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ÍNDICE
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4. Ciclo reproductor de un virus
1. Entrada en la célula2. Fase de eclipse 3. Multiplicación 4. Liberación 5. Ciclo vital de un retrovirus. VIH 6. Ciclo vital del fago T4 1. Ciclo lítico 2. Ciclo lisogénico 12. Origen evolutivo de los virus 13. Viroides 14. Priones 15. Los microorganismo como agentes de enfermedades infecciosas 1. Vías de infección 2. Factores de patogeneidad. Toxinas 16. Los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos 1. Ciclo del carbono 2. Ciclo del nitrógeno 17. Biotecnología 1. Biorremediación 2. Mejora de la salud 3. Fabricación de alimentos 18. Prácticas 19. Repaso 20. Presentaciones 21. Cuestiones 22. Diapositivas 23. Vídeos |
1. ESQUEMAS
2. PRESENTACIONES
4. INTRODUCCIÓN
El poder de resolución del ojo humano, es decir, su capacidad para distinguir entre dos objetos puntuales que se encuentran muy próximos, es de alrededor de 0,2 mm en el mejor de los casos. Debido a ello, una parte muy sustancial de la gran diversidad de seres vivos que constituyen nuestra biosfera escapó a la observación humana hasta épocas muy recientes: se trata del grupo de seres vivos que hoy denominamos microorganismos.
Los microorganismos constituyen un grupo de seres vivos sumamente heterogéneo cuya única característica común es su reducido tamaño: todos son lo suficientemente pequeños como para pasar inadvertidos al ojo humano, siendo preciso el uso de dispositivos de aumento como el microscopio óptico o, en algunos casos, el microscopio electrónico para poder observarlos. La gran mayoría de los microorganismos son unicelulares, aunque una parte significativa de ellos tienen organización subcelular y unos pocos forman agrupaciones de células de tipo colonial sin llegar a constituir verdaderos organismos pluricelulares.
El área de la ciencia biológica que se ocupa del estudio de los microorganismos es la microbiología. Esta parcela del conocimiento biológico tuvo un desarrollo relativamente tardío en comparación con otras y su nacimiento puede datarse a mediados del siglo XVII, cuando Anton van Leewenhoek realizó las primeras observaciones de lo que hoy conocemos como microorganismos a través del microscopio simple que él mismo había construido.
Al igual que la citología, la microbiología languideció durante los siguientes doscientos años con una dedicación casi exclusiva a la descripción y catalogación de los distintos tipos de microorganismos que se iban descubriendo. Fue a mediados del siglo XIX cuando un renovado interés por algunas viejas polémicas, como la teoría de la generación espontánea, junto con el reconocimiento del papel de los microorganismos en la enfermedad y en determinados proceso industriales, como las fermentaciones, supuso la consolidación definitiva de esta ciencia.
CUESTIONES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
5. LA TEORÍA DE LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA
El área de la ciencia biológica que se ocupa del estudio de los microorganismos es la microbiología. Esta parcela del conocimiento biológico tuvo un desarrollo relativamente tardío en comparación con otras y su nacimiento puede datarse a mediados del siglo XVII, cuando Anton van Leewenhoek realizó las primeras observaciones de lo que hoy conocemos como microorganismos a través del microscopio simple que él mismo había construido.
Al igual que la citología, la microbiología languideció durante los siguientes doscientos años con una dedicación casi exclusiva a la descripción y catalogación de los distintos tipos de microorganismos que se iban descubriendo. Fue a mediados del siglo XIX cuando un renovado interés por algunas viejas polémicas, como la teoría de la generación espontánea, junto con el reconocimiento del papel de los microorganismos en la enfermedad y en determinados proceso industriales, como las fermentaciones, supuso la consolidación definitiva de esta ciencia.
CUESTIONES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
5. LA TEORÍA DE LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA
La teoría de la generación espontánea, según la cual seres vivos podían formarse espontáneamente a partir de materia inanimada, había sido descartada en su versión más amplia a finales del siglo XVII cuando Francesco Redi demostró experimentalmente que los “gusanos” que aparecían en la carne putrefacta eran en realidad larvas de insectos y que si la carne se protegía de manera que éstos no pudieran depositar sus huevos en ella las larvas no aparecían.
Sin embargo, el descubrimiento de los microorganismos resultó, paradójicamente, en un nuevo impulso para esta teoría, ya que muchos de ellos parecían surgir sin más en los líquidos en los que se ponían a macerar durante un tiempo distintos tejidos animales o vegetales. Más tarde, a finales del siglo XVIII, Lázaro Spalazanni demostró que estos microorganismos, entonces denominados “infusorios”, no aparecían cuando los frascos que contenían los tejidos en maceración se cerraban herméticamente y se sometían a ebullición.
Esta demostración no fue suficiente para los partidarios de la generación espontánea, que argumentaban, en línea con los puntos de vista vitalistas predominantes por aquel entonces, que la ebullición había destruido la “fuerza vegetativa” presente en las infusiones. A comienzos del siglo XIX muchos creían que al hervir los frascos Spalazanni había destruido las propiedades “vivificantes” del aire que contenían, de las que sería responsable el recién descubierto oxígeno.
A mediados del siglo XIX, Louis Pasteur realizó una serie de experimentos que resultaron en la refutación definitiva de la teoría de la generación espontánea. Pasteur preparó infusiones del tipo de las que solían dar lugar a la aparición de microorganismos en unos matraces de vidrio a los que luego calentó el cuello a la llama con el objeto de estirarlo y moldearlo a modo de “cuello de cisne”. A continuación hirvió el contenido para eliminar cualquier microorganismo presente en la infusión. Estos matraces permanecieron abiertos, de manera que el aire en su interior podía renovarse por simple difusión, y fueron observados durante varios meses sin que en ninguno de ellos se detectase la presencia de microorganismos.
Pasteur concluyó que los microorganismos que aparecían habitualmente en las infusiones llegaban en pequeño número a ellas a través de las partículas de polvo atmosférico en las que se encontraban y luego se reproducían en ellas al encontrar un medio rico en nutrientes. El cuello largo, estrecho y sinuoso de sus matraces había retenido todas las partículas de polvo ambiental impidiendo así la llegada de microorganismos al líquido, que permanecía estéril indefinidamente. Pasteur comprobó asimismo que si, inclinando los matraces, se permitía el acceso del líquido a la zona sinuosa en donde el polvo había quedado retenido, sí se producía crecimiento de microorganismos en él.
Con este diseño experimental, sencillo y elegante, Pasteur desbarataba las críticas basadas en una presunta alteración de las propiedades del aire por efecto del calor. Es digno de mención el hecho de que algunos de los matraces de Pasteur, que se conservan en el Instituto que lleva su nombre en París, permanecen libres de crecimiento microbiano en la actualidad, después de casi 150 años.
Es frecuente olvidar, cuando se habla de la refutación de la teoría de la generación espontánea, que tal refutación se refiere a la ocurrencia de este fenómeno en las condiciones actuales del planeta Tierra. Por ello conviene poner de manifiesto que las teorías actualmente aceptadas acerca del propio origen de la vida describen una suerte de “generación espontánea” ocurrida en el océano primitivo de nuestro planeta, en unas condiciones ambientales muy diferentes de las actuales.
6. MICROBIOLOGÍA
Otro hito en la historia de la microbiología lo supuso el reconocimiento del papel de los microorganismos, en concreto de las levaduras, en los procesos de fermentación de los que se obtienen las bebidas alcohólicas y distintos tipos de alimentos. Fue también Louis Pasteur, que trabajó varios años al servicio de industriales fermentadores de la ciudad de Lille, quien identificó los distintos tipos de levaduras implicados en los distintos tipos de fermentación.
Sin embargo, el descubrimiento de los microorganismos resultó, paradójicamente, en un nuevo impulso para esta teoría, ya que muchos de ellos parecían surgir sin más en los líquidos en los que se ponían a macerar durante un tiempo distintos tejidos animales o vegetales. Más tarde, a finales del siglo XVIII, Lázaro Spalazanni demostró que estos microorganismos, entonces denominados “infusorios”, no aparecían cuando los frascos que contenían los tejidos en maceración se cerraban herméticamente y se sometían a ebullición.
Esta demostración no fue suficiente para los partidarios de la generación espontánea, que argumentaban, en línea con los puntos de vista vitalistas predominantes por aquel entonces, que la ebullición había destruido la “fuerza vegetativa” presente en las infusiones. A comienzos del siglo XIX muchos creían que al hervir los frascos Spalazanni había destruido las propiedades “vivificantes” del aire que contenían, de las que sería responsable el recién descubierto oxígeno.
A mediados del siglo XIX, Louis Pasteur realizó una serie de experimentos que resultaron en la refutación definitiva de la teoría de la generación espontánea. Pasteur preparó infusiones del tipo de las que solían dar lugar a la aparición de microorganismos en unos matraces de vidrio a los que luego calentó el cuello a la llama con el objeto de estirarlo y moldearlo a modo de “cuello de cisne”. A continuación hirvió el contenido para eliminar cualquier microorganismo presente en la infusión. Estos matraces permanecieron abiertos, de manera que el aire en su interior podía renovarse por simple difusión, y fueron observados durante varios meses sin que en ninguno de ellos se detectase la presencia de microorganismos.
Pasteur concluyó que los microorganismos que aparecían habitualmente en las infusiones llegaban en pequeño número a ellas a través de las partículas de polvo atmosférico en las que se encontraban y luego se reproducían en ellas al encontrar un medio rico en nutrientes. El cuello largo, estrecho y sinuoso de sus matraces había retenido todas las partículas de polvo ambiental impidiendo así la llegada de microorganismos al líquido, que permanecía estéril indefinidamente. Pasteur comprobó asimismo que si, inclinando los matraces, se permitía el acceso del líquido a la zona sinuosa en donde el polvo había quedado retenido, sí se producía crecimiento de microorganismos en él.
Con este diseño experimental, sencillo y elegante, Pasteur desbarataba las críticas basadas en una presunta alteración de las propiedades del aire por efecto del calor. Es digno de mención el hecho de que algunos de los matraces de Pasteur, que se conservan en el Instituto que lleva su nombre en París, permanecen libres de crecimiento microbiano en la actualidad, después de casi 150 años.
Es frecuente olvidar, cuando se habla de la refutación de la teoría de la generación espontánea, que tal refutación se refiere a la ocurrencia de este fenómeno en las condiciones actuales del planeta Tierra. Por ello conviene poner de manifiesto que las teorías actualmente aceptadas acerca del propio origen de la vida describen una suerte de “generación espontánea” ocurrida en el océano primitivo de nuestro planeta, en unas condiciones ambientales muy diferentes de las actuales.
6. MICROBIOLOGÍA
Otro hito en la historia de la microbiología lo supuso el reconocimiento del papel de los microorganismos, en concreto de las levaduras, en los procesos de fermentación de los que se obtienen las bebidas alcohólicas y distintos tipos de alimentos. Fue también Louis Pasteur, que trabajó varios años al servicio de industriales fermentadores de la ciudad de Lille, quien identificó los distintos tipos de levaduras implicados en los distintos tipos de fermentación.
De todos modos, el principal impulso de la microbiología resultó del reconocimiento del papel de los microorganismos en las enfermedades de carácter infeccioso. Aunque la existencia de organismos parásitos del tipo de los piojos o las lombrices intestinales, tanto en humanos como en el ganado, era conocida desde la antigüedad, el hecho de que distintos tipos de microorganismos podían también ejercer el parasitismo y causar enfermedades en los organismos hospedadores no fue reconocido hasta la segunda mitad del siglo XIX.
La relación de los microorganismos con numerosas enfermedades humanas fue establecida inicialmente por Robert Koch , que identificó y aisló en 1876 a la especie bacteriana Bacillus anthracis como causante del ántrax. El descubrimiento de Koch fue seguido por la identificación y aislamiento de numerosos gérmenes causantes de un buen número de enfermedades, entre ellos los del cólera, difteria, tétanos, peste, sífilis y otros muchos.
El enorme interés que despertó la relación entre microorganismos y enfermedad y las expectativas creadas de que se pudieran tratar enfermedades hasta entonces consideradas incurables propiciaron un gran auge de la microbiología, como ciencia auxiliar de la medicina, en los primeros años del siglo XX.
Se desarrollaron técnicas para el cultivo de los microorganismos y también para su aislamiento y manipulación así como para su observación microscópica, incluyendo el uso de una gran variedad de colorantes y mejoras en el diseño de los microscopios. La búsqueda de sustancias capaces de matar a determinados microorganismos sin afectar a las células del hospedador condujo al uso generalizado de los antibióticos a mediados del siglo XX, lo que supuso un gran avance en el tratamiento de la mayoría de las enfermedades infecciosas.
Por otra parte, dada la facilidad con que se pueden cultivar y manipular y su relativa simplicidad morfológica y funcional, el estudio de los microorganismos, en particular de las bacterias y los virus, ha sido y sigue siendo de gran utilidad en el desarrollo de los conocimientos genéticos y bioquímicos.
7. CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
La relación de los microorganismos con numerosas enfermedades humanas fue establecida inicialmente por Robert Koch , que identificó y aisló en 1876 a la especie bacteriana Bacillus anthracis como causante del ántrax. El descubrimiento de Koch fue seguido por la identificación y aislamiento de numerosos gérmenes causantes de un buen número de enfermedades, entre ellos los del cólera, difteria, tétanos, peste, sífilis y otros muchos.
El enorme interés que despertó la relación entre microorganismos y enfermedad y las expectativas creadas de que se pudieran tratar enfermedades hasta entonces consideradas incurables propiciaron un gran auge de la microbiología, como ciencia auxiliar de la medicina, en los primeros años del siglo XX.
Se desarrollaron técnicas para el cultivo de los microorganismos y también para su aislamiento y manipulación así como para su observación microscópica, incluyendo el uso de una gran variedad de colorantes y mejoras en el diseño de los microscopios. La búsqueda de sustancias capaces de matar a determinados microorganismos sin afectar a las células del hospedador condujo al uso generalizado de los antibióticos a mediados del siglo XX, lo que supuso un gran avance en el tratamiento de la mayoría de las enfermedades infecciosas.
Por otra parte, dada la facilidad con que se pueden cultivar y manipular y su relativa simplicidad morfológica y funcional, el estudio de los microorganismos, en particular de las bacterias y los virus, ha sido y sigue siendo de gran utilidad en el desarrollo de los conocimientos genéticos y bioquímicos.
7. CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
La clasificación de los seres vivos que obtuvo más aceptación y resultó más duradera después de la de Linné fue el sistema de los cinco reinos propuesto por R. Whittaker en 1959 y ampliamente divulgado por Lynn Margulis en su obra Five Kingdoms. Este sistema divide a los seres vivos en los siguientes cinco reinos:
La introducción de las técnicas de secuenciación de las proteínas y más tarde de los ácidos nucleicos, provocó un vuelco en los sistemas de clasificación de los seres vivos. La aplicación de estas técnicas a la clasificación de los seres vivos descansa sobre el supuesto de que secuencias similares de aminoácidos o nucleótidos denotan un mayor parentesco evolutivo entre las especies que las presentan, mientras que secuencias muy diferentes irían asociadas con una mayor divergencia a partir de un antepasado común más remoto.
A mediados de la década de 1970 Carl R. Woese decidió aplicar estas técnicas tomando como referencia la secuencia de un gen que está presente en todas las formas de vida celular conocidas: el gen que codifica la molécula de rRNA 16S de la subunidad pequeña del ribosoma. Los primeros estudios confirmaron en líneas generales la corrección de las clasificaciones precedentes, realizadas sobre la base de estudios de tipo morfológico.
Sin embargo, en el curso de estos estudios se produjo el descubrimiento de un nuevo grupo de microorganismos, las arqueobacterias, que hasta entonces había pasado desapercibido debido a su gran similitud morfológica con las bacterias, pero que presentaban claras divergencias a nivel bioquímico con respecto a éstas.
Woese propuso en 1977 una nueva clasificación en la que el primitivo reino monera era sustituido por dos nuevos reinos: eubacteria, que incluía a las bacterias conocidas hasta entonces, y archaeobacteria, que incluía al grupo recién descubierto. Se ampliaba así el número de reinos a seis. Posteriormente el análisis más detallado de los datos moleculares reveló que existía un mayor parentesco evolutivo entre los organismos eucariotas y las arqueobacterias que entre éstas y las eubacterias, lo que condujo a Woese en 1990 a modificar su propuesta inicial sustituyendo la clasificación de los seis reinos por otra más simplificada que dividía a los seres vivos en tres grandes dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya.
El sistema de los tres dominios, con sus respectivas subdivisiones que equivaldrían a los tradicionales reinos, goza entre los estudiosos de la evolución de una aceptación bastante amplia aunque no total.
En los últimos años, diferentes estudios acerca de la ultraestructura celular atestiguan que existe una diversidad mucho mayor de lo que se creía dentro del dominio eukarya. Ello ha conducido a que muchos investigadores hayan propuesto la fragmentación del primitivo reino protistas en múltiples grupos que según muchos de ellos merecen la categoría taxonómica de reino.
En resumen, parece llegado el momento de desechar definitivamente las antiguas clasificaciones basadas en criterios antropocentristas (o al menos “animalia-centristas”) para adoptar un sistema de clasificación mucho más racional basado en el principio de ascendencia común. Está en marcha un ambicioso proyecto denominado The tree of life web (ToL), basado en la filosofía de la sistemática filogenética, en el que biólogos de todo el mundo están colaborando en la construcción de un sistema completo de clasificación filogenético en el que se plasme la unidad y la diversidad de la vida sobre la Tierra.
