacilares Gram positivas, entre ellas, las pertenecientes

al genero Bacillus son aerbicas y las del genero Clostridium anaerbicas.

Esporulacin

Tal como se observa en el esquema, la esporulacin comprende:

una divisin asimtrica (1), durante la

cual el futuro protoplasto de la espora

recibe el material nuclear

correspondiente. A diferencia de una

divisin comn, el estrangulamiento del

protoplasto de la clula materna no es

seguido por el de la pared celular entre

los dos protoplastos hijos (2).

a posteriori el protoplasto de la futura

espora es rodeado por la membrana citoplasmtica de la otra clula resultante de la divisin,

siendo finalmente englobada por la misma.

el resultado de este englobamiento es que la futura espora esta rodeada por dos membranas

citoplasmticas que intervendrn en la fase final de la espora.

La membrana del protoplasto de la espora sintetiza hacia el exterior la pared celular.

La membrana del protoplasto procedente de la otra clula sintetiza hacia el interior el cortex

de la espora, compuesto de un glucopptido similar a la murena pero con mayor cantidad

de enlaces transversales.

Esta otra clula forma en algunos casos el exosporio, que rodea a la espora como una

envoltura suelta.

El material de las envolturas representa casi el 50% del peso seco de la espora madura.

El proceso someramente descrito es uno de los fenmenos de diferenciacin ms complejos de

la clula bacteriana. Entre las transformaciones qumicas y fsicas que acompaan a los cambios

morfolgicos cabe destacar:

concentracin del material proteico en la zona de formacin de la espora


utilizacin del material de reserva para procesos de degradacin y sntesis

sntesis de cido dipicolnico, especifico de las esporas, no se lo encuentra en las clulas

vegetativas. Este cido se combina en forma de quelato con iones Ca++. Se localiza en el

protoplasto de las esporas termorresistentes.

se liberan por autolisis de las clulas maternas

Propiedades

no presentan actividad metablica

gran resistencia al efecto del calor.- debido al bajo contenido de agua y al cido dipicolnico

gran resistencia al efecto de las radiaciones.- se atribuye a la presencia de puentes disulfuro,

resultante de la presencia de cistena en las protenas de la cubierta externa

gran resistencia al efecto de los productos qumicos.- debe atribuirse a la impermeabilidad

que presenta en esos casos la cubierta de la espora

Induccin

En condiciones favorables los bacilos de las especies esporuladoras se reproducen

indefinidamente en su forma vegetativa, la esporulacin no es una fase obligada del ciclo de

vida de la bacteria. La formacin de esporas se desencadena cuando faltan nutrientes o se

acumula un exceso de productos del metabolismo celular.

Puede inducirse la esporulacin colocando las clulas en agua destilada, la cual se produce a

expensas de las sustancias de reserva de la clula y, probablemente como consecuencia de la

ausencia de sustrato en el medio. Avalando esta hiptesis, la formacin de esporas no se

produce si dentro de las cinco horas de puestas en agua destilada clulas vegetativas de Bacillus

cereus, se agrega glucosa al medio. La presencia de manganeso en el agua suele favorecer la

esporulacin.

Germinacin

El proceso por el cual las esporas pasan a formar clulas vegetativas se denomina germinacin.

Ocurre cuando se las coloca en el medio adecuado y se requiere en muchos casos la

disponibilidad, entre otros, de glucosa, aminocidos y nuclesidos. Entre los fenmenos de la

germinacin se destaca:

perdida de la resistencia trmica

aparicin de la respiracin y de la actividad enzimtica

excrecin de cido dipicolnico, pptidos y aminocidos

ruptura de las cubiertas y aparicin del "tubo germinativo"(origen de la clula vegetativa)

En este punto del proceso germinativo, nos encontramos:

la pared celular de la clula emergente esta incompleta


la coloracin de Gram por lo tanto no es la definitiva

hay permeabilidad a molculas como el ADN (lo cual facilita fenmenos de

transformacin)

Viabilidad

Cuando se las almacena en tierra seca se ha demostrado que permanecen viables al cabo de 50

aos el 10% de numero original. Recientes hallazgos parecen indicar que en ciertas

arqueobacterias (Bacillus sphaericus, Bacillus permians) bajo determinadas condiciones

(inclusin en mbar o cristales salinos) la viabilidad de las esporas es tan prolongada, que cabe

la posibilidad de plantearse que las mismas puedan sobrevivir indefinidamente.

