CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS

CLASIFICACION, ESTRUCTURA Y REPLICACION DE LAS BACTERIAS 

😇 Diferencias entre eucariotas y procariotas

Las células de los animales, las plantas y los hongos son eucariotas (palabra de origen griego que significa «núcleo verdadero), mientras que las bacterias, las archaea y las algas azulverdosas son miembros de las procariotas (del griego «núcleo primitivo»). Las archaea (arqueobacterias) se asemejan a las bacterias en muchos aspectos, pero representan un dominio único desde las bacterias y eucariotas. Además de carecer de núcleo y organelas, el cromosoma bacteriano se distingue del humano en varios aspectos. El cromosoma de una bacteria típica. como Escherichia coli, es una molécula única circular con dos cadenas de ácido desoxirribonucleico (ADN), que contiene aproximadamente unos 5 millones de pares de bases (0 5000 pares de kilobases [kbl) y tiene una longitud aproximada de 1.3 mm (es decir, casi 1.000 veces el diámetro de la célula). Los cromosomas bacterianos más pequeños son los de los micoplasmas, que miden aproximadamente la cuarta parte de este valor. En comparación, los seres humanos tienen dos copias de 23 cromosomas, lo que representa unos 2,9 x 109 pares de bases y 990 mm de longitud. Las bacterias emplean un ribosoma de menor tamaño, el ribosoma 70S, y en la mayoría de las bacterias existe una pared celular constituida por peptidoglucanos que rodea las membranas a modo de entramado para protegerlas del entorno.

Clasificación bacteriana

Las bacterias se pueden clasificar según su aspecto macroscópico y microscópico, por el crecimiento y las propiedades metabólicas características, por su antigenicidad y, por último, por su genotipo.

💛Distinción macroscópica y microscópica

La distinción inicial entre las bacterias se puede realizar en función de las características de crecimiento en distintos nutrientes y medios de cultivo selectivos. La suma de sus características condiciona los rasgos que definen a una colonia, como su color, tamaño, forma u olor. 

El aspecto microscópico, incluido el tamaño, la forma y la configuración de los gérmenes (cocos, bacilos, curvos, espirales), y la capacidad de captar la tinción de Gram (grampositivos o gramnegativos) son el principal modo de distinguir las bacterias. 

La tinción de Gram es una prueba rápida, potente y sencilla que permite al clínico distinguir entre dos clases fundamentales de bacterias, establecer un diagnóstico inicial e iniciar el trata las bacterias grampositivas se tiñen de colorante queda atrapado en una gruesa capa de peptidoglucanos a modo de malla tienen entrelazada, una capa que rodea de peptidoglucanos a la célula.

💛Diferencia metabólica, antigénica y genética

El siguiente nivel de la clasificación depende de las características metabólicas de las bacterias, incluidas la necesidad de un entorno aerobio o anaerobio, la exigencia de nutrientes específicos (p. ej., la capacidad de fermentar carbohidratos específicos o emplear distintos compuestos como fuentes de carbonos para el crecimiento) y la producción de productos metabólicos característicos (ácidos, alcoholes) y enzimas específicas (p. ej., catalasas de los estafilococos). Se han desarrollado técnicas automatizadas para distinguir entre las bacterias entéricas y de otro tipo, que analizan el crecimiento en distintos medios de cultivo y sus productos microbianos y adjudican un biotipo numérico a cada bacteria.

Una cepa concreta de bacterias se puede distinguir mediante el uso de anticuerpos que detectan antígenos característicos en ella (serotipado). Estas pruebas serológicas se pueden emplear también para identificar organismos difíciles (Treponema pallidum, el germen responsable de la sífilis) o demasiado peligrosos (p. ej., Francisella, el germen responsable de la tularemia), que no crecen en el laboratorio, que se asocian a un síndrome patológico específico (p. ej., el serotipo 0157:H7 de E. coli responsable de la colitis hemorrágica) o que se deben identificar con gran rapidez (p. ej., Streptococcus pyogenes, responsable de la faringitis estreptocócica).