En la Figura se observa una versión simplificada del árbol filogenético se puede apreciar que sólo tres ramas terminales (las que corresponden a animales, hongos y plantas) corresponden mayoritariamente a organismos pluricelulares, mientras que todas las demás corresponden a distintos tipos de microorganismos.
Otro aspecto a tener en cuenta es que las formas de vida subcelular (virus, viroides y priones) no aparecen reflejados en los sistemas de clasificación o árboles filogenéticos descritos. La razón es que estas formas parásitas intracelulares no parecen tener un origen común, sino más bien haber evolucionado en paralelo a partir de formas celulares de los distintos grupos de organismos a los que parasitan. Tradicionalmente se vienen considerando como un grupo aparte, con características especiales que justifican su no inclusión en las categorías taxonómicas establecidas.
ANIMACIONES
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8. MICROORGANISMOS PROCARIONTES
- Moneras: incluye a todos los organismos procariontes
- Protistas: incluye a todos los eucariontes unicelulares (antiguos protozoos, algas y hongos unicelulares)
- Fungi: incluye a todos los hongos pluricelulares (que se desgajan así del reino vegetal)
- Plantae: incluye todos los hasta entonces llamados vegetales pluricelulares con excepción de los hongos
- Animales: incluye a todos los hasta entonces llamados animales pluricelulares o metazoos.
La introducción de las técnicas de secuenciación de las proteínas y más tarde de los ácidos nucleicos, provocó un vuelco en los sistemas de clasificación de los seres vivos. La aplicación de estas técnicas a la clasificación de los seres vivos descansa sobre el supuesto de que secuencias similares de aminoácidos o nucleótidos denotan un mayor parentesco evolutivo entre las especies que las presentan, mientras que secuencias muy diferentes irían asociadas con una mayor divergencia a partir de un antepasado común más remoto.
A mediados de la década de 1970 Carl R. Woese decidió aplicar estas técnicas tomando como referencia la secuencia de un gen que está presente en todas las formas de vida celular conocidas: el gen que codifica la molécula de rRNA 16S de la subunidad pequeña del ribosoma. Los primeros estudios confirmaron en líneas generales la corrección de las clasificaciones precedentes, realizadas sobre la base de estudios de tipo morfológico.
Sin embargo, en el curso de estos estudios se produjo el descubrimiento de un nuevo grupo de microorganismos, las arqueobacterias, que hasta entonces había pasado desapercibido debido a su gran similitud morfológica con las bacterias, pero que presentaban claras divergencias a nivel bioquímico con respecto a éstas.
Woese propuso en 1977 una nueva clasificación en la que el primitivo reino monera era sustituido por dos nuevos reinos: eubacteria, que incluía a las bacterias conocidas hasta entonces, y archaeobacteria, que incluía al grupo recién descubierto. Se ampliaba así el número de reinos a seis. Posteriormente el análisis más detallado de los datos moleculares reveló que existía un mayor parentesco evolutivo entre los organismos eucariotas y las arqueobacterias que entre éstas y las eubacterias, lo que condujo a Woese en 1990 a modificar su propuesta inicial sustituyendo la clasificación de los seis reinos por otra más simplificada que dividía a los seres vivos en tres grandes dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya.
El sistema de los tres dominios, con sus respectivas subdivisiones que equivaldrían a los tradicionales reinos, goza entre los estudiosos de la evolución de una aceptación bastante amplia aunque no total.
En los últimos años, diferentes estudios acerca de la ultraestructura celular atestiguan que existe una diversidad mucho mayor de lo que se creía dentro del dominio eukarya. Ello ha conducido a que muchos investigadores hayan propuesto la fragmentación del primitivo reino protistas en múltiples grupos que según muchos de ellos merecen la categoría taxonómica de reino.
En resumen, parece llegado el momento de desechar definitivamente las antiguas clasificaciones basadas en criterios antropocentristas (o al menos “animalia-centristas”) para adoptar un sistema de clasificación mucho más racional basado en el principio de ascendencia común. Está en marcha un ambicioso proyecto denominado The tree of life web (ToL), basado en la filosofía de la sistemática filogenética, en el que biólogos de todo el mundo están colaborando en la construcción de un sistema completo de clasificación filogenético en el que se plasme la unidad y la diversidad de la vida sobre la Tierra.
En la Figura se observa una versión simplificada del árbol filogenético se puede apreciar que sólo tres ramas terminales (las que corresponden a animales, hongos y plantas) corresponden mayoritariamente a organismos pluricelulares, mientras que todas las demás corresponden a distintos tipos de microorganismos.
Otro aspecto a tener en cuenta es que las formas de vida subcelular (virus, viroides y priones) no aparecen reflejados en los sistemas de clasificación o árboles filogenéticos descritos. La razón es que estas formas parásitas intracelulares no parecen tener un origen común, sino más bien haber evolucionado en paralelo a partir de formas celulares de los distintos grupos de organismos a los que parasitan. Tradicionalmente se vienen considerando como un grupo aparte, con características especiales que justifican su no inclusión en las categorías taxonómicas establecidas.
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8. MICROORGANISMOS PROCARIONTES
Bacterias y arqueobacterias comparten la mayoría de sus características morfológicas, por lo que la existencia de éstas últimas como grupo diferenciado pasó desapercibida durante mucho tiempo. Las diferencias entre ambos grupos se encuentran sobre todo a nivel bioquímico y, en cierta medida, también ecológico.
8.1. ARQUEOBACTERIAS
Entre las características bioquímicas que diferencian a ambos grupos destaca la presencia generalizada de intrones en los genes de las arqueobacterias mientras que en las bacterias son prácticamente inexistentes.
Este rasgo de las arqueobacterias es compartido con las células eucariotas, lo que apoya la idea, previamente enunciada sobre la base del análisis de secuencias de algunos genes, de un parentesco evolutivo mayor entre ambos grupos que el que cualquiera de ellos exhibe en relación con las bacterias. Dicho de otro modo: existió un antepasado común de arqueas y eucariontes, que no lo fue de las bacterias. Tal circunstancia constituye un sólido apoyo argumental a favor de la clasificación filogenética que hemos llamado “de los tres dominios”.
El descubrimiento de las arqueobacterias se produjo a raíz del interés que suscitaron ciertos microorganismos, hasta entonces considerados bacterias ordinarias, que habitaban en ambientes con condiciones físico-químicas extremas. Algunos de ellos viven en fuentes termales a temperaturas próximas a los 100ºC, otros en aguas con concentraciones salinas 10 veces superiores a las máximas toleradas por la mayoría de las células. En principio se consideró que este carácter “extremófilo” era una característica exclusiva de las arqueobacterias, pero pronto se vio que algunas especies de este grupo habitaban en ambientes con condiciones mucho más suaves.
8.2. EUBACTERIAS
Se trata de microorganismos unicelulares procariotas, cuyo tamaño oscila entre 1 y 10 micras (como son muy pequeñas no necesitan citoesqueleto), adaptados a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático, pues en las diferentes estirpes bacterianas pueden observarse todas las formas de nutrición conocidas. Las hay:
Esta notable diversidad de funciones convierte a las bacterias en organismos indispensables para el mantenimiento del equilibrio ecológico, ya que, como se verá más adelante, contribuyen al mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos que permiten el reciclaje de la materia en la biosfera.
La mayor parte de las bacterias adoptan formas características. Son unicelulares, pero también aparecen agrupadas cuando se mantienen unidas tras la bipartición. Entre las formas más comunes destacan las siguientes.
El estudio de las bacterias se realiza mediante cultivos, que consisten, en esencia, en extractos nutritivos estériles, ya sean líquidos o sólidos.
8.2.1. ESTRUCTURA BACTERIANA
Los componentes estructurales básicos de las bacterias son:
Pared bacteriana: Estructura presente en todas las bacterias. Es una envoltura rígida exterior a la membrana. Da forma a la bacteria y sobre todo soporta las fuertes presiones osmóticas de su interior.
Los componentes fundamentales de la pared son los peptidoglucanos o mureínas, formados por anillos de polisacáridos complejos enlazados con oligopéptidos. Además contiene otros elementos diferentes según pertenezca al grupo de las Gram negativas o al de las Gram positivas:
a) 1 minuto en cristal violeta de Hucker (colorante inicial)
b) se lava con agua destilada
c) 1 minuto en lugol (mordiente)
d) se decolora con alcohol de 95º (decolorante)
e) se lava con agua destilada
f) 1 minuto en fucsina (colorante de contraste)
g) se lava con agua corriente
h) se seca suavemente y sin frotar con papel de filtro
Una vez que la preparación está totalmente seca, poner una gota muy pequeña de aceite de cedro y observar al microscopio con el objetivo de inmersión.
Las bacterias que aparecen coloreadas de violeta son Gram+ y las que aparecen coloreadas de rojo más o menos intenso, son Gram-
Cápsula bacteriana. En numerosas bacterias se forma en la parte externa de la pared una cápsula viscosa compuesta por sustancias glucídicas. Esta envoltura, que se presenta en casi todas las bacterias patógenas, las protege de la desecación y de la fagocitosis por los leucocitos del hospedador, así como del ataque de los anticuerpos, lo que aumenta la virulencia de las bacterias encapsuladas. La presencia de la cápsula no es, sin embargo, un carácter diferenciador, pues determinadas bacterias pueden o no formarla en función de los medios de cultivo.
Membrana. Es una envoltura que rodea al citoplasma. Está constituida por una membrana de tipo unitario de 75 Å de espesor. Su estructura es idéntica a la de las células eucariotas, variando sólo en algunas de las moléculas que la componen; por ejemplo, en la membrana bacteriana no hay esteroides. Una particularidad que presenta la membrana bacteriana es la existencia de unos repliegues internos que reciben el nombre de mesosomas.
Las funciones de la membrana plasmática bacteriana son las mismas que en la célula eucariota, es decir, limitan la bacteria y regulan el paso de sustancias nutritivas. Los mesosomas incrementan la superficie de la membrana plasmática y además tienen gran importancia en la fisiología bacteriana, puesto que en ellos hay gran cantidad de enzimas responsables de importantes funciones celulares, entre las que destacan las siguientes:
Ribosomas. Son corpúsculos similares a los de las células eucarióticas, aunque de menor tamaño (su velocidad de sedimentación es de 70 S), compuestos por una subunidad pequeña de (30 S) y otra mayor de (50 S). Se encuentran dispersos en el protoplasma bacteriano, aislados o asociados en cadenas de ARNm (polirribosomas), y se encargan de la síntesis de proteínas.
Cromosoma bacteriano. El ADN de la bacteria está constituido por una sola molécula en doble hélice (esta molécula es muy grande en comparación con el tamaño de la bacteria), circular, superenrollada y asociada a proteínas no histonas. Suele estar unida a los mesosomas. En las células bacterianas puede haber también una o varias moléculas de ADN extracromosómico de menor masa molecular que el cromosoma denominadas plásmidos. Estos plásmidos, en algunas bacterias, pueden tener genes que las protegen de los antibióticos o también genes que intervienen en los procesos de reproducción (plásmido F).
Inclusiones. En el protoplasma bacteriano se encuentra una gran variedad de granulaciones, que cumplen, generalmente, la función de depósitos de sustancias de reserva.
Flagelos. Son apéndices filiformes de mayor longitud que la bacteria que permiten su locomoción. Se presentan en número y disposición variable y están formados por fibrillas proteicas compuestas de una proteína llamada flagelina.
Fimbrias o pili. Son filamentos huecos, delgados y rectos, situados en la superficie de determinadas bacterias y cuya función no está relacionada con la locomoción, sino con la adherencia a los substratos y el intercambio de fragmentos de ADN durante la conjugación.
ANIMACIONES
8.2.2. FUNCIONES DE NUTRICIÓN EN LAS BACTERIAS
La mayor parte de las bacterias son heterótrofas y deben tomar el alimento orgánico sintetizado por otros organismos. La obtención del alimento la hacen por diversos caminos:
Otras bacterias son autótrofas y utilizan compuestos inorgánicos para su nutrición:
8.2.3. FUNCIONES DE RELACIÓN EN LAS BACTERIAS
Las bacterias responden a un número elevado de estímulos ambientales diversos mediante modificaciones de su actividad metabólica o de su comportamiento. Ciertas clases, ante los estímulos adversos del ambiente, provocan la formación de esporas de resistencia, que, al ser intracelulares, se denominan endosporas.
8.1. ARQUEOBACTERIAS
Entre las características bioquímicas que diferencian a ambos grupos destaca la presencia generalizada de intrones en los genes de las arqueobacterias mientras que en las bacterias son prácticamente inexistentes.
Este rasgo de las arqueobacterias es compartido con las células eucariotas, lo que apoya la idea, previamente enunciada sobre la base del análisis de secuencias de algunos genes, de un parentesco evolutivo mayor entre ambos grupos que el que cualquiera de ellos exhibe en relación con las bacterias. Dicho de otro modo: existió un antepasado común de arqueas y eucariontes, que no lo fue de las bacterias. Tal circunstancia constituye un sólido apoyo argumental a favor de la clasificación filogenética que hemos llamado “de los tres dominios”.
El descubrimiento de las arqueobacterias se produjo a raíz del interés que suscitaron ciertos microorganismos, hasta entonces considerados bacterias ordinarias, que habitaban en ambientes con condiciones físico-químicas extremas. Algunos de ellos viven en fuentes termales a temperaturas próximas a los 100ºC, otros en aguas con concentraciones salinas 10 veces superiores a las máximas toleradas por la mayoría de las células. En principio se consideró que este carácter “extremófilo” era una característica exclusiva de las arqueobacterias, pero pronto se vio que algunas especies de este grupo habitaban en ambientes con condiciones mucho más suaves.
8.2. EUBACTERIAS
Se trata de microorganismos unicelulares procariotas, cuyo tamaño oscila entre 1 y 10 micras (como son muy pequeñas no necesitan citoesqueleto), adaptados a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático, pues en las diferentes estirpes bacterianas pueden observarse todas las formas de nutrición conocidas. Las hay:
- Autótrofas: fotosintéticas y quimiosintéticas
- Heterótrofas: saprófitas, simbióticas y parasitarias.
Esta notable diversidad de funciones convierte a las bacterias en organismos indispensables para el mantenimiento del equilibrio ecológico, ya que, como se verá más adelante, contribuyen al mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos que permiten el reciclaje de la materia en la biosfera.
La mayor parte de las bacterias adoptan formas características. Son unicelulares, pero también aparecen agrupadas cuando se mantienen unidas tras la bipartición. Entre las formas más comunes destacan las siguientes.
- Cocos. De aspecto redondeado, que aparecen aislados o en grupos de dos: diplococos, otras veces forman cadenas arrosariadas: estreptococos, grupos arracimados: estafilococos, o masas cúbicas: sarcinas. Esta diversidad depende de que la división de las células se dé a lo largo de uno, dos o tres ejes. Las bacterias con forma de cocos tienen una relación superficie/volumen mínima, son bacterias con poca relación con el exterior, muy resistentes y se transmiten por el aire. Son pequeñas y exigentes con el medio de cultivo. Suelen ser patógenas: Streptococcus, Staphylococcus, etc.
- Bacilos. Alargados y cilíndricos, en forma de bastón; a veces se presentan en cadenas lineales o ramificadas. Presentan mayor relación superficie/volumen que los cocos y obtienen nutrientes con mucha mayor efectividad, por lo que pueden vivir en lugares pobres en nutrientes (vías urinarias, agua ....). Por el contrario, son menos resistentes, susceptibles a los cambios ambientales y no pueden transmitirse por el aire, sólo lo hacen por líquidos o superficies húmedas. Los más grandes (Baccillus y Clostridium) desarrollan endosporas para resistir los períodos de condiciones precarias.
- Espirilos. Con forma de hélice o espiral; las espiroquetas tienen un aspecto similar, pero con la espiral más acusada. Las formas espirales se mueven en medios viscosos avanzando en tornillo. Su diámetro es muy pequeño, lo hace que puedan atravesar las mucosas; por ejemplo: Treponema pallidum, causante de la sífilis. Son más sensibles a las condiciones ambientales que los bacilos, por eso cuando son patógenas se transmiten por contacto directo (vía sexual) o mediante vectores, normalmente artrópodos hematófagos.
- Vibrios. Son muy cortos y curvados, en forma de coma. Ejemplo: Vibrio cholerae.
El estudio de las bacterias se realiza mediante cultivos, que consisten, en esencia, en extractos nutritivos estériles, ya sean líquidos o sólidos.
- Los líquidos, preparados en tubos de ensayo debidamente tapados con algodón graso y esterilizados, suelen ser caldo de carne, suero sanguíneo y sangre, enriquecidos con ciertas sustancias sin las cuales no pueden reproducirse (aminoácidos, peptona, etc.).
- Los sólidos se obtienen a partir de los líquidos mediante adición de agar-agar o gelatina en caliente, luego se vierte sobre tubos de ensayo inclinados o sobre cajas de Petri; posteriormente se esterilizan, se siembran utilizando el asa de platino, y se colocan en la estufa de cultivo a la temperatura adecuada que favorezca su multiplicación.
8.2.1. ESTRUCTURA BACTERIANA
Los componentes estructurales básicos de las bacterias son:
Pared bacteriana: Estructura presente en todas las bacterias. Es una envoltura rígida exterior a la membrana. Da forma a la bacteria y sobre todo soporta las fuertes presiones osmóticas de su interior.
Los componentes fundamentales de la pared son los peptidoglucanos o mureínas, formados por anillos de polisacáridos complejos enlazados con oligopéptidos. Además contiene otros elementos diferentes según pertenezca al grupo de las Gram negativas o al de las Gram positivas:
- En las Gram negativas, bacterias que se tiñen de rojo con la tinción de Gram, hay una sola capa de péptidoglucanos sobre la que se dispone una membrana externa constituida por una capa de fosfolípidos y otra de glicolípidos asociados, estos últimos, a polisacáridos que se proyectan hacia el exterior.