LA CLULA EUCARITICA: ESTRUCTURA Y FUNCIN

Las clulas eucariotas son generalmente mayores y con una estructura ms compleja

que las clulas procariotas. La morfologa de estos organismos puede incluir apndices, pared

celular, membrana y varias estructuras internas.

CILIOS Y FLAGELOS

Muchas clulas eucariotas poseen estructuras para la locomocin denominadas cilios y

flagelos. Los cilios y los flagelos de los eucariotas son idnticos en estructura, aunque los cilios

son ms cortos y numerosos. Su estructura es ms compleja que la de los procariotas, estn

compuestos por microtbulos, 9 pares que rodean un par central todo ello rodeado por una

membrana. El flagelo de los eucariotas se mueve como un ltigo al contrario de los procariotas

que lo hacen rotando como un sacacorchos.

PARED CELULAR

Plantas, algas y hongos poseen pared celular mientras que el resto de los eucariotas no

la poseen. La pared celular mantiene la forma celular y previene de la presin osmtica. La

pared celular de las plantas, algas y hongos son distintas y distinta a la de las bacterias en cuanto

a su composicin y estructura fsica. Por ejemplo, la pared celular de eucariotas no contiene

peptidoglicano. En plantas est compuesta de polisacridos como la celulosa y pectina. La de

los hongos filamentosos contiene quitina y celulosa y en levaduras manano. En las algas existe

celulosa, otros polisacridos y carbonato clcico.

MEMBRANA CITOPLASMICA


Independientemente de que la clula eucariota posea o no pared celular, posee

membrana citoplasmtica que rodea a la parte principal de la clula. La membrana

semipermeable es una bicapa lipdica que posee insertadas protenas. Algunas de estas protenas

atraviesan enteramente la membrana creando poros a travs de los cuales los nutrientes entran

dentro de la clula. A estas protenas se las denomina permeasas.

Las diferencias existentes entre la membrana de eucariotas y procariotas son:

- Los eucariotas contienen esteroles (fundamentalmente colesterol) que le confieren

rigidez a la membrana.

- En aquellos eucariotas que no poseen pared celular, la membrana est reforzada por

microtbulos de las protenas actina y miosina.

- Los eucariotas no localizan los enzimas implicados en la generacin de energa

metablica en su membrana, sino en sus mitocondrias o cloroplastos.

ORGANULOS CELULARES

Dentro de la membrana

citoplsmica est el

protoplasma que se divide en

carioplasma y citoplasma.

El carioplasma es el

material que hay dentro de la

membrana nuclear, mientras

que el citoplasma es el material

existente entre la membrana

nuclear y la membrana

citoplsmica.

En el citoplasma es

donde se encuentran los

orgnulos celulares que son

estructuras rodeadas de

membrana que realizan funciones especiales, tales como la fotosntesis y respiracin. Al

contrario que los procariotas, el citoplasma de los eucariotas posee una extensa red de

microtbulos y estructuras proteicas que constituyen el citoesqueleto de la clula. Este

citoesqueleto genera la forma de la clula y a travs de l se mueven los orgnulos en el

citoplasma.

a.- Ncleo


El ncleo de los eucariotas se caracteriza por su membrana nuclear; es una doble

membrana la cual se asemeja a dos membranas citoplasmticas juntas, que contiene muchos

poros grandes a travs de los cuales pasan sustancias como protenas y RNA. Normalmente

posee forma esfrica u oval. El ncleo contiene la informacin hereditaria de la clula en la

forma de DNA. En el carioplasma que no se est dividiendo, el DNA est combinado con

protenas como las histonas, dndole una apariencia fibrilar. Esta combinacin de DNA y

protenas se llama cromatina. Durante la divisin celular la cromatina se condensa en

cromosomas.

Dentro del carioplasma se encuentra el nucleolo, el cual aparece ms oscuro con el

microscopio electrnico. Alrededor del 5 al 10% del nucleolo es RNA, siendo el resto protena.