Estructura bacteriana

💙Estructuras citoplásmicas

El citoplasma de la célula bacteriana contiene ADN cromosómico, ARN mensajero (ARNm), ribosomas, proteínas y metabolitos. A diferencia del cromosoma de los eucariotas, el cromosoma bacteriano se compone de una única molécula circular bicatenaria que no está contenida en un núcleo, sino en una zona definida conocida como nucleoide. Algunas bacterias pueden tener dos o tres cromosomas circulares o incluso un único cromosoma lineal. Los plásmidos, aunque por regla general no son esenciales para la supervivencia de la célula, le proporcionan a menudo una ventaja selectiva: muchos de ellos confieren resistencia contra uno o más antibióticos.

El ribosoma bacteriano consta de dos subunidades de 30S y 50S que forman un ribosoma 70S. Este ribosoma es distinto del ribosoma 80S (subunidades 40S y 6 S) de los eucariotas. Las proteínas y el ARN del ribosoma bacteriano son muy distintos de los observados en los ribosomas de los eucariotas y constituyen un señalado objetivo de los fármacos antibacterianos.

💙Bacterias grampositivas

Una bacteria grampositiva posee una pared celular gruesa que consta de varias capas y está fortnada principalmente por peptidoglucano (150 a 500 Á) que rodea la membrana citoplásmica. El peptidoglucano es un exoesqueleto en forma de malla con una función semejante a la del exoesqueleto de los insectos. Sin embargo, y a diferencia de esta última estructura, el peptidoglucano de la célula es lo suficientemente poroso como para permitir la difusión de los metabolitos a la membrana plasmática. Un nuevo modelo para los peptidoglucanos sugiere que el glucano se extiende desde la membrana plasmática a modo de púas unidas entre ellas por cadenas peptídicas cortas. El peptidoglucano es un elemento clave para la estructura, la replicación y la supervivencia de la célula en las condiciones normalmente hostiles en las que proliferan las bacterias.

El peptidoglucano puede degradarse mediante el tratamiento con lisozima. lisozima es una enzima presente en la mucosidad y las lágrimas del ser humano que también producen las bacterias y otros microorganismos. Esta enzima es capaz de desdoblar el esqueleto de glucano del peptidoglucano. Sin el peptidoglucano, la bacteria sucumbe a las grandes diferencias de presión osmótica existentes a uno y a otro lado de la membrana citoplásmica y experimenta un fenómeno de lisis. La eliminación de la pared celular produce un protoplasto, el cual experimenta un proceso de lisis a no ser que se estabilice osmóticamente.

💙Bacterias gramnegativas

Las paredes celulares gramnegativas son más complejas (tanto desde el punto de vista estructural como químico) que las de las células grampositivas. Desde el punto de vista estructural, una pared celular gramnegativa contiene dos capas situadas

fuera en el exterior de la membrana de la membrana citoplásmica citoplásmica. se encuentra Inmediatamente una delgadapor capa un 10% de del peptidoglucano peso de la pared que celular representa del germen tan solo gramnegativo.entre un 5 y

Además, la pared celular gramnegativa no contiene ácidos teicoicos ni lipoteicoicos. En la parte externa de la capa de peptidoglucano se halla la membrana externa, la cual es exclusiva de las bacterias gramnegativas.

💙Estructuras externas

Algunas bacterias (grampositivas o gramnegativas) se encuentran estrechamente rodeadas por unas capas laxas de proteínas o polisacáridos denominadas cápsulas, denominadas en ocasiones capa de limo o glucocálix. Una excepción a esta regla es Bacillus anthracis, que produce una cápsula polipeptídica. Aunque la cápsula apenas es visible al microscopio, puede visualizarse por la exclusión de partículas de tinta china.

Aunque las cápsulas son innecesarias para el crecimiento de las bacterias, revisten una gran importancia para su supervivencia en el huésped. La cápsula es poco antigénica y es antifagocítica; además, constituye un factor de virulencia significativo (p. ej., Streptococcus pneumoniae). La cápsula puede actuar también como barrera contra moléculas hidrófobas tóxicas (p. ej., detergentes), así como facilitar la adherencia a otras bacterias o a las superficies de los tejidos del huésped. En el caso de Streptococcus mutans, las cápsulas de dextrano y levano posibilitan su fijación y adhesión al esmalte dental. Durante el crecimiento en condiciones de laboratorio, sin las presiones selectivas del huésped, pueden aparecer cepas bacterianas que carecen de una cápsula y son, por tanto, menos virulentas, Algunas bacterias (p. ej., Pseudomonas aeruginosa, S. aureus) producen una biopelícula polisacárida cuando hay un número suficiente de bacterias (quórum) y en determinadas condiciones que favorecen el crecimiento, con lo que se establece una comunidad bacteriana y protege a sus miembros de la acción de los antibióticos y las defensas del huésped. Otra biopelículaes la placa dental causada por S. mutans.