- En las bacterias Gram positivas la red de peptidoglucanos origina varias capas superpuestas, es gruesa y homogénea y no hay membrana externa, estas bacterias se tiñen de violeta con la tinción de Gram..
Algunos antibióticos actúan sobre los componentes moleculares de la pared; por ejemplo, la lisozima (presente en las lágrimas, moco nasal y en la mayoría de los tejidos y secreciones) que actúa rompiendo los enlaces glucosídicos de los péptidoglucanos, lo que provoca la lisis por ósmosis de la bacteria; otros, como la penicilina, son antibióticos bacteriostáticos porque inhiben la síntesis de los péptidoglucanos y, por ello, interrumpen el crecimiento bacteriano.
TINCIÓN DE GRAM.
Extensión: En un porta bien limpio (con alcohol, papel de filtro y flameado) se coloca una gota de agua destilada a la que, con el asa de siembra, previamente esterilizada a la llama, se lleva una pequeña cantidad de suspensión de bacterias o, en su caso, de una colonia.
Con el asa se extiende la gota y las bacterias sobre el porta y se fija la extensión por el calor, calentando suavemente a la llama del mechero hasta que se seque.
2) Coloración:Extensión: En un porta bien limpio (con alcohol, papel de filtro y flameado) se coloca una gota de agua destilada a la que, con el asa de siembra, previamente esterilizada a la llama, se lleva una pequeña cantidad de suspensión de bacterias o, en su caso, de una colonia.
Con el asa se extiende la gota y las bacterias sobre el porta y se fija la extensión por el calor, calentando suavemente a la llama del mechero hasta que se seque.
a) 1 minuto en cristal violeta de Hucker (colorante inicial)
b) se lava con agua destilada
c) 1 minuto en lugol (mordiente)
d) se decolora con alcohol de 95º (decolorante)
e) se lava con agua destilada
f) 1 minuto en fucsina (colorante de contraste)
g) se lava con agua corriente
h) se seca suavemente y sin frotar con papel de filtro
Una vez que la preparación está totalmente seca, poner una gota muy pequeña de aceite de cedro y observar al microscopio con el objetivo de inmersión.
Las bacterias que aparecen coloreadas de violeta son Gram+ y las que aparecen coloreadas de rojo más o menos intenso, son Gram-
Cápsula bacteriana. En numerosas bacterias se forma en la parte externa de la pared una cápsula viscosa compuesta por sustancias glucídicas. Esta envoltura, que se presenta en casi todas las bacterias patógenas, las protege de la desecación y de la fagocitosis por los leucocitos del hospedador, así como del ataque de los anticuerpos, lo que aumenta la virulencia de las bacterias encapsuladas. La presencia de la cápsula no es, sin embargo, un carácter diferenciador, pues determinadas bacterias pueden o no formarla en función de los medios de cultivo.
Membrana. Es una envoltura que rodea al citoplasma. Está constituida por una membrana de tipo unitario de 75 Å de espesor. Su estructura es idéntica a la de las células eucariotas, variando sólo en algunas de las moléculas que la componen; por ejemplo, en la membrana bacteriana no hay esteroides. Una particularidad que presenta la membrana bacteriana es la existencia de unos repliegues internos que reciben el nombre de mesosomas.
Las funciones de la membrana plasmática bacteriana son las mismas que en la célula eucariota, es decir, limitan la bacteria y regulan el paso de sustancias nutritivas. Los mesosomas incrementan la superficie de la membrana plasmática y además tienen gran importancia en la fisiología bacteriana, puesto que en ellos hay gran cantidad de enzimas responsables de importantes funciones celulares, entre las que destacan las siguientes:
- Transporte de los electrones, mediante el conjunto de transportadores de la cadena respiratoria, y fosforilación oxidativa.
- Síntesis de diversos componentes de la membrana, la pared y la cápsula.
- Contienen los pigmentos fotosintéticos y demás componentes de los fotosistemas.
- La ADN polimerasa de los mesosomas regula el proceso de duplicación del ADN.
Ribosomas. Son corpúsculos similares a los de las células eucarióticas, aunque de menor tamaño (su velocidad de sedimentación es de 70 S), compuestos por una subunidad pequeña de (30 S) y otra mayor de (50 S). Se encuentran dispersos en el protoplasma bacteriano, aislados o asociados en cadenas de ARNm (polirribosomas), y se encargan de la síntesis de proteínas.
Cromosoma bacteriano. El ADN de la bacteria está constituido por una sola molécula en doble hélice (esta molécula es muy grande en comparación con el tamaño de la bacteria), circular, superenrollada y asociada a proteínas no histonas. Suele estar unida a los mesosomas. En las células bacterianas puede haber también una o varias moléculas de ADN extracromosómico de menor masa molecular que el cromosoma denominadas plásmidos. Estos plásmidos, en algunas bacterias, pueden tener genes que las protegen de los antibióticos o también genes que intervienen en los procesos de reproducción (plásmido F).
Inclusiones. En el protoplasma bacteriano se encuentra una gran variedad de granulaciones, que cumplen, generalmente, la función de depósitos de sustancias de reserva.
Flagelos. Son apéndices filiformes de mayor longitud que la bacteria que permiten su locomoción. Se presentan en número y disposición variable y están formados por fibrillas proteicas compuestas de una proteína llamada flagelina.
Fimbrias o pili. Son filamentos huecos, delgados y rectos, situados en la superficie de determinadas bacterias y cuya función no está relacionada con la locomoción, sino con la adherencia a los substratos y el intercambio de fragmentos de ADN durante la conjugación.
ANIMACIONES
8.2.2. FUNCIONES DE NUTRICIÓN EN LAS BACTERIAS
La mayor parte de las bacterias son heterótrofas y deben tomar el alimento orgánico sintetizado por otros organismos. La obtención del alimento la hacen por diversos caminos:
- Las bacterias de vida libre suelen ser saprófitas, viven sobre materia orgánica muerta.
- Muchas viven en relación estrecha con otros organismos. De ellas, la mayoría son comensales y no causan daños ni aportan beneficios a su huésped
- Algunas son parásitas (producen enfermedades)
- Otras son simbiontes.
Otras bacterias son autótrofas y utilizan compuestos inorgánicos para su nutrición:
- Las autótrofas fotosintéticas, como las bacterias sulfurosas verdes y purpúreas. No utilizan agua como dador de electrones en la fotosíntesis, sino otros compuestos, como el sulfuro de hidrógeno, y no producen oxígeno. Al poseer pigmentos que absorben luz casi infrarroja, pueden realizar la fotosíntesis prácticamente sin luz visible.
- Las autótrofas quimiosintéticas, a diferencia de las fotosintéticas, utilizan la energía quedesprenden ciertos compuestos inorgánicos al oxidarse.
- Bacterias del hidrógeno: activan el hidrógeno molecular con ayuda de hidrogenasas y lo utilizan para obtener energía.
- Sulfobacterias:obtienen la energía por oxidación de compuestos reducidos de azufre, dando sulfato como producto final.
- Ferrobacterias: algunas bacterias viven en aguas ricas en compuestos de hierro ferroso, absorben estas sustancias y las oxidan a hierro férrico, que forma hidróxido férrico, muy insoluble y que precipita.
- Bacterias nitrificantes: oxidan compuestos reducidos del nitrógeno presentes en el suelo. Las del género Nitrosomonasoxidan el amoniaco a nitritos. Las bacterias nitrificantes, como Nitrobacter, oxidan los nitritos a nitratos. En este vídeo nos cuentan un poco más de la acción de estas bacterias.
Las bacterias responden a un número elevado de estímulos ambientales diversos mediante modificaciones de su actividad metabólica o de su comportamiento. Ciertas clases, ante los estímulos adversos del ambiente, provocan la formación de esporas de resistencia, que, al ser intracelulares, se denominan endosporas.
Las endosporas bacterianas son estructuras destinadas a proteger el ADN y el resto del contenido protoplasmático, cuya actividad metabólica se reduce al estado de vida latente; pueden resistir temperaturas de hasta 80ºC y soportan la acción de diversos agentes físicos y químicos. En condiciones favorables germinan y dan lugar a una nueva bacteria (forma vegetativa).
Pero la respuesta más generalizada consiste en movimientos de acercamiento o distanciamiento respecto a la fuente de los estímulos (taxias) que pueden ser de varios tipos: flagelar, de reptación o flexuosos (parecido al de las serpientes, pero en espiral).
8.2.4. FUNCIONES DE REPRODUCCIÓN Y GENÉTICA BACTERIANA
Reproducción por bipartición: Generalmente las bacterias se multiplican por bipartición o división binaria; tras la replicación del ADN, que está dirigida por la ADN polimerasa de los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias.
8.2.4. FUNCIONES DE REPRODUCCIÓN Y GENÉTICA BACTERIANA
Reproducción por bipartición: Generalmente las bacterias se multiplican por bipartición o división binaria; tras la replicación del ADN, que está dirigida por la ADN polimerasa de los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias.
Ahora bien, además de este tipo de reproducción asexual, las bacterias poseen también un conjunto de mecanismos, definidos como parasexuales, mediante los cuales se intercambian fragmentos de ADN; esta transferencia de información genética de una bacteria a otra puede realizarse por conjugación, transformación o transducción:
Conjugación. Es un mecanismo mediante el cual una bacteria donadora (bacteria F+ por tener un plásmido llamado plásmido F) transmite a través de las fimbrias o pili el plásmido F o también un fragmento de su ADN a otra bacteria receptora (a la que llamaremos F- por no tener el plásmido F). La bacteria F- se convertirá así en F+ al tener el plásmido F e incluso podrá adquirir genes de la bacteria F+ que hayan pasado junto con el plásmido F.
Las bacterias donadoras son las que poseen, además del cromosoma bacteriano, pequeñas cadenas de ADN de doble hélice y circulares, denominadasepisomas o factores F. Estas bacterias se denominan F+ cuando el factor F está separado del cromosoma; pero, en ocasiones, este factor puede integrarse en el cromosoma, que se abre y se transforma en una cadena lineal, con lo que la bacteria F+ queda convertida en Hfr (alta frecuencia de recombinación). Las bacterias receptoras carecen de episomas y se denominan F- .
Durante la conjugación uno de los factores F de una bacteria F+ pasa a través de las fimbrias a una bacteria F- , que se cambia en F+ y adquiere la capacidad de formar estos pili sexuales, mientras que la bacteria F+, como posee varias copias del episoma no pierde su condición de donadora.
Las bacterias Hfr, sin embargo, pueden transferir la totalidad o parte de su ADN cromosómico a través de las fimbrias a una bacteria F- . Para ello, previamente, deben duplicar su ADN cromosómico, junto con el episoma que lleva integrado, y una de las copias del cromosoma puede trasladarse a una bacteria F- (generalmente sólo pasan fragmentos cromosómicos debido a la fragilidad de las fimbrias).
El factor F suele permanecer en la bacteria Hfr, ya que se encuentra inserto en la región terminal del cromosoma que casi nunca circula a través de las fimbrias, porque éstas se destruyen antes de que les de tiempo a pasar. Los genes que han logrado atravesar el pili se integran en el cromosoma de la bacteria F-, que de esta forma adquiere caracteres de la Hfr (se producen fenómenos de sobrecruzamiento y recombinación génica entre el cromosoma y los fragmentos).
Durante la conjugación uno de los factores F de una bacteria F+ pasa a través de las fimbrias a una bacteria F- , que se cambia en F+ y adquiere la capacidad de formar estos pili sexuales, mientras que la bacteria F+, como posee varias copias del episoma no pierde su condición de donadora.
Las bacterias Hfr, sin embargo, pueden transferir la totalidad o parte de su ADN cromosómico a través de las fimbrias a una bacteria F- . Para ello, previamente, deben duplicar su ADN cromosómico, junto con el episoma que lleva integrado, y una de las copias del cromosoma puede trasladarse a una bacteria F- (generalmente sólo pasan fragmentos cromosómicos debido a la fragilidad de las fimbrias).
El factor F suele permanecer en la bacteria Hfr, ya que se encuentra inserto en la región terminal del cromosoma que casi nunca circula a través de las fimbrias, porque éstas se destruyen antes de que les de tiempo a pasar. Los genes que han logrado atravesar el pili se integran en el cromosoma de la bacteria F-, que de esta forma adquiere caracteres de la Hfr (se producen fenómenos de sobrecruzamiento y recombinación génica entre el cromosoma y los fragmentos).
Transformación. Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. Sólo algunas bacterias pueden ser transformadas. Las que pueden serlo se dice que son competentes.
Transducción. En este caso la transferencia de material genético de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago que por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. El virus, al infectar a otra bacteria, le puede transmitir parte del genoma de la bacteria anteriormente infectada.
PRESENTACIONES Y CONTENIDOS ANIMADOS MONERAS
Curiosidades sobre las bacterias
ACTIVIDADES: 30 1 2 35 36 46 47 48 53 59 103 113 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
9. MICROORGANISMOS EUCARIONTES
Los miembros del antiguo reino protistas, es decir, los eucariontes unicelulares se venían dividiendo tradicionalmente en tres grupos: protozoos, algas unicelulares. Esta división se basaba en ciertas características como la presencia o no de pared celular, la estructura de los órganos del movimiento como cilios y flagelos, y la presencia o ausencia de pigmentos fotosintéticos.
Parece razonable pensar que cuando los organismos eucariontes evolucionaron, hace entre 1.500 y 2.000 millones de años, a partir de procariontes ancestrales, tuvieron un gran éxito adaptativo colonizando rápidamente multitud de hábitats diferentes. Ello trajo consigo una gran diversificación que ha quedado plasmada en la gran cantidad de estirpes que han llegado hasta nuestros días.
9.1. PROTOZOOS
Son organismos formados por una sola célula, es decir, poseen la estructura típica de una célula eucariótica animal, aunque en ocasiones presenta una mayor complejidad en su organización. Tienen una membrana plasmática que los rodea y delimita, algunos forman un caparazón duro, calizo o silíceo, o bien una fina envoltura de quitina.
Su forma y tamaño son variables, pero casi todos ellos son microscópicos por lo que deben observarse al microscopio.
Algunos viven libres en aguas dulce o saladas. Cuando se deseca el medio en que viven forman un caparazón y se enquistan.Muchos de ellos son heterótrofos, entre los que se encuentran algunos que son parásitos de algunos animales. Algunos son parásitos del ser humano y causantes de algunas enfermedades graves. Entre ellos cabe citar el Plasmodium falciparum, agente causante de la malaria, el Tripanosoma brucei gambiense responsable de la enfermedad del sueño, Entamoeba hystolitica, causante de una de las variedades más graves de disentería. Otros muchos son autótrofos fotosintéticos, como la gran variedad de algas unicelulares que se encuentran formando parte del fitoplancton de todos los mares y aguas continentales del planeta.
Se suelen reproducir por bipartición simple, aunque algunos tienen otras modalidades e incluso se conocen procesos de reproducción sexual.
Según sea su tipo de movilidad, se clasifican en:Ciliados: presentan cilios para su movimiento se conocen con el nombre de ciliados. El protozoo ciliado más conocido es el paramecio. Su estructura es:
Tiene forma de suela de zapato y de su cuerpo salen muchos cilios, dispuestos en filas a lo largo de toda su superficie, que le sirven para nadar.
A un lado del cuerpo hay una abertura, la boca o citostoma, que da acceso a un embudo que se estrecha hacia el interior. Sirve para su alimentación: con los cilios provoca un remolino que arrastra las partículas alimenticias hacia el fondo del embudo, donde se forma un vacuola digestiva que engloba las partículas ingeridas.
En su citoplasma podemos distinguir:
Cuando falta agua, se rodea de una membrana gruesa, donde permanece con vida latente, pudiendo resistir largas temporadas hasta que nuevamente haya agua, este proceso se conoce como enquistamiento.
Otros ciliados que abundan en al agua de charcas son:
Las Vorticelas, con cuerpo en forma de campana y un largo pedúnculo que puede arrollarse en espiral como un muelle. Forman colonias.
Los Stentor, con forma de trompeta, que pueden medir hasta 1 mm. Se suelen fijar a raíces, etc. por su extremo puntiagudo.
Rizópodos: como la Ameba, que vive en las charcas. Forma gruesos pseudópodos para moverse y capturar su alimento: bacterias, algas, etc. Los protozoos que forman pseudópodos se denominan rizópodos. Además de la ameba existe Entamoeba histolytica que es parásita del hombre donde origina la disentería amebiana
Flagelados, como el Trypanosoma, protozoo de forma alargada y con un largo flagelo para su movimiento. Vive parásito en la sangre de algunos mamíferos africanos de donde puede pasar al hombre por picadura de la mosca tse-tsé. En el hombre origina la enfermedad del sueño.
Esporozoos, como el Plasmodium, que produce en el hombre la enfermedad de la malaria o paludismo. Se introduce en la sangre mediante la picadura de la hembra del mosquito Anopheles , quien a su vez lo toma de otros individuos enfermos. De esta forma la enfermedad se transmite de individuos enfermos a otros sanos por la picadura del mosquito. El plasmodio, una vez en la sangre, pasa al interior de los glóbulos rojos donde se divide por esporulación y destruye las células sanguíneas.
9.2. ALGAS
Las algas unicelulares formadas por una sola célula, viven en el agua y son capaces de realizar la fotosíntesis. Entre ellas podemos citar las Diatomeas que son algas de color amarillo que viven tanto en el mar como en el agua dulce y poseen un caparazón de sílice (frústula) constituido por dos piezas que encajan como una caja y su tapadera. Algunas algas unicelulares poseen flagelos merced a los cuales se mueven en el agua como es el caso de la Euglena viridis. Las algas unicelulares forman parte importante del llamado plancton.
