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.
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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
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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:
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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).
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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
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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.
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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, ...).
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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:
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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:
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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
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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:
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 24
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
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 25
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.
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 26
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.
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 27
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
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 28
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
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 29
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
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 30
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
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 31
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
Isabel Rita Gutirrez Vega UT 1: Microbiologa de los alimentos 32
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
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