Los flagelos son unos propulsores en forma de cuerda que están formados por unas subunidades proteicas enrolladas helicoidalmente (flagelina); asimismo, se unen a las membranas de las bacterias mediante unas estructuras (gancho y cuerpo basal) y se impulsan por el potencial de membrana. Las especies bacterianas pueden tener uno o varios flagelos en su superficie, los cuales pueden anclarse en diferentes partes de la célula. Los flagelos están compuestos de un motor de proteínas activado por adenosina trifosfato (ATP) conectado con un propulsor en forma de látigo compuesto de múltiples subunidades de flagelina.

Las fimbrias (Pili) («pelo» en latín) son unas estructuras piliformes que se localizan en la parte externa de las bacterias y están formadas por unas subunidades proteicas (pilina). Las fimbrias se diferencian morfológicamente de los flagelos por su menor diámetro (3-8 nm frente a 15-20 nm) y por carecer de una estructura helicoidal. Por regla general, a lo largo de toda la superficie de la célula bacteriana existen varios centenares de fimbrias dispuestas de forma uniforme. Su tamaño puede ser de hasta 15-20 pm o muchas veces el tamaño de la célula.

💙Bacterias con estructuras alternativas de la pared celular

Las micobacterias poseen una capa de peptidoglucano (con una estructura ligeramente distinta) que está entrelazado y unido mediante un enlace covalente a un polímero de arabinogalactano, y rodeado de una capa lipídica ceriforme de ácido micólico (ácidos grasos tipo P-hidroxi con ramificaciones a y de alto peso molecular), factor de agregación de micobacterias (cord) (glucolípido de trehalosa y dos ácidos micólicos), waxD (glucolipido de 15 a 20 ácidos micólicos y azúcar) y sulfolipidos ,Estas bacterias se definen como ácido-alcohol resistentes. El revestimiento es responsable de la virulencia de estas bacterias y es antifagocitico. Igualmente, los microorganismos pertenecientes a los generos Coryncbactcrium y Nocardia producen ácidos micólicos. Los micoplasmas carecen de pared celular de peptidoglucano e incorporan en sus membranas moléculas de esteroides procedentes del huésped.

Estructura y biosíntesis de los principales componentes de la pared celular bacteriana

Los componentes de la pared celular son estructuras grandes que están formadas por polímeros de subunidades. Este tipo de estructura facilita su síntesis. Del mismo modo que los astronautas construyen en el espacio una estación espacial, las bacterias han de enfrentarse a diversos problemas durante el proceso de conexión de los componentes de su pared celular. La síntesis de peptidoglucano, LPS, ácidos teicoicos y la cápsula tiene lugar en el exterior de la bacteria en un espacio alejado de la maquinaria de síntesis y las fuentes de energía del citoplasma situado en el seno de un ambiente inhóspito. Tanto en el caso de la estación espacial como en las bacterias, las subunidades y los precursores prefabricados que formarán la estructura final se ensamblan en el interior en un proceso «industrial», se unen a una estructura y a continuación son transportados a la superficie y conectados a la estructura preexistente. En las bacterias, el transportador molecular semejante a una cinta es un fosfolípido hidrófobo grande denominado bactoprenol (undecaprenol, (isoprenoide Cs). Para disponer de la potencia necesaria y poder efectuar las reacciones de conexión que ocurren fuera de la célula, los precursores prefabricados deben estar también activados por enlaces de alta energía (p. ej., fosfatos) u otros medios. En las bacterias gramnegativas, los componentes de la membrana externa pueden llegar a esta a través de las zonas de adhesión.