Algas Pluricelulares. Son seres formados por muchas células, que no se agrupan formando tejidos, como en seres vivos más complejos., por lo que las células no se reparten el trabajo, sino que todas deben realizar todas las funciones. Si observamos su color, podemos clasificarlas en tres tipos:
10. HONGOS
Bajo esta denominación se incluye un amplio grupo de organismos de gran heterogeneidad. Entre las características comunes a todos los hongos pueden destacarse dos:
Dentro de los hongos podemos encontrarlos unicelulares (levaduras) y pluricelulares (mohos y setas), estos tienen una estructura denominada "talo" y que suele estar constituida por una serie de filamentos denominados "hifas", que pueden ser ramificadas y tabicadas, formando, en su conjunto, una estructura denominada "micelio".
En muchas especies de hongos, los denominados hongos superiores, a partir del micelio subterráneo se origina un órgano reproductor aéreo denominada seta, en el cual se puede distinguir el pie y el sombrero.
Reproducción. Los hongos unicelulares se reproducen asexualmente por gemación. Los pluricelulares se reproducen asexuadamente por espores genéticamente idénticas a su progenitor, que aparecen en el extremo de unas hifas especiales, o bien sexualmente, por otro tipo de espores , genéticamente diferentes al progenitor y diferentes entre sí. En algunos hongos, como el moho del pan, se alterna la reproducción asexual con la reproducción sexual. Esto se denomina reproducción alternante.
El papel que los hongos ejercen en la naturaleza resulta de gran importancia, sobre todo si tenemos en cuenta su actividad descomponedora en los ecosistemas (reciclaje de materia orgánica) y también forman parte fundamental en la actividad humana, así es conocido su papel en la alimentación humana, en la agricultura, silvicultura, industria química, enfermedades humanas...etc.
Los hongos son capaces de descomponer algunos materiales fabricados y usados por el hombre a partir de materiales de origen orgánicos (vegetal y animal); reciclan por tanto estos materiales como si se tratara de la materia orgánica que forma parte del ecosistema (biodeterioro).
Por otra parte, desde hace cientos de años el hombre ha utilizado diferentes especies de hongos para la transformación de alimentos, un claro ejemplo son las levaduras utilizadas en la elaboración de la cerveza y del vino (Saccharomyces), de los quesos (algunas especies de Penicillium), del pan, etc.
Los hongos son muy importantes en la industria química como productores de numerosas sustancias como vitaminas, cortisonas, ácidos orgánicos y sobre todo antibióticos (en este sentido cabe recordar que la penicilina fue descubierta por Fleming a partir de una especie de Penicillium).
Los hongos también pueden ser agentes patógenos directos sobre el ser humano, son causantes de numerosas micosis superficiales en la piel, uñas, pelo, etc. y micosis profundas con mayor riesgo para la salud. También puede haber alergias micógenas provocando molestias respiratorias (por las esporas).
11. VIRUS
Cuando a finales del siglo XIX se reconoció el papel de los microorganismos en la producción de enfermedades y a identificarse los gérmenes responsables de muchas de ellas, los microbiólogos comenzaron a utilizar el término virus para designar a todos los microorganismos patógenos. Así, en esta época se consideraba que las bacterias eran los “virus” causantes de las enfermedades. Existían sin embargo algunos gérmenes infecciosos que se resistían a su identificación.
Pasteur, aunque pudo demostrar que la rabia era producida por un agente infeccioso específico y transmisible, fue incapaz de cultivar este agente en los medios de cultivo en los que habitualmente crecían las bacterias, y tampoco pudo visualizar al microscopio ningún ejemplar al que poder atribuir la enfermedad.
Poco después se pudo comprobar que estos agentes infecciosos tan escurridizos debían tener un tamaño mucho menor que el de las bacterias, ya que eran capaces de atravesar filtros de porcelana en cuyos finos poros quedaban retenidas todas las bacterias conocidas. A partir de entonces se les denominó “virus filtrables”.
Surgió entonces la idea de que estos agentes podrían ser en realidad simples toxinas, es decir, sustancias químicas con efectos nocivos sobre el organismo. Pronto se pudo comprobar, sin embargo, que los “virus filtrables” se reproducían en el interior de los organismos infectados, lo que demostraba que eran auténticos microorganismos, aunque mucho más pequeños que los conocidos hasta entonces.
En las primeras décadas del siglo XX se fue abandonando paulatinamente el uso del término “virus” para referirse a cualquier microorganismo patógeno y se reservó para designar exclusivamente a los agentes infecciosos a los que anteriormente se había llamado “virus filtrables”. El uso de esta terminología se ha extendido hasta la actualidad.
Los esfuerzos por identificar los agentes causantes de las principales enfermedades infecciosas a comienzos del siglo XX demostraron que un buen número de ellas eran producidas y transmitidas por aquellos misteriosos agentes infecciosos. Y no sólo de las que afectaban al ser humano sino también a animales y también a plantas.
En 1915 se detectaró la existencia de agentes de parecidas características que atacaban a determinados cultivos bacterianos produciendo la muerte por lisis celular de las bacterias afectadas. Concluyeron que se trataba de virus específicos de las bacterias a los que llamaron bacteriófagos (abreviadamente fagos). A partir de entonces la investigación se centró en gran medida en este tipo de virus, que se mostraron especialmente asequibles a su manipulación en el laboratorio y que presentaban además la ventaja de ser inocuos para el ser humano. A pesar de estos progresos la identificación y caracterización de esta variedad de microorganismos seguía resistiéndose a los esfuerzos de los investigadores y, presumiblemente a causa de su pequeño tamaño, nadie había conseguido visualizarlos al microscopio óptico.
Los miembros del antiguo reino protistas, es decir, los eucariontes unicelulares se venían dividiendo tradicionalmente en tres grupos: protozoos, algas unicelulares. Esta división se basaba en ciertas características como la presencia o no de pared celular, la estructura de los órganos del movimiento como cilios y flagelos, y la presencia o ausencia de pigmentos fotosintéticos.
Parece razonable pensar que cuando los organismos eucariontes evolucionaron, hace entre 1.500 y 2.000 millones de años, a partir de procariontes ancestrales, tuvieron un gran éxito adaptativo colonizando rápidamente multitud de hábitats diferentes. Ello trajo consigo una gran diversificación que ha quedado plasmada en la gran cantidad de estirpes que han llegado hasta nuestros días.
9.1. PROTOZOOS
Son organismos formados por una sola célula, es decir, poseen la estructura típica de una célula eucariótica animal, aunque en ocasiones presenta una mayor complejidad en su organización. Tienen una membrana plasmática que los rodea y delimita, algunos forman un caparazón duro, calizo o silíceo, o bien una fina envoltura de quitina.
Su forma y tamaño son variables, pero casi todos ellos son microscópicos por lo que deben observarse al microscopio.
Algunos viven libres en aguas dulce o saladas. Cuando se deseca el medio en que viven forman un caparazón y se enquistan.Muchos de ellos son heterótrofos, entre los que se encuentran algunos que son parásitos de algunos animales. Algunos son parásitos del ser humano y causantes de algunas enfermedades graves. Entre ellos cabe citar el Plasmodium falciparum, agente causante de la malaria, el Tripanosoma brucei gambiense responsable de la enfermedad del sueño, Entamoeba hystolitica, causante de una de las variedades más graves de disentería. Otros muchos son autótrofos fotosintéticos, como la gran variedad de algas unicelulares que se encuentran formando parte del fitoplancton de todos los mares y aguas continentales del planeta.
Se suelen reproducir por bipartición simple, aunque algunos tienen otras modalidades e incluso se conocen procesos de reproducción sexual.
Según sea su tipo de movilidad, se clasifican en:Ciliados: presentan cilios para su movimiento se conocen con el nombre de ciliados. El protozoo ciliado más conocido es el paramecio. Su estructura es:
Tiene forma de suela de zapato y de su cuerpo salen muchos cilios, dispuestos en filas a lo largo de toda su superficie, que le sirven para nadar.
A un lado del cuerpo hay una abertura, la boca o citostoma, que da acceso a un embudo que se estrecha hacia el interior. Sirve para su alimentación: con los cilios provoca un remolino que arrastra las partículas alimenticias hacia el fondo del embudo, donde se forma un vacuola digestiva que engloba las partículas ingeridas.
En su citoplasma podemos distinguir:
- Unas pequeñas cavidades esféricas, más o menos numerosas, llamadas vacuolas digestivas.
- En cada extremo del cuerpo se halla una vacuola pulsátil, de forma estrellada, que presenta movimientos rítmicos de contracción y cuya misión es expulsar de la célula los productos de deshecho de la digestión y agua.
- Un par de núcleos: uno grande (macronúcleo) y otro pequeño (micronúcleo).
Cuando falta agua, se rodea de una membrana gruesa, donde permanece con vida latente, pudiendo resistir largas temporadas hasta que nuevamente haya agua, este proceso se conoce como enquistamiento.
Otros ciliados que abundan en al agua de charcas son:
Las Vorticelas, con cuerpo en forma de campana y un largo pedúnculo que puede arrollarse en espiral como un muelle. Forman colonias.
Los Stentor, con forma de trompeta, que pueden medir hasta 1 mm. Se suelen fijar a raíces, etc. por su extremo puntiagudo.
Rizópodos: como la Ameba, que vive en las charcas. Forma gruesos pseudópodos para moverse y capturar su alimento: bacterias, algas, etc. Los protozoos que forman pseudópodos se denominan rizópodos. Además de la ameba existe Entamoeba histolytica que es parásita del hombre donde origina la disentería amebiana
Flagelados, como el Trypanosoma, protozoo de forma alargada y con un largo flagelo para su movimiento. Vive parásito en la sangre de algunos mamíferos africanos de donde puede pasar al hombre por picadura de la mosca tse-tsé. En el hombre origina la enfermedad del sueño.
Esporozoos, como el Plasmodium, que produce en el hombre la enfermedad de la malaria o paludismo. Se introduce en la sangre mediante la picadura de la hembra del mosquito Anopheles , quien a su vez lo toma de otros individuos enfermos. De esta forma la enfermedad se transmite de individuos enfermos a otros sanos por la picadura del mosquito. El plasmodio, una vez en la sangre, pasa al interior de los glóbulos rojos donde se divide por esporulación y destruye las células sanguíneas.
9.2. ALGAS
Las algas unicelulares formadas por una sola célula, viven en el agua y son capaces de realizar la fotosíntesis. Entre ellas podemos citar las Diatomeas que son algas de color amarillo que viven tanto en el mar como en el agua dulce y poseen un caparazón de sílice (frústula) constituido por dos piezas que encajan como una caja y su tapadera. Algunas algas unicelulares poseen flagelos merced a los cuales se mueven en el agua como es el caso de la Euglena viridis. Las algas unicelulares forman parte importante del llamado plancton.
Algas Pluricelulares. Son seres formados por muchas células, que no se agrupan formando tejidos, como en seres vivos más complejos., por lo que las células no se reparten el trabajo, sino que todas deben realizar todas las funciones. Si observamos su color, podemos clasificarlas en tres tipos:
- Algas verdes: su color es debido a que tienen clorofila, que es una molécula que sirve para realizar la fotosíntesis. La clorofila es de color verde. Viven en aguas dulces y saladas a poca profundidad.
- Algas pardas: el pigmento que utilizan para realizar la fotosíntesis es de color marrón amarillento. Esta molécula es más sensible a la luz que la clorofila. Por eso, las algas pardas pueden vivir a mayor profundidad.
- Algas rojas: El pigmento que utilizan para hacer la fotosíntesis es de color rojo. Es el pigmento más sensible a la luz, por lo que estas algas pueden vivir a profundidades donde la luz que llega es muy tenue.
PRESENTACIONES Y CONTENIDOS ANIMADOS DE PROTOCTISTAS
10. HONGOS
Bajo esta denominación se incluye un amplio grupo de organismos de gran heterogeneidad. Entre las características comunes a todos los hongos pueden destacarse dos:
- Estar formados por una o más células eucariotas.
- Encontrarse desprovistos de clorofila u otro pigmento fotosintético.
- Pared celular de quitina.
Dentro de los hongos podemos encontrarlos unicelulares (levaduras) y pluricelulares (mohos y setas), estos tienen una estructura denominada "talo" y que suele estar constituida por una serie de filamentos denominados "hifas", que pueden ser ramificadas y tabicadas, formando, en su conjunto, una estructura denominada "micelio".
En muchas especies de hongos, los denominados hongos superiores, a partir del micelio subterráneo se origina un órgano reproductor aéreo denominada seta, en el cual se puede distinguir el pie y el sombrero.
Reproducción. Los hongos unicelulares se reproducen asexualmente por gemación. Los pluricelulares se reproducen asexuadamente por espores genéticamente idénticas a su progenitor, que aparecen en el extremo de unas hifas especiales, o bien sexualmente, por otro tipo de espores , genéticamente diferentes al progenitor y diferentes entre sí. En algunos hongos, como el moho del pan, se alterna la reproducción asexual con la reproducción sexual. Esto se denomina reproducción alternante.
Nutrición. Como se nutren mediante digestión externa, precisan de lugares dónde haya mucha materia orgánica y agua. Por esto viven en lugares húmedos y sin necesidad de luz. Según el tipo de materia orgánica de la cual se alimentan se distinguen tres tipos:
- Saprófitos. Se nutren de materia orgánica en descomposición. Por ejemplo el champiñón
- Parásitos. Se nutren de la materia orgánica de organismos vivos. Producen enfermedades y plagas como lasroyas, el tizón y el cornezuelo del centeno que atacan a los cereales, el míldiu de la viña y los hongos de las tiñas, como el responsable de la enfermedad "pie de atleta".
- Simbiontes. Se nutren de la materia orgánica producida por otros organismos vives a los cuales viven asociados beneficiándose mutuamente, en lo que se denomina simbiosis. Es el caso de los hongos de los líquens (simbiosis de algas con hongos) y de los hongos de las micorrizas (simbiosis entre hongos y raíces de plantas).
10.1. CLASIFICACIÓN DE LOS HONGOS
Ficomicetos u hongos inferiores. Presentan hifas sin tabiques, es decir sin las membranas plasmáticas que separan sus células. Por ejemplo el míldiu de la viña que presenta esporas móviles con dos flagelos, y el moho blanco del pan que presenta esporas sin flagelos.
Ascomicetos. Presentan hifas con tabiques (hifas septadas) y sus espores se forman en el interior de células especiales en forma de estuche, denominadas ascas, o forman filamentos denominadosconidios. Unos son unicelulares como las levaduras y otras son pluricelulares como las colmenillas, las trufas o el Penicillium que es el productor del antibiótico "penicilina".
Basidiomicetos. Presentan hifas con tabiques (hifas septadas) y sus esporas se forman en el exterior de una células especiales denominadas basidios. Son pluricelulares. Unos dan lugar a setas comestibles, como la seta de cardo, el níscalo, el champiñón y el ratón. Otros forman setas tóxicas, como la canaleja,matamoscas y el boleto de Satanás.
10.2. APLICACIONES Y SU PAPEL EN EL ECOSISTEMA
Los hongos son capaces de descomponer algunos materiales fabricados y usados por el hombre a partir de materiales de origen orgánicos (vegetal y animal); reciclan por tanto estos materiales como si se tratara de la materia orgánica que forma parte del ecosistema (biodeterioro).
Por otra parte, desde hace cientos de años el hombre ha utilizado diferentes especies de hongos para la transformación de alimentos, un claro ejemplo son las levaduras utilizadas en la elaboración de la cerveza y del vino (Saccharomyces), de los quesos (algunas especies de Penicillium), del pan, etc.
Los hongos son muy importantes en la industria química como productores de numerosas sustancias como vitaminas, cortisonas, ácidos orgánicos y sobre todo antibióticos (en este sentido cabe recordar que la penicilina fue descubierta por Fleming a partir de una especie de Penicillium).
Los hongos también pueden ser agentes patógenos directos sobre el ser humano, son causantes de numerosas micosis superficiales en la piel, uñas, pelo, etc. y micosis profundas con mayor riesgo para la salud. También puede haber alergias micógenas provocando molestias respiratorias (por las esporas).
PRESENTACIONES Y CONTENIDOS ANIMADOS DE HONGOS
Cuando a finales del siglo XIX se reconoció el papel de los microorganismos en la producción de enfermedades y a identificarse los gérmenes responsables de muchas de ellas, los microbiólogos comenzaron a utilizar el término virus para designar a todos los microorganismos patógenos. Así, en esta época se consideraba que las bacterias eran los “virus” causantes de las enfermedades. Existían sin embargo algunos gérmenes infecciosos que se resistían a su identificación.
Pasteur, aunque pudo demostrar que la rabia era producida por un agente infeccioso específico y transmisible, fue incapaz de cultivar este agente en los medios de cultivo en los que habitualmente crecían las bacterias, y tampoco pudo visualizar al microscopio ningún ejemplar al que poder atribuir la enfermedad.
Poco después se pudo comprobar que estos agentes infecciosos tan escurridizos debían tener un tamaño mucho menor que el de las bacterias, ya que eran capaces de atravesar filtros de porcelana en cuyos finos poros quedaban retenidas todas las bacterias conocidas. A partir de entonces se les denominó “virus filtrables”.