Esta estructura es el lugar de sntesis del RNA ribosomal y de los componentes esenciales del

ribosoma. Los componentes proteicos de los ribosomas sintetizados en el citoplasma entran en

el ncleo a travs de los poros nucleares para combinarse con el RNA ribosomal recin

sintetizado. Tanto las protenas como el RNA forman las dos subunidades de los ribosomas que

salen del carioplasma a travs de los poros y se convierten en funcionales en el citoplasma. Los

ribosomas de eucariotas son mayores que los de procariotas (80 S y 70 S respectivamente). Esto

es debido a que las subunidades de eucariotas son 60 S y 40 S (en procariotas son 50 S y 30 S).

b.- Retculo endoplsmico

El retculo endoplsmico es una red membranosa de sacos y tbulos que a menudo estn

conectados a la membrana nuclear y citoplsmica. Existen dos formas de retculo endoplsmico:

el rugoso y el liso. El rugoso posee ribosomas y el liso no. Las protenas sintetizadas en el

rugoso son liberadas en el citoplasma o pasan a travs de su membrana dentro de los canales por

donde son distribuidas a distintas partes de la clula. El retculo endoplsmico liso est

implicado en la sntesis de glucgeno, lpidos y esteroides. Los canales del retculo

endoplsmico liso tambin sirven para la distribucin de las sustancias sintetizadas en l.

c.- Aparato de Golgi

Est compuesto de sacos membranosos que tienen vesculas esfricas en sus extremos.

Es el centro de empaquetamiento de las clulas eucariotas, responsable del transporte seguro de

los compuestos sintetizados al exterior de la clula. El aparato de Golgi est conectado a la

membrana citoplasmtica donde se fusiona y as poder excretar el contenido fuera de la clula,

proceso que se llama exocitosis. Otra funcin es la de empaquetar ciertos enzimas sintetizados

en el retculo endoplsmico rugoso en unos orgnulos llamados lisosomas. Estos enzimas

catalizan reacciones hidrolticas incluyendo proteasas, nucleasas, glicosidasas, sulfatasas,

lipasas y fosfatasas. El contenido de los lisosomas no se excreta sino que permanece en el

citoplasma y participa en la digestin citoplsmica de los materiales ingeridos o absorbidos por


la clula. El que los enzimas hidrolticos permanezcan dentro del lisosoma protege a la clula de

la accin ltica de estos enzimas.

d.- Mitocondrias

Es un orgnulo citoplsmico donde se generan las molculas de ATP durante la

respiracin aerbica. La membrana interna est muy invaginada y es donde tiene lugar la

conversin de energa. Aunque las mitocondrias son orgnulos de clulas eucariotas se parecen

a las clulas procariotas; contienen sus propios ribosomas, que son 70 S, su propio DNA el cual

es una nica molcula circular que contiene la informacin gentica necesaria para la sntesis de

un limitado nmero de protenas cuya sntesis tiene lugar en los propios ribosomas de las

mitocondrias. Finalmente, las mitocondrias se dividen para formar nuevas mitocondrias de

forma parecida a como lo hacen los procariotas e independientemente del ncleo celular; sin

embargo, no se pueden dividir si se sacan del citoplasma.

e.- Cloroplastos

Es el lugar donde ocurren las reacciones fotosintticas, donde se utiliza la luz como

fuente de energa para convertir el CO2 en azcar y los tomos de O2 del H2O en molculas de

O2 gaseoso. El cloroplasto es una estructura rodeada por una doble membrana cuyo interior se

denomina estroma. La membrana interna se pliega en el estroma formando sacos en forma de

discos llamados tilacoides, los cuales contienen la clorofila y los carotenos que intervienen en la

fotosntesis. Los cloroplastos poseen las mismas caractersticas que las mitocondrias (ribosomas

70 S, DNA circular, fisin binaria). La similitud de las mitocondrias y los cloroplastos con los

microorganismos procariotas dio base a la teora endosimbitica del origen de estos orgnulos.

BIBLIOGRAFA

JM Jay. Microbiologa moderna de los alimentos. 4 edicin. Ed. Acribia. Zaragoza 2002.

http://www.unavarra.es/genmic/microgral/indice-microgral.htm

http://fai.unne.edu.ar/biologia.htm

http://edicion-micro.usal.es/web/educativo/micro2/tema04.html

UT 1 Microbiologia General 2007-08

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