💜Ácidos teicoicos

Los ácidos teicoicos y lipoteicoicos son polímeros de ribosa o glicerol modificados químicamente y unidos por grupos fosfato. A los grupos hidroxilo del glicerol o de la ribosa pueden unirse azúcares, colina o D-alanina, los cuales actúan como determinantes antigénicos. Estas moléculas se diferencian mediante la utilización de anticuerpos y pueden determinar el serotipo bacteriano. El ácido lipoteicoico posee un ácido graso que está unido a la membrana. El ácido teicoico se elabora a partir de unos bloques usando el bactoprenol de forma parecida a los peptidoglucanos. El ácido teicoico está unido enzimáticamente al grupo N-terminal del péptido del peptidoglucano y es secretado desde las células.

💜Lipopolisacárido

El lipopolisacárido (LPS; endotoxina) está formado por tres regiones estructurales: lípido A, región central del polisacárido (región central rugosa) y antígeno O. El lípido A constituye un componente básico del lipopolisacárido que es esencial para la viabilidad de la bacteria. El lípido A es el responsable de la actividad endotóxica del LPS. Posee un esqueleto de tipo disacárido glucosamina fosforilado con ácidos grasos para fijar la estructura a la membrana externa. Los fosfatos conectan las unidades de LPS formando agregados. Así, una cadena de azúcares se une al esqueleto disacárido y se extiende hacia el exterior de la bacteria, La región central (core) del lipopolisacárido es un lipopolisacárido ramificado formado por un número de azúcares comprendido entre 9 y 12.

División celular

La replicación del cromosoma bacteriano desencadena también el inicio de la división celular. La producción de dos células hijas exige el crecimiento y la ampliación de los componentes de la pared celular, seguidos de la formación de un tabique (pared cruzada) que dividirá las bacterias hijas en dos células. Este tabique se compone de dos membranas separadas por dos capas de peptidoglucano. La formación del tabique se inicia en la zona media de la célula, en un punto definido por la presencia de complejos proteicos unidos a un anillo proteico filamentoso que tapiza el interior de la membrana citoplásmica. El tabique crece a partir de zonas opuestas hacia el centro de la célula y provoca la separación de las células hijas. Este proceso requiere la presencia de unas transpeptidasas especiales (PBP) y otras enzimas. En los estreptococos, estas zonas de crecimiento forman un ángulo de 1800, lo que ocasiona un crecimiento lineal de cadenas de bacterias. En cambio, la zona de crecimiento se dispone en un ángulo de 900 en los estafilococos. Una separación incompleta del tabique puede hacer que las bacterias permanezcan unidas y formen cadenas (p. ej., estreptococos) o racimos (p. ej., estafilococos).

Esporas

Algunas bacterias grampositivas, pero no las gramnegativas pertenecientes a géneros como Bacillus (p. ej., Bacillus anthracis) y Clostridium (p. ej., Clostridium tetani o botulinum) (bacterias de suelos) son capaces de formar esporas. En condiciones ambientales adversas, como la desaparición de un nutriente, estas bacterias pueden pasar de un estado vegetativo a un estado de latencia o de espora. La localización de la espora en el interior de la célula constituye una característica de cada bacteria que puede facilitar su identificación.

La espora es una estructura deshidratada formada por múltiples capas que protege a la bacteria y le permite vivir en un «estado de latencia. La espora contiene una copia completa del cromosoma bacteriano, las concentraciones mínimas imprescindibles de sus ribosomas y proteínas esenciales y una elevada concentración de calcio unido a ácido dipicolínico. Asimismo, la espora posee una membrana interna, dos capas de peptidoglucano y una capa proteica semejante a la queratina externa. En el examen al microscopio óptico, la espora aparece como una estructura refringente (brillante). La estructura de la espora protege el ADN del genoma bacteriano del calor intenso, la irradiación y la acción de la mayoría de enzimas y sustancias químicas. De hecho, las esporas bacterianas son tan resistentes a los factores ambientales que pueden mantener su viabilidad durante siglos. Asimismo, las esporas son difíciles de descontaminar mediante los desinfectantes convencionales y las condiciones del autoclave.

El agotamiento de nutrientes específicos (p. ej., alanina) en el medio de crecimiento desencadena una cascada de procesos genéticos (comparable a un proceso de diferenciación) que ocasiona la producción de una espora. Los ARN mensajeros de la espora comienzan a transcribirse al tiempo que otros ARNm dejan de hacerlo. Asimismo, se produce ácido dipicolínico y con frecuencia se eliminan antibióticos y toxinas.