Surgió entonces la idea de que estos agentes podrían ser en realidad simples toxinas, es decir, sustancias químicas con efectos nocivos sobre el organismo. Pronto se pudo comprobar, sin embargo, que los “virus filtrables” se reproducían en el interior de los organismos infectados, lo que demostraba que eran auténticos microorganismos, aunque mucho más pequeños que los conocidos hasta entonces.
En las primeras décadas del siglo XX se fue abandonando paulatinamente el uso del término “virus” para referirse a cualquier microorganismo patógeno y se reservó para designar exclusivamente a los agentes infecciosos a los que anteriormente se había llamado “virus filtrables”. El uso de esta terminología se ha extendido hasta la actualidad.
Los esfuerzos por identificar los agentes causantes de las principales enfermedades infecciosas a comienzos del siglo XX demostraron que un buen número de ellas eran producidas y transmitidas por aquellos misteriosos agentes infecciosos. Y no sólo de las que afectaban al ser humano sino también a animales y también a plantas.
En 1915 se detectaró la existencia de agentes de parecidas características que atacaban a determinados cultivos bacterianos produciendo la muerte por lisis celular de las bacterias afectadas. Concluyeron que se trataba de virus específicos de las bacterias a los que llamaron bacteriófagos (abreviadamente fagos). A partir de entonces la investigación se centró en gran medida en este tipo de virus, que se mostraron especialmente asequibles a su manipulación en el laboratorio y que presentaban además la ventaja de ser inocuos para el ser humano. A pesar de estos progresos la identificación y caracterización de esta variedad de microorganismos seguía resistiéndose a los esfuerzos de los investigadores y, presumiblemente a causa de su pequeño tamaño, nadie había conseguido visualizarlos al microscopio óptico.
A comienzos de la década de 1930 se pudo por fin aislar y obtener en estado cristalino un virus bacteriófago y se comprobó que estaba constituido por proteína y DNA a partes aproximadamente iguales. Poco después sucedió lo mismo con el virus del mosaico del tabaco, que había sido identificado ya a comienzos del siglo como el agente causante de esta enfermedad vegetal. El análisis químico al que fue sometido reveló que estaba compuesto exclusivamente por proteína y RNA. Los virus parecían ser agentes compuestos exclusivamente por proteínas y un tipo de ácido nucleico. A finales de esa misma década la microscopía electrónica recién descubierta permitió por fin visualizar estos agentes infecciosos.
11.1. NATURALEZA DE LOS VIRUS
Los virus son entidades subcelulares, es decir, su grado de organización es inferior al celular. Están constituidos casi a partes iguales por proteínas y un ácido nucleico, que puede ser DNA o RNA pero nunca los dos a la vez. Son capaces de penetrar en las células vivas y de reproducirse en su interior y sólo allí, por lo que puede considerárseles parásitos intracelulares obligados. Sin embargo, el tipo de parasitismo que desarrollan los virus presenta características que lo hacen diferente de cualquier otro conocido, pues tiene lugar a nivel genético.
Los virus carecen de maquinaria metabólica propia y en su lugar utilizan la de la célula parasitada. Cuando un virus penetra en una célula toma el control de su metabolismo de manera que una parte de los enzimas y de la maquinaria celular de producción de energía abandona sus funciones primordiales y se ponen al servicio del virus, dedicándose exclusivamente a la producción de la progenie viral. Las nuevas partículas víricas así generadas tienen a su vez capacidad infectiva y pueden penetrar en otras células para reproducirse en su interior.
Este particular modo de vida que exhiben los virus ha suscitado extensas discusiones acerca de si deben ser considerados o no como auténticos seres vivos. En efecto, en tanto que un virus se encuentra reproduciéndose en el interior de una célula viva exhibe al menos una de las funciones que tradicionalmente se vienen considerando características de los seres vivos, es decir, la reproducción. Sin embargo, cuando se encuentran fuera de las células, las partículas virales no presentan ningún tipo de actividad bioquímica, carecen de un metabolismo energético propio, e incluso pueden cristalizar a partir de suspensiones y los cristales resultantes permanecer inactivos durante largos períodos sin perder su estructura y propiedades, comportándose a todos los efectos como materia inanimada. Cuando los virus cristalizados se suspenden de nuevo en un medio adecuado y se permite su acceso a células vivas recuperan su capacidad infectiva y vuelven a reproducirse en el interior de las mismas.
Algunos autores han tratado de zanjar la polémica argumentando que los virus se encuentran “en la frontera de la vida” y que sólo deben considerarse seres vivos cuando están reproduciéndose en el interior de las células parasitadas. Es posible que se trate de una de esas discusiones bizantinas que salpican la historia de la ciencia. Lo que sí se puede afirmar es que los virus constituyen uno de los productos más sofisticados de la evolución biológica en la medida en que se encuentran entre los que con mayor eficacia y economía manipulan la materia y la energía del entorno en su propio beneficio.
11.2. ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
Las partículas víricas individuales con capacidad infecciosa se denominan viriones. Un virión se compone de una molécula de ácido nucleico (DNA o RNA) y una cubierta proteica que la envuelve denominada cápside. Su tamaño oscila entre los 20 y los 300 nm.
El ácido nucleico constituye el genoma del virus y contiene información para la síntesis de las proteínas de la cápside y, en algunos casos, para la de algunos enzimas implicados en la replicación del propio ácido nucleico y en la expresión de su información. Los ácidos nucleicos virales, tanto en el caso de los virus de DNA como en el de los de RNA, son en unos casos monocatenarios y e otros bicatenarios.
En muchos virus de DNA la molécula presenta estructura circular, aunque también los hay de estructura lineal. Por el contrario entre los virus de RNA predominan los de estructura lineal aunque se han descrito algunos casos de estructura circular. El tipo de ácido nucleico y sus características estructurales constituyen uno de los principales criterios de clasificación de los virus.
La cápside viral está constituida por proteínas globulares denominadas capsómeros que espontáneamente se asocian para formar una estructura tridimensional hueca que alberga al ácido nucleico en su interior. Por lo general, las cápsides virales presentan formas geométricas regulares que responden a alguno de los siguientes tipos:
11.1. NATURALEZA DE LOS VIRUS
Los virus son entidades subcelulares, es decir, su grado de organización es inferior al celular. Están constituidos casi a partes iguales por proteínas y un ácido nucleico, que puede ser DNA o RNA pero nunca los dos a la vez. Son capaces de penetrar en las células vivas y de reproducirse en su interior y sólo allí, por lo que puede considerárseles parásitos intracelulares obligados. Sin embargo, el tipo de parasitismo que desarrollan los virus presenta características que lo hacen diferente de cualquier otro conocido, pues tiene lugar a nivel genético.
Los virus carecen de maquinaria metabólica propia y en su lugar utilizan la de la célula parasitada. Cuando un virus penetra en una célula toma el control de su metabolismo de manera que una parte de los enzimas y de la maquinaria celular de producción de energía abandona sus funciones primordiales y se ponen al servicio del virus, dedicándose exclusivamente a la producción de la progenie viral. Las nuevas partículas víricas así generadas tienen a su vez capacidad infectiva y pueden penetrar en otras células para reproducirse en su interior.
Este particular modo de vida que exhiben los virus ha suscitado extensas discusiones acerca de si deben ser considerados o no como auténticos seres vivos. En efecto, en tanto que un virus se encuentra reproduciéndose en el interior de una célula viva exhibe al menos una de las funciones que tradicionalmente se vienen considerando características de los seres vivos, es decir, la reproducción. Sin embargo, cuando se encuentran fuera de las células, las partículas virales no presentan ningún tipo de actividad bioquímica, carecen de un metabolismo energético propio, e incluso pueden cristalizar a partir de suspensiones y los cristales resultantes permanecer inactivos durante largos períodos sin perder su estructura y propiedades, comportándose a todos los efectos como materia inanimada. Cuando los virus cristalizados se suspenden de nuevo en un medio adecuado y se permite su acceso a células vivas recuperan su capacidad infectiva y vuelven a reproducirse en el interior de las mismas.
Algunos autores han tratado de zanjar la polémica argumentando que los virus se encuentran “en la frontera de la vida” y que sólo deben considerarse seres vivos cuando están reproduciéndose en el interior de las células parasitadas. Es posible que se trate de una de esas discusiones bizantinas que salpican la historia de la ciencia. Lo que sí se puede afirmar es que los virus constituyen uno de los productos más sofisticados de la evolución biológica en la medida en que se encuentran entre los que con mayor eficacia y economía manipulan la materia y la energía del entorno en su propio beneficio.
11.2. ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
Las partículas víricas individuales con capacidad infecciosa se denominan viriones. Un virión se compone de una molécula de ácido nucleico (DNA o RNA) y una cubierta proteica que la envuelve denominada cápside. Su tamaño oscila entre los 20 y los 300 nm.
El ácido nucleico constituye el genoma del virus y contiene información para la síntesis de las proteínas de la cápside y, en algunos casos, para la de algunos enzimas implicados en la replicación del propio ácido nucleico y en la expresión de su información. Los ácidos nucleicos virales, tanto en el caso de los virus de DNA como en el de los de RNA, son en unos casos monocatenarios y e otros bicatenarios.
En muchos virus de DNA la molécula presenta estructura circular, aunque también los hay de estructura lineal. Por el contrario entre los virus de RNA predominan los de estructura lineal aunque se han descrito algunos casos de estructura circular. El tipo de ácido nucleico y sus características estructurales constituyen uno de los principales criterios de clasificación de los virus.
La cápside viral está constituida por proteínas globulares denominadas capsómeros que espontáneamente se asocian para formar una estructura tridimensional hueca que alberga al ácido nucleico en su interior. Por lo general, las cápsides virales presentan formas geométricas regulares que responden a alguno de los siguientes tipos:
Cápside helicoidal. Los capsómeros son todos iguales entre sí y se disponen helicoidalmente alrededor de un armazón que no es otro que el propio ácido nucleico viral. Es el caso del virus del mosaico del tabaco.
Cápside icosaédrica. Existen al menos tres tipos de capsómeros que se disponen ocupando respectivamente las caras, aristas y vértices de un icosaedro regular hueco, en cuyo interior se empaqueta el ácido nucleico. Muchos virus presentan tipos adicionales de capsómeros que se disponen en el exterior de la estructura y tienen la misión de interactuar con la superficie de las células a infectar. Entre los virus de cápside icosaédrica se encuentran los adenovirus responsables del catarro común
Cápside icosaédrica. Existen al menos tres tipos de capsómeros que se disponen ocupando respectivamente las caras, aristas y vértices de un icosaedro regular hueco, en cuyo interior se empaqueta el ácido nucleico. Muchos virus presentan tipos adicionales de capsómeros que se disponen en el exterior de la estructura y tienen la misión de interactuar con la superficie de las células a infectar. Entre los virus de cápside icosaédrica se encuentran los adenovirus responsables del catarro común
Cápside compleja. Presentan distintos tipos de capsómeros de cuyo ensamblaje resultan las siguientes estructuras que forman parte de la cápside:
- Cabeza.- estructura icosaédrica similar a las cápsides icosaédricas ya comentadas
- Cola.- estructura helicoidal hueca que comunica la cabeza con el exterior y permite la salida del ácido nucleico durante la infección
- Collar.- anillo proteico que ensambla la cabeza y la cola
- Placa basal.- estructura situada al final de la cola que permite al virus fijarse sobre la superficie de la célula a infectar; puede presentar unas prolongaciones denominadas espinas que facilitan la adsorción de la partícula viral a la superficie celular. Muchos virus bacteriófagos presentan este tipo de cápside .
Virus con envoltura membranosa: Adicionalmente, algunos virus presentan una envoltura lipoproteica, similar a una membrana celular, situada externamente con respecto a la cápside. Esta envoltura puede concebirse como un resto de la membrana plasmática de las células infectadas que rodea al virus cuando sale de ellas. Sin embargo, algunos virus incorporan a esta envoltura lipoproteica sus propias proteínas, que desempeñan un papel relevante en el reconocimiento de la superficie de las células a infectar. Un ejemplo de virus con envoltura lipoproteica es el virus de la gripe.
Además de los componentes estructurales de la cápside algunos viriones incluyen algunas moléculas proteicas adicionales, con función enzimática, que desempeñan diferentes funciones en el proceso de infección. Tal es el caso del virus de la inmunodeficiencia humana, responsable del SIDA, cuyo virión contiene una molécula del enzima transcriptasa inversa, necesaria durante la fase inicial de la infección.
11.3. CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS
El principal criterio que se ha utilizado para clasificar a los virus es el tipo de ácido nucleico que presentan. En la década de 1970 el experto virólogo y premio Nobel David Baltimore propuso un sistema de clasificación de los virus de una gran sencillez y elegancia, que, con pequeñas modificaciones, sigue utilizándose hoy en día. El sistema se basa en que la expresión del genoma viral en forma de proteínas virales siempre pasa por una molécula de mRNA. Los pasos que se han de ejecutar para sintetizar esta molécula a partir de un genoma viral concreto permite establecer seis grupos principales, en función de que el ácido nucleico sea DNA o RNA, de que éste sea de cadena doble o cadena sencilla, y, para los virus de RNA, de cual sea el modelo de expresión de la información genética que poseen (transcripción ordinaria o transcripción inversa).
- ADN monocatenario, por ejemplo, en el fago O-X-174
- ADN bicatenario, como el fago T4 , y los adenovirus
- ARN bicatenario (los reovirus)
- ARN monocatenario, como es el caso de los virulentos retrovirus, entre los que se encuentran el de la gripe, el sarampión, la rabia, el SIDA y determinados virus oncógenos causantes de ciertos tipos de cáncer (sarcoma de Rous, determinadas leucemias, etc.). Este último grupo contiene, además de los otros componentes mencionados, un enzima particular llamado retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, que le va a permitir transcribir su ARN en un ADN dentro de la célula infectada.
11.4. CICLO REPRODUCTIVO DE UN VIRUS
En el ciclo reproductivo de los virus se distinguen varias etapas: entrada, eclipse, multiplicación y liberación. Analizaremos a continuación estas etapas.
11.4.1. Entrada en la célula
La entrada de una partícula viral en la célula a infectar tiene lugar en dos etapas. La primera es la adsorción del virión a la superficie celular. Todo indica que los desplazamientos de las partículas víricas son debidos exclusivamente al movimiento browniano, de manera que sus encuentros con las células son fruto del azar. Sin embargo, las cápsides virales o sus envolturas lipoproteicas según los casos disponen de proteínas específicas capaces de reconocer mediante complementariedad estructural a determinados receptores glucoproteicos de la superficie celular, estabilizando así la adsorción de la partícula una vez producido el encuentro.
Una vez producida la adsorción, la segunda fase consiste en la penetración de la partícula vírica completa, o bien de su ácido nucleico, en el citoplasma celular donde ha de reproducirse. Los distintos tipos de virus presentan distintas modalidades de penetración en función de la morfología de su cápside y de la presencia o ausencia de envoltura lipoproteica:
Fagocitosis. Otros virus carentes también de envoltura penetran en el interior de una vesícula endocítica tras ser fagocitados por la célula. A continuación enzimas incorporados en la partícula vírica degradan la membrana de la vesícula y liberan al virus en el citosol. Existen también virus con envoltura lipoproteica que recurren a esta vía de entrada; la liberación en el citosol se produce en este caso por fusión de las membranas de la envoltura viral y del fagosoma.
Fusión de membranas. Los virus con envoltura lipoproteica penetran mediante una fusión de esta envoltura con la membrana celular que libera la cápside viral directamente en el citosol
Inyección. Los virus con cápside compleja, como muchos bacteriófagos se fijan a la superficie celular e inyectan su ácido nucleico en el citoplasma permaneciendo toda la estructura proteica en el exterior. Para ello la vaina externa de la cola se contrae de manera que el núcleo interior de la misma perfora la membrana celular poniendo en comunicación la cabeza de la cápside con el citosol.
11.4.2. Eclipse
En los primeros tiempos de la investigación sobre los virus un resultado experimental llamó poderosamente la atención de los investigadores: durante los primeros minutos transcurridos tras la infección vírica no aparecían partículas con capacidad infecciosa dentro de las células infectadas; el virus parecía haberse esfumado tras penetrar en la célula, para reaparecer al cabo de algún tiempo (unos diez minutos en el caso de los bacteriófagos) en forma de nuevas partículas infecciosas. La existencia de este período, que fue denominado el eclipse, encerraba información valiosa acerca de la naturaleza del proceso de reproducción viral.
El eclipse se produce porque tras el proceso de penetración el virión se desensambla liberando así el ácido nucleico viral en el citoplasma celular. Sea cual sea el mecanismo de penetración las cápsides vacías se desechan y ya no formarán parte de la siguiente generación de virus. En cualquier ciclo de reproducción viral siempre existe una fase en la que el virus es una simple y desnuda molécula de ácido nucleico que contiene la información para fabricar nuevos virus. Durante el eclipse, el ácido nucleico viral se confunde entre la multitud de macromoléculas presentes en el citosol celular y no es posible distinguirlo experimentalmente de ellas.
La duración de la fase de eclipse define dos tipos de ciclo vital bien diferenciados que analizaremos a continuación :
Ciclo lítico. Es la modalidad que presenta la mayoría de los virus. El eclipse dura sólo unos cuantos minutos: los que transcurren entre la llegada del ácido nucleico al citosol y el ensamblaje de las primeras partículas víricas de la nueva generación. En esta modalidad el ácido nucleico viral toma inmediatamente el control de la maquinaria celular y comienza la fase de multiplicación.
Ciclo lisogénico. Es propio de algunos bacteriófagos aunque también aparece en algunos virus de células animales. El eclipse es muy largo, pudiendo en algunos casos llegar a durar años. El ácido nucleico viral, en lugar de iniciar inmediatamente la fase de multiplicación, se integra en material genético de la célula infectada. Para ello utiliza enzimas celulares implicados en procesos de recombinación del material genético de la propia célula. Una vez integrado, el ácido nucleico viral permanece silente durante un período variable permitiendo a la célula infectada desarrollar sus actividades con normalidad. Cada vez que la célula replica su material genético para preparar la siguiente división celular, replica también inadvertidamente el ácido nucleico viral, que de este modo es transmitido en las sucesivas generaciones celulares a toda la descendencia de la célula inicialmente infectada. En un momento dado y como respuesta un cambio en las condiciones ambientales el ácido nucleico viral se libera del material genético de todas las células que lo han recibido, utilizando para ello los mismos enzimas que en el proceso de integración, y desencadena en todas ellas la fase de multiplicación poniendo así fin al período de eclipse.
11.4.3. Multiplicación
La fase de multiplicación consiste en la producción de nuevas partículas virales infectivas, siguiendo las instrucciones contenidas en el ácido nucleico viral y utilizando para ello la maquinaria bioquímica y los nutrientes de la célula infectada. Consta de dos procesos diferenciados. Uno de ellos es la replicación del genoma viral, creando nuevas copias del mismo que serán incorporadas a las nuevas partículas víricas. El otro es la expresión de la información contenida en dicho genoma, a través de los procesos de transcripción y traducción, para sintetizar las proteínas que a continuación se ensamblarán para formar las nuevas cápsides virales. El proceso de ensamblaje es en algunos virus totalmente espontáneo y depende de las condiciones físico-químicas del medio; en otros intervienen determinados enzimas que también están codificados en el genoma del virus.
11.4.4. Liberación
Una vez ensambladas las nuevas partículas víricas deben salir al exterior de la célula infectada para poder infectar nuevas células y reproducirse en su interior. Existen dos modalidades principales de este proceso de liberación de la progenie viral:
11.5. Ciclo vital de un retrovirus: El VIH causante del SIDA
Los retrovirus son un grupo muy especial de virus animales. Son virus cuyo ácido nucleico es ARN, poseen envoltura y el enzima transcriptasa inversa.
EL VIH es un retrovirus relativamente complejo. Está constituido por una membrana lipídica con glucoproteínas dispuestas al exterior a modo de espículas. En el interior encontramos una cápsida proteica que encierra el material genético, formado por dos moléculas de ARN monocatenario y se encuentran ligadas, cada una de ellas, a una molécula de una enzima, la transcriptasa inversa.
Inyección. Los virus con cápside compleja, como muchos bacteriófagos se fijan a la superficie celular e inyectan su ácido nucleico en el citoplasma permaneciendo toda la estructura proteica en el exterior. Para ello la vaina externa de la cola se contrae de manera que el núcleo interior de la misma perfora la membrana celular poniendo en comunicación la cabeza de la cápside con el citosol.
11.4.2. Eclipse
En los primeros tiempos de la investigación sobre los virus un resultado experimental llamó poderosamente la atención de los investigadores: durante los primeros minutos transcurridos tras la infección vírica no aparecían partículas con capacidad infecciosa dentro de las células infectadas; el virus parecía haberse esfumado tras penetrar en la célula, para reaparecer al cabo de algún tiempo (unos diez minutos en el caso de los bacteriófagos) en forma de nuevas partículas infecciosas. La existencia de este período, que fue denominado el eclipse, encerraba información valiosa acerca de la naturaleza del proceso de reproducción viral.
El eclipse se produce porque tras el proceso de penetración el virión se desensambla liberando así el ácido nucleico viral en el citoplasma celular. Sea cual sea el mecanismo de penetración las cápsides vacías se desechan y ya no formarán parte de la siguiente generación de virus. En cualquier ciclo de reproducción viral siempre existe una fase en la que el virus es una simple y desnuda molécula de ácido nucleico que contiene la información para fabricar nuevos virus. Durante el eclipse, el ácido nucleico viral se confunde entre la multitud de macromoléculas presentes en el citosol celular y no es posible distinguirlo experimentalmente de ellas.
La duración de la fase de eclipse define dos tipos de ciclo vital bien diferenciados que analizaremos a continuación :
Ciclo lítico. Es la modalidad que presenta la mayoría de los virus. El eclipse dura sólo unos cuantos minutos: los que transcurren entre la llegada del ácido nucleico al citosol y el ensamblaje de las primeras partículas víricas de la nueva generación. En esta modalidad el ácido nucleico viral toma inmediatamente el control de la maquinaria celular y comienza la fase de multiplicación.
Ciclo lisogénico. Es propio de algunos bacteriófagos aunque también aparece en algunos virus de células animales. El eclipse es muy largo, pudiendo en algunos casos llegar a durar años. El ácido nucleico viral, en lugar de iniciar inmediatamente la fase de multiplicación, se integra en material genético de la célula infectada. Para ello utiliza enzimas celulares implicados en procesos de recombinación del material genético de la propia célula. Una vez integrado, el ácido nucleico viral permanece silente durante un período variable permitiendo a la célula infectada desarrollar sus actividades con normalidad. Cada vez que la célula replica su material genético para preparar la siguiente división celular, replica también inadvertidamente el ácido nucleico viral, que de este modo es transmitido en las sucesivas generaciones celulares a toda la descendencia de la célula inicialmente infectada. En un momento dado y como respuesta un cambio en las condiciones ambientales el ácido nucleico viral se libera del material genético de todas las células que lo han recibido, utilizando para ello los mismos enzimas que en el proceso de integración, y desencadena en todas ellas la fase de multiplicación poniendo así fin al período de eclipse.
La fase de multiplicación consiste en la producción de nuevas partículas virales infectivas, siguiendo las instrucciones contenidas en el ácido nucleico viral y utilizando para ello la maquinaria bioquímica y los nutrientes de la célula infectada. Consta de dos procesos diferenciados. Uno de ellos es la replicación del genoma viral, creando nuevas copias del mismo que serán incorporadas a las nuevas partículas víricas. El otro es la expresión de la información contenida en dicho genoma, a través de los procesos de transcripción y traducción, para sintetizar las proteínas que a continuación se ensamblarán para formar las nuevas cápsides virales. El proceso de ensamblaje es en algunos virus totalmente espontáneo y depende de las condiciones físico-químicas del medio; en otros intervienen determinados enzimas que también están codificados en el genoma del virus.
11.4.4. Liberación
Una vez ensambladas las nuevas partículas víricas deben salir al exterior de la célula infectada para poder infectar nuevas células y reproducirse en su interior. Existen dos modalidades principales de este proceso de liberación de la progenie viral:
- Lisis celular. La liberación se produce por rotura de la membrana de la célula infectada por acción de enzimas degradativos codificados en el genoma del virus. Este mecanismo conlleva la muerte de la célular.
- Infección permanente. Las nuevas partículas virales se van liberando a medida que van siendo ensambladas sin producir la destrucción de la célula infectada, que puede así seguir produciendo nuevas partículas indefinidamente. En este caso la salida tiene lugar por un mecanismo inverso al de entrada. Los virus sin envoltura lipoproteica abren, mediante enzimas adecuados, una brecha temporal en la membrana por la que salen al exterior, o bien lo hacen porexocitosis en el seno de vesículas secretoras de la propia célula. Los que poseen envoltura lipoproteica se liberan porgemación, arrastrando un fragmento de la membrana celular que constituirá su nueva envoltura.
11.5. Ciclo vital de un retrovirus: El VIH causante del SIDA
Los retrovirus son un grupo muy especial de virus animales. Son virus cuyo ácido nucleico es ARN, poseen envoltura y el enzima transcriptasa inversa.
EL VIH es un retrovirus relativamente complejo. Está constituido por una membrana lipídica con glucoproteínas dispuestas al exterior a modo de espículas. En el interior encontramos una cápsida proteica que encierra el material genético, formado por dos moléculas de ARN monocatenario y se encuentran ligadas, cada una de ellas, a una molécula de una enzima, la transcriptasa inversa.
Información: El VIH ataca preferentemente a los linfocitos T4. Las fases de este proceso son:
1ª) Contacto entre las espículas de su envoltura membranosa y los receptores de la célula hospedadora. Estas permiten la fusión de membranas, introduciendo en su interior la cápside con el material genético.
2ª) Una vez en el interior, el virus se despoja de su cápsida protéica y quedan libres las hebras de ARN y la enzima retrotranscriptasa que transporta.
3ª) La retrotranscriptasa, también llamada transcriptasa inversa, primero hace una copia en ADN de la cadena de ARN, es decir, invierte el proceso normal de transcripción de ADN a ARN, originando una hélice híbrida ARN-ADN.
4ª) La hélice híbrida ARN-ADN es utilizada por la misma enzima para generar una doble hélice de ADN (previa degradación del ARN).
5ª) Las dobles cadenas de ADN víricas entran en el núcleo y se insertan en el cromosoma celular, donde puede permanecer en estado latente en forma de provirus durante un tiempo más o menos prolongado.
6ª) Finalmente se transcriben y se traducen utilizando la maquinaria metabólica de la célula y origina nuevas copias de ARN vírico, proteínas de la cápsida y de la envoltura y enzimas retrotranscriptasas.
7ª) Estos componentes se ensamblan, y...
8ª) los virus abandonan la célula mediante un proceso de gemación que les permite adquirir de nuevo su recubrimiento membranoso.
Todos estos procesos pueden ser lentos, originando tan sólo un descenso de la actividad metabólica del hospedador, o rápidos, con lo que la salida masiva de virus termina con la lisis de la célula.
11.6. Ciclo vital del fago T4
El bacteriófago T4 es un virus complejo con una cabeza icosaédrica y una cola en la que hay una placa basal yfibras de fijación. El genoma se compone de una molécula de ADN bicatenaria que se encuentra profusamente empaquetada dentro de la cabeza.
El fago se fija en la pared bacteriana, en las regiones denominadas puntos de adherencia, a través de los cuales inyecta su ADN mediante la contracción de la vaina de la cola. Una vez en el protoplasma bacteriano, el ADN puede seguir dos caminos: multiplicarse y originar nuevos virus (vía lítica), con lo que se produce la destrucción de la bacteria, o integrarse en el cromosoma bacteriano y adoptar la forma de profago (vía lisogénica).
11.6.1. Ciclo lítico
El bacteriófago T4 es un virus complejo con una cabeza icosaédrica y una cola en la que hay una placa basal yfibras de fijación. El genoma se compone de una molécula de ADN bicatenaria que se encuentra profusamente empaquetada dentro de la cabeza.
El fago se fija en la pared bacteriana, en las regiones denominadas puntos de adherencia, a través de los cuales inyecta su ADN mediante la contracción de la vaina de la cola. Una vez en el protoplasma bacteriano, el ADN puede seguir dos caminos: multiplicarse y originar nuevos virus (vía lítica), con lo que se produce la destrucción de la bacteria, o integrarse en el cromosoma bacteriano y adoptar la forma de profago (vía lisogénica).
11.6.1. Ciclo lítico
1) Fijación y entrada: Inicialmente el bacteriófago fija su cola a receptores específicos de la pared de la bacteria donde una enzima, localizada en la cola del virus, debilita los enlaces de las moléculas de la pared. A continuación el fago contrae la vaina helicoidal, lo que provoca la inyección del contenido de la cabeza a través del eje tubular de la cola del fago: el ácido nucleico penetra en la célula.
2) Multiplicación: Una vez dentro el ADN del virus, utilizando nucleótidos y la enzima ARNpolimerasa de la bacteria, dirige la síntesis de gran cantidad de ARNm viral. Este ARNm viral sirve de base para la síntesis de proteínas del virus (capsómeros, endonucleasas, endolisinas). El ADN vírico, utilizando los complejos enzimáticos de la bacteria, se replica muchas veces. Tanto los ácidos nucleicos replicados, como el resto de los componentes víricos que se han sintetizado, se ensamblan dando lugar a nuevos virus.
3) Lisis y liberación. En una bacteria pueden formarse unos 100 bacteriófagos que salen al exterior debido a la acción de la endolisina, enzima que lisa la pared bacteriana. Debido a ello se produce la ruptura de la pared bacteriana y la muerte de la célula. Los virus quedan libres para infectar nuevas células.
2) Multiplicación: Una vez dentro el ADN del virus, utilizando nucleótidos y la enzima ARNpolimerasa de la bacteria, dirige la síntesis de gran cantidad de ARNm viral. Este ARNm viral sirve de base para la síntesis de proteínas del virus (capsómeros, endonucleasas, endolisinas). El ADN vírico, utilizando los complejos enzimáticos de la bacteria, se replica muchas veces. Tanto los ácidos nucleicos replicados, como el resto de los componentes víricos que se han sintetizado, se ensamblan dando lugar a nuevos virus.
3) Lisis y liberación. En una bacteria pueden formarse unos 100 bacteriófagos que salen al exterior debido a la acción de la endolisina, enzima que lisa la pared bacteriana. Debido a ello se produce la ruptura de la pared bacteriana y la muerte de la célula. Los virus quedan libres para infectar nuevas células.
11.6.2. Ciclo lisogénico
No siempre se produce la lisis inmediata de la célula. Hay fagos atemperados o atenuados que se integran en el ADN bacteriano por entrecruzamiento de dos regiones idénticas del fago y de la bacteria, del mismo modo a como ocurre en los plásmidos. Estos fagos integrados se denominan profagos, y se replican pasivamente con el ADN de la bacteria. Las bacterias capaces de establecer esa relación con los fagos atenuados se denominanlisogénicas.
El ADN del profago puede permanecer en forma latente durante varias generaciones de la bacteria, hasta que un estímulo induzca la separación del profago que iniciará un ciclo lítico típico. Mientras la célula posea el ADN profago será inmune frente a infecciones de este mismo virus. Otros virus que no son bacteriófagos pueden también tener ciclos lisogénicos.
12. ORIGEN EVOLUTIVO DE LOS VIRUS
El origen evolutivo de los virus es uno de los temas que la moderna biología no ha conseguido todavía esclarecer, situándose las respuestas que hasta ahora se han dado a este problema en el terreno de la especulación. En gran medida este hecho se debe a que el registro fósil de estos microorganismos es prácticamente inexistente y no se ha detectado en la actualidad ninguna forma de virus que pudiéramos considerar “primitiva”.
Una interpretación del origen evolutivo de los virus, bastante desacreditada en la actualidad, sugería que estos microorganismos podrían ser en realidad las formas de vida más primitivas que aparecieron sobre la Tierra, a partir de las cuales habrían evolucionado todas las demás. Tal interpretación descansa en la evidencia de que los virus son las entidades vivas más simples en cuanto a su organización que existen en la biosfera actual. Un grave inconveniente de esta teoría consiste en que, por ser los virus parásitos intracelulares obligados, difícilmente podrían ser evolutivamente anteriores a las células a las que parasitan.
En la actualidad dos teorías rivalizan en la explicación del origen de los virus. Según una de ellas los virus descenderían de microorganismos con organización celular que en el pasado habrían desarrollado una forma de parasitismo intracelular. Estos parásitos habrían evolucionado hacia una simplicidad cada vez mayor, deshaciéndose de estructuras celulares y abandonando procesos metabólicos que les resultaban superfluos en el medio intracelular. La simplificación habría conducido a un parasitismo intracelular obligado ya que estos virus ancestrales serían ya incapaces de desarrollar un ciclo vital fuera de las células parasitadas. Las últimas etapas de este proceso consistirían en la pérdida total de una maquinaria bioquímica y un metabolismo energético propios, que les serían proporcionados por la célula hospedadora, y la desaparición de la envoltura membranosa característica de los organismos con organización celular.
La otra teoría sugiere que los virus podrían haber tenido su origen en genes vagabundos. Multitud de procesos celulares dan lugar a fragmentos de ácidos nucleicos cuyo destino es en la mayor parte de los casos la degradación por las nucleasas de la célula. Así ocurre en procesos como la recombinación genética, la reparación del DNA, la maduración del RNA y muchos otros. Puede suceder que en algunos casos estos fragmentos de ácido nucleico eludan la acción de las nucleasas y adquieran una cierta estabilidad, llegando incluso a replicarse por acción de la maquinaria celular y a desarrollar la capacidad de transferirse de una célula a otra. La selección natural habría favorecido a aquellos fragmentos que contuviesen información para fabricar algunas proteínas, siempre que éstas contribuyesen a la estabilidad del ácido nucleico y a mejorar su capacidad de “infectar” nuevas células. Así habrían surgido las cápsides virales.
Es posible que las dos teorías expuestas sean en mayor o menor grado acertadas. Existe un amplio acuerdo sobre la afirmación de que los virus no constituyen un grupo monofilético, es decir, distintos grupos de virus pudieron tener orígenes independientes, en épocas diferentes y a partir de grupos de organismos celulares diferentes. No necesariamente en todos los casos el origen del virus tuvo que responder al mismo proceso, de manera que en unos casos la teoría del parásito simplificado podría ser la adecuada, mientras que en otros lo sería la del gen vagabundo.
ANIMACIONES
En 1967 se descubrió que el agente causante de cierta enfermedad de la planta de la patata era una pequeña molécula de RNA circular que carecía de cápside proteica y de cualquier tipo de envoltura. El agente era capaz de replicarse dentro de las células y de infectar a sus vecinas produciendo en todas efectos patológicos. Desde entonces se ha detectado la presencia de estas moléculas de RNA “desnudas” a las que se ha denominado viroides, en distintos organismos vegetales. Los viroides son los agentes infecciosos más pequeños y más simples conocidos. No contienen información que codifique ningún tipo de proteína por lo que dependen totalmente de la maquinaria replicativa de la célula hospedadora.
El descubrimiento de los viroides apoya la teoría del gen vagabundo sobre el origen de los virus. Es posible que los viroides representen etapas tempranas de la evolución de los virus, los virus “primitivos” que hasta hace poco no se habían detectado. Hasta la fecha no se han encontrado viroides de DNA pero no se puede descartar que existan.
14. PRIONES
En 1982, tras varios años de investigación, Stanley Prusiner descubrió un nuevo tipo de agente infeccioso al que denominó prión (abreviatura de proteinaceous infectious particle). Los priones son los agentes causantes de un cierto número de enfermedades neuro-degenerativas que afectan al ganado y también a humanos, conocidas como encefalopatías subagudas espongiformes transmisibles (ESET). Entre ellas se encuentra el “scrapie” o prurito lumbar de las ovejas, la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las “vacas locas”), el kuru (enfermedad hoy en vías de erradicación que afectaba a ciertos indígenas de Nueva Guinea que hasta 1950 practicaban una forma de canibalismo ritual), la enfermedad de Creutzfeldt-Jacob (CJD) y otras similares.
Cuando Prusiner consiguió aislar priones en estado puro a partir de cerebros de hamster infectados descubrió, con gran sorpresa de la comunidad científica, que estaban compuestos exclusivamente por proteína. Además, la capacidad infecciosa de los priones resistía todo tipo de tratamientos de los que habitualmente afectan a los ácidos nucleicos, lo que indicaba que carecían de ellos. La partícula infecciosa consistía en una única cadena polipeptídica de unos 250 aminoácidos de longitud, demasiado pequeña como para albergar en su interior un genoma de ácido nucleico por pequeño que este fuese. Esta proteína fue denominada por Prusiner PrP (proteína del prión).
Los priones parecían ser los primeros organismos vivos carentes de ácido nucleico y que, por lo tanto, contravenían en toda su extensión el “dogma central” de la biología molecular, pues parecían consistir en una especie de “proteína autorreplicante” cuya secuencia de aminoácidos no estaba codificada por ninguna secuencia de nucleótidos. No se conocía ningún mecanismo de síntesis de proteínas capaz de explicar tal capacidad de replicación.
La siguiente sorpresa fue que PrP se encontraba también en individuos no infectados, siendo un constituyente normal de las células nerviosas que se encontraba codificado en su genoma al igual que las demás proteínas. Prusiner llamó PrPc (proteína celular) a la proteína presente en los individuos sanos y PrPsc (proteína infecciosa del “scrapie”) a la proteína patogénica . El análisis de una y otra proteína reveló que ambas tenían idéntica secuencia de aminoácidos y que estaban codificadas por el mismo gen, el cual se encontraba presente en todas las especies susceptibles a las encefalopatías espongiformes. La pregunta que surgió inmediatamente fue que, si ambas proteínas eran idénticas en secuencia ¿cuál era la diferencia que convertía a una de ellas en patógena y a la otra no? Los análisis cristalográficos realizados hasta la fecha, si bien no arrojan datos concluyentes, apuntan a a que la diferencia se encuentra a nivel de la conformación tridimensional. PrPc presenta una conformación rica en tramos en hélice-α, mientras que en PrPsc una parte de los tramos en hélice-α parecen haber virado hacia la conformación en lámina β. Otra diferencia relevante entre ambas proteínas es que PrPc es sensible a la acción de las proteasas celulares mientras que PrPsc se muestra resistente a ellas.
La hipótesis de Prusiner, todavía no totalmente corroborada, es que la molécula de PrPsc es capaz de interactuar directamente con la de PrPc provocando en ella un cambio conformacional que la transforma en una segunda molécula de PrPsc. Una sola molécula de PrPsc puede inducir la transformación de muchas moléculas de PrPc en PrPsc, que a su vez adquieren capacidad transformadora, produciendo un efecto cascada. La resistencia a las proteasas de PrPsc provocaría su acumulación intracelular y con ella, a través de un mecanismo todavía no conocido, el efecto patógeno característico.
Queda por dilucidar el mecanismo por el que PrPsc es capaz de inducir el mencionado cambio conformacional. Se ha sugerido que PrPsc podría actuar como una chaperona (proteínas celulares responsables del plegamiento de otras proteínas). Tampoco se sabe cuál es la función de PrPc en los individuos sanos, aunque su localización en la membrana plasmática de las neuronas apunta a que esta función pueda estar relacionada con la sinapsis neuronal.
De confirmarse la hipótesis de Prusiner, la violación por los priones del “dogma central” de la biología molecular no sería tan flagrante. Habría que considerar que los priones no son auténticos seres vivos sino moléculas integrantes de los organismos hospedadores que han adquirido la capacidad de comportarse como agentes infecciosos.
ANIMACIONES
15. LOS MICROORGANISMOS COMO AGENTES DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS
La mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos de ellos incluso se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de los animales, viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos digestivos o respiratorios; son la denominada flora normal. Sin embargo, los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana; estos son los microorganismos patógenos.
El grado de patogenidad se denomina virulencia y se mide, generalmente, por el número de microorganismos necesarios para desarrollar la enfermedad. Hay microorganismos que normalmente no son patógenos pero pueden serlo cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal: son los microorganismos oportunistas.
Robert Koch (1843-1910) fue el primero en comprobar que una bacteria era la causante de una enfermedad infecciosa, el carbunco en ovinos. Estableció cuatro postulados que constituyen la base de las investigaciones médicas para establecer el tratamiento de las infecciones:
15.1. Vías de infección
El primer paso en una infección es la colonización por parte de los microorganismos de tegumentos y mucosas corporales, donde deben competir con otros microorganismos comensales. Los que superan esta primera fase con más éxito son los que producen las enfermedades más contagiosas.
La entrada de microorganismos en el cuerpo del hospedador puede tener lugar a través de distintas vías:
Las infecciones pueden ser superficiales, si el microorganismo se multiplica en las células epiteliales de la zona de entrada, o sistémicas si alcanzan los vasos sanguíneos y se multiplican en varios órganos a la vez.
15.2. Factores de patogenicidad. Toxinas
Según la infección va progresando, se empiezan a manifestar los síntomas de la enfermedad. Esto nos indica que el hospedador ya ha sufrido una lesión por diversas causas:
16. INTERVENCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN LAS TRANSFORMACIONES O CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Las bacterias y los hongos son los microorganismos que, junto a los productores, permiten la existencia del ciclo de la materia en la biosfera. Su función es descomponer la materia orgánica procedente de restos vegetales, cadáveres y excrementos, convirtiéndola en materia inorgánica que vuelve a ser utilizada por los productores.
La actividad de los descomponedores en la biosfera permite que la materia se recicle y no se disperse en las sucesivas transferencias, como ocurre con la energía.
Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a unos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en que pasan de formar parte de materia inorgánica inerte a formar parte de materia constitutiva de seres vivos y de éstos, posteriormente, de nuevo a materia inorgánica inerte, cerrándose el ciclo. Estos ciclos de la materia son los ciclos biogeoquímicos.
Como ejemplos de ciclos biogeoquímicos, y el papel que desempeñan los microorganismos en ellos, estudiaremos el ciclo del carbono y el ciclo del nitrógeno:
16.1. EL CICLO DEL CARBONO
Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas toman el carbono en forma de CO2 de la atmósfera o del agua, asimilándolo durante la fase oscura de dicho proceso para formar moléculas orgánicas. Parte del carbono vuelve al medio inerte en la misma forma de CO2 como resultado de la respiración tanto de las propias plantas como de los organismos consumidores y descomponedores. Los desechos, restos o cadáveres que contienen carbono vuelven también al medio inorgánico por acción de los descomponedores (bacterias y hongos).
Una parte muy importante del carbono, puede tardar millones de años en incorporarse al medio inerte. Es el caso del carbono que llega a formar parte del petróleo y del carbón mineral. Este carbono puede volver al ciclo por combustión de estos combustibles fósiles.
16.2. EL CICLO DEL NITRÓGENO
La fuente principal de nitrógeno es la atmósfera, de la que este gas constituye un 78%; sin embargo, este nitrógeno atmosférico sólo puede ser fijado por un grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno que transforman este gas en compuestos nitrogenados utilizados directamente por las plantas. Entre el grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno está el género Rhizobium que se encuentra en simbiosis con las raíces de las plantas leguminosas (guisantes, judías, tréboles, alfalfa, etc.), estas bacterias se introducen en los tejidos del vegetal, donde proliferan y desarrollan una especie de nódulos fijadores del nitrógeno.
El resto de las plantas depende del nitrógeno que se encuentra en el suelo, de donde lo toman en forma de nitratos.
Cuando cualquier organismo muere, el nitrógeno de los restos orgánicos, como son las proteínas y los ácidos nucleicos, por acción de bacterias y hongos presentes en el suelo, se convierte en amoniaco o ión amonio (amonificación).
Otros grupos de bacterias del suelo oxidan los iones amonio a nitritos y finalmente las bacterias nitrificantes oxidan los nitritos a nitratos. Los nitratos son ya fácilmente absorbidos por las raíces de las plantas y utilizados para formar moléculas propias, que contienen nitrógeno (proteínas y ácidos nucleicos). Mediante las cadenas tróficas posteriores, el nitrógeno asimilado en estas moléculas del vegetal pasa a los animales.
Existe un grupo de bacterias desnitrificantes que en condiciones anaerobias y de inundación convierten los nitratos del suelo en nitrógeno molecular que escapa a la atmósfera. Por eso los agricultores drenan las tierras para reducir la desnitrificación y añaden fertilizantes para incrementar los niveles de nitrato del suelo
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17. BIOTECNOLOGÍA
La biotecnología es el conjunto de procesos industriales que se sirve de microorganismos o de células procedentes de animales o vegetales para obtener determinados productos comerciales o para realizar importantes transformaciones químicas.
La biotecnología se ocupa, entre otros, de procesos tan diferentes como la clonación, la terapia génica, la inseminación in vitro, la obtención de bebidas alcohólicas, etc.
Aunque el término es moderno, reúne técnicas y métodos conocidos desde la antigüedad. Por ejemplo, la fabricación del pan, que ya realizaban los antiguos egipcios, la mejora de las razas de animales y la obtención de plantas con mayor producción de frutos.
El término biotecnología se comenzó a usar a finales de los años setenta, tras la aparición de la ingeniería genética, que se basa en la manipulación del material genético de las células.
En la actualidad, con la expansión de la biotecnología y los métodos de manipulación genética, los microorganismos han sido modificados para fabricar productos útiles que los microorganismos no producen de manera natural.
17.1. Biotecnologías aplicadas a la mejora del medio ambiente
Diversas técnicas biotecnológicas permiten resolver, de diferentes y novedosas maneras, el problema de la contaminación ambiental.
Se pueden utilizar diversos microorganismos para afrontar problemas de tratamiento y control de la contaminación química de distintos ecosistemas. La ingeniería genética permite combinar las características de estos microorganismos para aumentar su eficacia o generar microbios recombinantes con nuevas características.
Aunque muchos microorganismos diferentes juegan un papel esencial en los equilibrios ambientales, la mayoría de las aplicaciones biotecnológicas actuales se realizan con ciertos tipos de bacterias.
Algunas de las aplicaciones de la biotecnología a la mejora del medio ambiente son las siguientes:
17.1.1. Control de mareas negras
Se llama marea negra al vertido masivo de petróleo debido a un accidente durante el transporte del petróleo en grandes barcos.
Es posible utilizar bacterias que digieren los hidrocarburos que forman el petróleo y los transforman en sustancias químicas nada o menos contaminantes. Aunque generalmente cada tipo de bacteria utiliza una clase de hidrocarburo, se intenta combinar las características de varias bacterias para conseguir una bacteria recombinante capaz de transformar muchos hidrocarburos diferentes.
17.1.2. Eliminación de metales pesados
Los iones metálicos de los elementos pesados (por ejemplo, mercurio, cinc, níquel, cobre, plomo) movilizados por la acción humana a distintos ecosistemas constituyen el tipo de contaminación más grave del planeta. Los efectos contaminantes de los metales pesados superan en cuantía la suma de todos los demás tipos de contaminación química.
Gracias a la ingeniería genética se han desarrollado bacterias que pueden vivir en presencia de metales pesados y eliminarlos mediante diversas reacciones químicas.
17.2. Biotecnologías aplicadas a la mejora de la salud
La biotecnología tiene en la salud humana, entre otros, los siguientes campos de aplicación:
La palabra antibiótico designa a aquellas sustancias que, producidas por determinados microorganismos, pueden acabar con la vida de otros.
En 1929, Alexander Fleming descubrió estas sustancias. Estaba trabajando con Staphylococcus aureus y su cultivo se contaminó con un hongo del género Penicillium, de forma que las colonias rodeadas por éste morían. Fleming supuso que el hongo producía alguna sustancia antibacteriana, por lo que hizo un filtrado, descubriendo así, la penicilina. Fue incapaz de purificarla, dado que era químicamente inestable, lo que se hizo años más tarde, gracias al desarrollo de un proceso industrial adecuado.
Desde 1945 se han aislado cientos de antibióticos producidos por hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces.
El gran problema de la actualidad es que han comenzado a desarrollarse a un ritmo alarmante cepas de patógenos resistentes a antibióticos e, incluso, cepas multirresistentes a varios antibióticos simultáneamente, por lo que hay que encontrar otros nuevos, o modificar los existentes para que recobren su eficacia, lo que constituye el gran reto de la biotecnología.
17.2.2. Hormonas
Las personas que sufren diabetes mellitus deben inyectarse insulina varias veces al día. Hasta 1983 la insulina que utilizaban las personas diabéticas era insulina de cerdo purificada (diferente de la humana). Desde esa fecha se utiliza insulina obtenida por ingeniería genética: se ha introducido el gen de la insulina humana en la bacteria Escherichia coli, que la produce en cantidades masivas y con las mismas características. La insulina es la primera proteína fabricada por ingeniería genética y comercializada.
También por ingeniería genética se obtiene la hormona del crecimiento.
Otras hormonas como la testosterona y progesterona, hormonas sexuales masculina y femenina, utilizada ésta última en la fabricación de fármacos anticonceptivos se obtienen de la fermentación de ciertas levaduras.
17.3. Biotecnología de los alimentos
El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos, a pesar de desconocer su existencia. Hoy día gracias al conocimiento de sus características y metabolismo, son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos y bebidas. Por ejemplo:
Se utiliza leche, que fermenta mediante determinadas cepas de las bacterias Lactobacillus y Streptococcus que transforman la lactosa en ácido láctico. El ácido láctico es el causante de la precipitación de las proteínas de la leche. Ambos microorganismos necesitan una temperatura de 45ºC para desarrollarse al máximo, por eso la leche se envasa en caliente para que después siga el proceso de fermentación en la estufa a dicha temperatura. El pH del yogur (después del enfriamiento a 4 ºC) es alrededor de 4, este medio ácido impide el crecimiento de otras bacterias.
Actualmente la producción de yogures se ha especializado en gran cantidad de sabores e incluso en el enriquecimiento de nuevas bacterias.
Fabricación de cerveza
Es un proceso que se conoce desde antiguo, ya que, al parecer, los babilonios fueron los primeros en elaborar la cerveza.
Se basa en la fermentación alcohólica que realizan las levaduras del género Saccharomyces.
La cerveza se obtiene por fermentación de la cebada realizada por las levaduras S. cerevisae o S. carlsbergensis. Los granos de cebada se ponen a remojo, de forma que germinan y generan amilasas suficientes que hidrolizan el almidón. Después se secan, lo que constituye la malta, la cual se puede almacenar hasta su uso. Con la malta se obtiene el mosto de cerveza, al cual se adiciona el lúpulo, encargado de dar a la cerveza el sabor amargo y de conservarla del crecimiento bacteriano. Es entonces cuando se añade el inóculo, que fermenta durante cinco a diez días a temperatura y pH adecuados.
CUESTIONES:
Fabricación de cerveza
18. PRÁCTICAS
Yogurt. Texto
Tición de Gram. Texto
Hongos filamentosos. Texto
Protozoos. Texto
Biocenosis del suelo. Texto
Algas y protozoos
Bacterias de la caries
Bacterias del sarro dentario
Cultivo de bacterias de las manos
Cultivo de bacterias
Observación de protozoos
Desarrollo de un moho
Elaboración de un antibiograma
Estudio de algas, líquenes y hongos
Estudio de un basidiomiceto
Hongos de un liquen
Hongos filamentosos
La floridura del pa
Levadura
Moho del pan
Bacterias del yogurt
Bacterias del yogurt 2
Observación de bacterias
Observación de hongos filamentosos
Observación de mohos
Microorganismos en una gota de agua
Infusorios
Infusorios 2
Mohos
Microorganismos
Frotis bacteriano
19. REPASO
Test 1 2 3 4 5
20. PRESENTACIONES
Microbiología
Virus y protoctistas
Importsncia de los microorganismos
Microscopía
22. DIAPOSITIVAS
Microbiología:origen
Morfología célula procariota
Membrana plasmática en procariotas
Pared celular
Nutrición en procariotas
Mecanismos de transferencia genética
Clasificación bacteriana
Algas y hongos
Clasificación protozoos
Ciclo del azufre
tipos de hongos
Microorg. y enfermedades infecciosas
Ciclo carbono
Ciclo del nitrógeno
Microorganismos y hombre
Etapas de la replicación vírica
Ciclo vital de un fago
Viroides y priones
Términos de epidemiología
Eslabones de la cadena infecciosa
23. VÍDEOS
La hipótesis de Prusiner, todavía no totalmente corroborada, es que la molécula de PrPsc es capaz de interactuar directamente con la de PrPc provocando en ella un cambio conformacional que la transforma en una segunda molécula de PrPsc. Una sola molécula de PrPsc puede inducir la transformación de muchas moléculas de PrPc en PrPsc, que a su vez adquieren capacidad transformadora, produciendo un efecto cascada. La resistencia a las proteasas de PrPsc provocaría su acumulación intracelular y con ella, a través de un mecanismo todavía no conocido, el efecto patógeno característico.
Queda por dilucidar el mecanismo por el que PrPsc es capaz de inducir el mencionado cambio conformacional. Se ha sugerido que PrPsc podría actuar como una chaperona (proteínas celulares responsables del plegamiento de otras proteínas). Tampoco se sabe cuál es la función de PrPc en los individuos sanos, aunque su localización en la membrana plasmática de las neuronas apunta a que esta función pueda estar relacionada con la sinapsis neuronal.
De confirmarse la hipótesis de Prusiner, la violación por los priones del “dogma central” de la biología molecular no sería tan flagrante. Habría que considerar que los priones no son auténticos seres vivos sino moléculas integrantes de los organismos hospedadores que han adquirido la capacidad de comportarse como agentes infecciosos.
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15. LOS MICROORGANISMOS COMO AGENTES DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS
La mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos de ellos incluso se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de los animales, viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos digestivos o respiratorios; son la denominada flora normal. Sin embargo, los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana; estos son los microorganismos patógenos.
El grado de patogenidad se denomina virulencia y se mide, generalmente, por el número de microorganismos necesarios para desarrollar la enfermedad. Hay microorganismos que normalmente no son patógenos pero pueden serlo cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal: son los microorganismos oportunistas.
Robert Koch (1843-1910) fue el primero en comprobar que una bacteria era la causante de una enfermedad infecciosa, el carbunco en ovinos. Estableció cuatro postulados que constituyen la base de las investigaciones médicas para establecer el tratamiento de las infecciones:
- El organismo específico ha de encontrarse siempre asociado a la enfermedad.
- El organismo tiene que ser aislado y obtenido en cultivo puro en el laboratorio.
- Este cultivo puro inoculado en un animal susceptible de ser infectado produce la enfermedad.
- Se debe recuperar el organismo del animal infectado experimentalmente en cultivo puro.
El primer paso en una infección es la colonización por parte de los microorganismos de tegumentos y mucosas corporales, donde deben competir con otros microorganismos comensales. Los que superan esta primera fase con más éxito son los que producen las enfermedades más contagiosas.
La entrada de microorganismos en el cuerpo del hospedador puede tener lugar a través de distintas vías:
- Heridas o abrasiones en los tegumentos.
- Roturas microscópicas en las mucosas.
- Picaduras de artrópodos.
- Adherencia específica del microorganismo a las células del hospedador y paso a través de células epiteliales.
- En determinadas circunstancias, algunos microorganismos forman colonias muy numerosas en los tegumentos, las cuales son responsables de una lesión epitelial, produciéndose inflamación y rotura, a través de la cual penetran.
Las infecciones pueden ser superficiales, si el microorganismo se multiplica en las células epiteliales de la zona de entrada, o sistémicas si alcanzan los vasos sanguíneos y se multiplican en varios órganos a la vez.
15.2. Factores de patogenicidad. Toxinas
Según la infección va progresando, se empiezan a manifestar los síntomas de la enfermedad. Esto nos indica que el hospedador ya ha sufrido una lesión por diversas causas:
- La proliferación de los microorganismos: El crecimiento del número de células microbianas puede conllevar dos clases de peligro: de un lado, se puede crear una competencia entre el microbio y las células del hospedador por un determinado nutriente; de otro lado, se puede producir el bloqueo de vasos sanguíneos o un daño directo sobre las células del hospedador
- Producción de toxinas: Las toxinas son sustancias venenosas de bajo peso molecular, que pueden ser excretadas al medio (exotoxinas), como la del botulismo o el tétanos, o retenidas dentro de la célula (endotoxinas). Estas toxinas pueden provocar daños locales, cuando son muy específicas, o difundirse y causar lesión sistémica.
- La producción de enzimas extracelulares como la lecitinasa que hidroliza los lípidos de membrana de las células huésped; las hemolisinas que lisan los glóbulos rojos, liberando al plasma su hemoglobina, etc.
16. INTERVENCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN LAS TRANSFORMACIONES O CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Las bacterias y los hongos son los microorganismos que, junto a los productores, permiten la existencia del ciclo de la materia en la biosfera. Su función es descomponer la materia orgánica procedente de restos vegetales, cadáveres y excrementos, convirtiéndola en materia inorgánica que vuelve a ser utilizada por los productores.
La actividad de los descomponedores en la biosfera permite que la materia se recicle y no se disperse en las sucesivas transferencias, como ocurre con la energía.
Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a unos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en que pasan de formar parte de materia inorgánica inerte a formar parte de materia constitutiva de seres vivos y de éstos, posteriormente, de nuevo a materia inorgánica inerte, cerrándose el ciclo. Estos ciclos de la materia son los ciclos biogeoquímicos.
Como ejemplos de ciclos biogeoquímicos, y el papel que desempeñan los microorganismos en ellos, estudiaremos el ciclo del carbono y el ciclo del nitrógeno:
16.1. EL CICLO DEL CARBONO
Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas toman el carbono en forma de CO2 de la atmósfera o del agua, asimilándolo durante la fase oscura de dicho proceso para formar moléculas orgánicas. Parte del carbono vuelve al medio inerte en la misma forma de CO2 como resultado de la respiración tanto de las propias plantas como de los organismos consumidores y descomponedores. Los desechos, restos o cadáveres que contienen carbono vuelven también al medio inorgánico por acción de los descomponedores (bacterias y hongos).
Una parte muy importante del carbono, puede tardar millones de años en incorporarse al medio inerte. Es el caso del carbono que llega a formar parte del petróleo y del carbón mineral. Este carbono puede volver al ciclo por combustión de estos combustibles fósiles.
16.2. EL CICLO DEL NITRÓGENO
La fuente principal de nitrógeno es la atmósfera, de la que este gas constituye un 78%; sin embargo, este nitrógeno atmosférico sólo puede ser fijado por un grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno que transforman este gas en compuestos nitrogenados utilizados directamente por las plantas. Entre el grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno está el género Rhizobium que se encuentra en simbiosis con las raíces de las plantas leguminosas (guisantes, judías, tréboles, alfalfa, etc.), estas bacterias se introducen en los tejidos del vegetal, donde proliferan y desarrollan una especie de nódulos fijadores del nitrógeno.
El resto de las plantas depende del nitrógeno que se encuentra en el suelo, de donde lo toman en forma de nitratos.
Cuando cualquier organismo muere, el nitrógeno de los restos orgánicos, como son las proteínas y los ácidos nucleicos, por acción de bacterias y hongos presentes en el suelo, se convierte en amoniaco o ión amonio (amonificación).
Otros grupos de bacterias del suelo oxidan los iones amonio a nitritos y finalmente las bacterias nitrificantes oxidan los nitritos a nitratos. Los nitratos son ya fácilmente absorbidos por las raíces de las plantas y utilizados para formar moléculas propias, que contienen nitrógeno (proteínas y ácidos nucleicos). Mediante las cadenas tróficas posteriores, el nitrógeno asimilado en estas moléculas del vegetal pasa a los animales.
Existe un grupo de bacterias desnitrificantes que en condiciones anaerobias y de inundación convierten los nitratos del suelo en nitrógeno molecular que escapa a la atmósfera. Por eso los agricultores drenan las tierras para reducir la desnitrificación y añaden fertilizantes para incrementar los niveles de nitrato del suelo
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17. BIOTECNOLOGÍA
La biotecnología es el conjunto de procesos industriales que se sirve de microorganismos o de células procedentes de animales o vegetales para obtener determinados productos comerciales o para realizar importantes transformaciones químicas.
La biotecnología se ocupa, entre otros, de procesos tan diferentes como la clonación, la terapia génica, la inseminación in vitro, la obtención de bebidas alcohólicas, etc.
Aunque el término es moderno, reúne técnicas y métodos conocidos desde la antigüedad. Por ejemplo, la fabricación del pan, que ya realizaban los antiguos egipcios, la mejora de las razas de animales y la obtención de plantas con mayor producción de frutos.
El término biotecnología se comenzó a usar a finales de los años setenta, tras la aparición de la ingeniería genética, que se basa en la manipulación del material genético de las células.
En la actualidad, con la expansión de la biotecnología y los métodos de manipulación genética, los microorganismos han sido modificados para fabricar productos útiles que los microorganismos no producen de manera natural.
17.1. Biotecnologías aplicadas a la mejora del medio ambiente
Diversas técnicas biotecnológicas permiten resolver, de diferentes y novedosas maneras, el problema de la contaminación ambiental.
Se pueden utilizar diversos microorganismos para afrontar problemas de tratamiento y control de la contaminación química de distintos ecosistemas. La ingeniería genética permite combinar las características de estos microorganismos para aumentar su eficacia o generar microbios recombinantes con nuevas características.
Aunque muchos microorganismos diferentes juegan un papel esencial en los equilibrios ambientales, la mayoría de las aplicaciones biotecnológicas actuales se realizan con ciertos tipos de bacterias.
Algunas de las aplicaciones de la biotecnología a la mejora del medio ambiente son las siguientes:
- Eliminación de metales pesados.
- Eliminación de mareas negras.
- Obtención de energía no contaminante.
- Tratamiento de residuos urbanos e industriales.
- Tratamiento de diferentes tipos de contaminación asociados a la industria del petróleo.
- Tratamiento de la contaminación producida por herbicidas, pesticidas e insecticidas.
- Depuración de aguas residuales.
17.1.1. Control de mareas negras
Se llama marea negra al vertido masivo de petróleo debido a un accidente durante el transporte del petróleo en grandes barcos.
Es posible utilizar bacterias que digieren los hidrocarburos que forman el petróleo y los transforman en sustancias químicas nada o menos contaminantes. Aunque generalmente cada tipo de bacteria utiliza una clase de hidrocarburo, se intenta combinar las características de varias bacterias para conseguir una bacteria recombinante capaz de transformar muchos hidrocarburos diferentes.
Los iones metálicos de los elementos pesados (por ejemplo, mercurio, cinc, níquel, cobre, plomo) movilizados por la acción humana a distintos ecosistemas constituyen el tipo de contaminación más grave del planeta. Los efectos contaminantes de los metales pesados superan en cuantía la suma de todos los demás tipos de contaminación química.
Gracias a la ingeniería genética se han desarrollado bacterias que pueden vivir en presencia de metales pesados y eliminarlos mediante diversas reacciones químicas.
17.2. Biotecnologías aplicadas a la mejora de la salud
La biotecnología tiene en la salud humana, entre otros, los siguientes campos de aplicación:
- Prevención de enfermedades hereditarias.
- Terapia génica.
- Producción de vacunas.
- Obtención de anticuerpos monoclonales e interferones.
- Producción de hormonas (por ejemplo insulina y hormona del crecimiento).
- Producción de antibióticos y otros productos farmacéuticos.
La palabra antibiótico designa a aquellas sustancias que, producidas por determinados microorganismos, pueden acabar con la vida de otros.
En 1929, Alexander Fleming descubrió estas sustancias. Estaba trabajando con Staphylococcus aureus y su cultivo se contaminó con un hongo del género Penicillium, de forma que las colonias rodeadas por éste morían. Fleming supuso que el hongo producía alguna sustancia antibacteriana, por lo que hizo un filtrado, descubriendo así, la penicilina. Fue incapaz de purificarla, dado que era químicamente inestable, lo que se hizo años más tarde, gracias al desarrollo de un proceso industrial adecuado.
Desde 1945 se han aislado cientos de antibióticos producidos por hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces.
El gran problema de la actualidad es que han comenzado a desarrollarse a un ritmo alarmante cepas de patógenos resistentes a antibióticos e, incluso, cepas multirresistentes a varios antibióticos simultáneamente, por lo que hay que encontrar otros nuevos, o modificar los existentes para que recobren su eficacia, lo que constituye el gran reto de la biotecnología.
17.2.2. Hormonas
Las personas que sufren diabetes mellitus deben inyectarse insulina varias veces al día. Hasta 1983 la insulina que utilizaban las personas diabéticas era insulina de cerdo purificada (diferente de la humana). Desde esa fecha se utiliza insulina obtenida por ingeniería genética: se ha introducido el gen de la insulina humana en la bacteria Escherichia coli, que la produce en cantidades masivas y con las mismas características. La insulina es la primera proteína fabricada por ingeniería genética y comercializada.
También por ingeniería genética se obtiene la hormona del crecimiento.
Otras hormonas como la testosterona y progesterona, hormonas sexuales masculina y femenina, utilizada ésta última en la fabricación de fármacos anticonceptivos se obtienen de la fermentación de ciertas levaduras.
17.3. Biotecnología de los alimentos
El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos, a pesar de desconocer su existencia. Hoy día gracias al conocimiento de sus características y metabolismo, son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos y bebidas. Por ejemplo:
- Pan.
- Yogur.
- Queso.
- Mantequilla.
- Vinagre.
- Vino.
- Cerveza.
- Encurtidos.
- Producción de proteínas para piensos de animales domésticos.
- Síntesis de vitaminas que se añaden a los alimentos o en compuestos farmacéuticos. (Por ejemplo la vitamina B12 es producida industrialmente a partir de bacterias y la riboflavina es producida por diversos microorganismos como bacterias y hongos).
- Síntesis de aminoácidos que se utilizan como aditivos alimentarios. (Ejemplos de aminoácidos producidos por fermentación microbiana son el ácido glutámico, la lisina, la glicina, la metionina y la alanina).
Se utiliza leche, que fermenta mediante determinadas cepas de las bacterias Lactobacillus y Streptococcus que transforman la lactosa en ácido láctico. El ácido láctico es el causante de la precipitación de las proteínas de la leche. Ambos microorganismos necesitan una temperatura de 45ºC para desarrollarse al máximo, por eso la leche se envasa en caliente para que después siga el proceso de fermentación en la estufa a dicha temperatura. El pH del yogur (después del enfriamiento a 4 ºC) es alrededor de 4, este medio ácido impide el crecimiento de otras bacterias.
Actualmente la producción de yogures se ha especializado en gran cantidad de sabores e incluso en el enriquecimiento de nuevas bacterias.
Fabricación de cerveza
Es un proceso que se conoce desde antiguo, ya que, al parecer, los babilonios fueron los primeros en elaborar la cerveza.
Se basa en la fermentación alcohólica que realizan las levaduras del género Saccharomyces.
La cerveza se obtiene por fermentación de la cebada realizada por las levaduras S. cerevisae o S. carlsbergensis. Los granos de cebada se ponen a remojo, de forma que germinan y generan amilasas suficientes que hidrolizan el almidón. Después se secan, lo que constituye la malta, la cual se puede almacenar hasta su uso. Con la malta se obtiene el mosto de cerveza, al cual se adiciona el lúpulo, encargado de dar a la cerveza el sabor amargo y de conservarla del crecimiento bacteriano. Es entonces cuando se añade el inóculo, que fermenta durante cinco a diez días a temperatura y pH adecuados.
CUESTIONES:
Fabricación de cerveza
18. PRÁCTICAS
Yogurt. Texto
Tición de Gram. Texto
Hongos filamentosos. Texto
Protozoos. Texto
Biocenosis del suelo. Texto
Algas y protozoos
Bacterias de la caries
Bacterias del sarro dentario
Cultivo de bacterias de las manos
Cultivo de bacterias
Observación de protozoos
Desarrollo de un moho
Elaboración de un antibiograma
Estudio de algas, líquenes y hongos
Estudio de un basidiomiceto
Hongos de un liquen
Hongos filamentosos
La floridura del pa
Levadura
Moho del pan
Bacterias del yogurt
Bacterias del yogurt 2
Observación de bacterias
Observación de hongos filamentosos
Observación de mohos
Microorganismos en una gota de agua
Infusorios
Infusorios 2
Mohos
Microorganismos
Frotis bacteriano
19. REPASO
Test 1 2 3 4 5
20. PRESENTACIONES
Microbiología
Virus y protoctistas
Importsncia de los microorganismos
Microscopía
21. CUESTIONES
22. DIAPOSITIVAS
Microbiología:origen
Morfología célula procariota
Membrana plasmática en procariotas
Pared celular
Nutrición en procariotas
Mecanismos de transferencia genética
Clasificación bacteriana
Algas y hongos
Clasificación protozoos
Ciclo del azufre
tipos de hongos
Microorg. y enfermedades infecciosas
Ciclo carbono
Ciclo del nitrógeno
Microorganismos y hombre
Etapas de la replicación vírica
Ciclo vital de un fago
Viroides y priones
Términos de epidemiología
Eslabones de la cadena infecciosa
Microorganismos. Tipos y significación
Microorganismos procariotas I
Microorganismos procariotas II
Nutrición bacteriana
Reproducción bacteriana
Ciclo vital de un bacteriófago
Ciclo vital de un retrovirus
Relaciones microorganismos y el hombre
Enfermedades producidas por microorganismos en el hombre I
Enfermedades producidas por microorganismos en el hombre II
Enfermedades producidas por microorganismos en animales
Enfermedades producidas por microorganismos en plantas
Microorganismos procariotas I
Microorganismos procariotas II
Nutrición bacteriana
Reproducción bacteriana
Ciclo vital de un bacteriófago
Ciclo vital de un retrovirus
Relaciones microorganismos y el hombre
Enfermedades producidas por microorganismos en el hombre I
Enfermedades producidas por microorganismos en el hombre II
Enfermedades producidas por microorganismos en animales
Enfermedades producidas por microorganismos en plantas
23. VÍDEOS
Reproducción de un virus
Animación sobre evolución de los seres vivos
