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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

      CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS
        BIOLÓGICAS Y AGROPECUARIAS

          DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA CELULAR Y
                     MOLECULAR

DESARROLLO DE LA UNIDAD 2:
       BACTERIAS




quot;Estamos en la Era de las Bacterias. Nuestro planeta ha estado siempre en la Era de las Bacterias. Las
bacterias son- y siempre han sido- las formas dominantes en la Tierra.”
                                                                                    - Stephen J. Gould




Materia: MICROBIOLOGÍA
Alumna: Estudiante de MVZ Ana Isabel Lechuga Zárate
Profesor: Pasante Dr. En Cs. Yanet Karina Gutiérrez Mercado
La época en que los científicos
                                                                                 solían considerar a las bacterias como
                                                                                 pequeñas bolsas de enzimas finalizó hace
                                                                                 mucho tiempo.
                                                                                                       -Howard J. Rogers



           Bacteria: Dominio o impero que incluye a las células procariotas que tienen en la membrana,
  diésteres de glicerol diacilo y presentan un RNAr eubacteriano. También término general referido a los
  microorganismos procariotas, no multicelulares.
  Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill


        Incluso un examen superficial del mundo microbiano, revelaría que las bacterias son
uno de los grupos más importantes de los seres vivos, desde cualquier criterio: número de
organismos, importancia ecológica general o importancia práctica para los seres humanos.
De hecho la mayor parte de nuestro conocimiento sobre los fenómenos bioquímicos y de
biología molecular proceden de la investigación con bacterias. Aunque gran parte de la
investigación se ocupa de microorganismos eucariotas, el núcleo principal radica en las
procariotas.

        Hay dos grandes grupos de procariotas bien diferenciados: Bacteria y Archea. Para
evitar confusiones, debe recordarse que, en sentido general, debe emplearse el término
procariota para Archea y Bacteria; el término bacteria se refiere específicamente a las
células del dominio Bacteria.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill




                                              Árbol filogenético
        Esta figura nos muestra los 3 dominios de estudio donde encontramos organizados los diferentes
organismos existentes sobre la faz terrestre.
http://scriptusnaturae.8m.com/Articulos/bac/arbol2.htm
MORFOLOGÍA DE LAS BACTERIAS:
          Tamaño, Forma y Agrupación




                                ¿Qué tamaño tiene una bacteria?
       Comparación de las diferentes estructuras conocidas que conforman la materia viva, donde
ubicamos a las bacterias.
http://www.biblioteca.org.ar/Libros/hipertextos%20de%20biologia/celula1.htm


        Se podría esperar que organismos pequeños, relativamente simples como las
bacterias, fuesen uniformes en cuanto a forma y tamaño. Aun que es cierto que muchas
bacterias tienen morfología similar, existen importantes variaciones.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill


Formas generales de las bacterias:
   • Oval o esférica (cocos)
   • Cilíndrica o de bastón (bacilos)
   • Espiral o helicoidal (espirilos)
Madigan y col. Biología de los microorganismos. 10ª. Edición. Editorial Prentice Hall


          La mayoría de las bacterias presentan forma de coco o bacilo.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill
COCOS
        Los cocos son células casi esféricas. Pueden existir como células individuales, pero
se asocian también en agrupaciones características que son útiles frecuentemente para
identificar a las bacterias.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill


Agrupaciones de los cocos:
   • Diplococos: los cocos se dividen en dos planos y permanecen unidos en parejas.
   • Estreptococos: se dividen en planos paralelos formando cadenas
   • Tetracocos: se dividen en dos planos perpendiculares (cuatro células)
   • Sarcina: se dividen en tres planos perpendiculares dando agrupaciones cuboidales.
   • Estafilococos: se dividen en tres planos irregulares formando racimos de cocos.
Madigan y col. Biología de los microorganismos. 10ª. Edición. Editorial Prentice Hall




                                                   Agrupaciones de cocos
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Morfolog%C3%ADa_bacteriana.jpg
BACILOS
        La otra forma más común bacteriana es el bastoncillo, denominado bacilo.
        Los bacilos varían considerablemente entre la proporción de longitud y diámetro,
siendo los cocobacilos tan cortos y anchos que parecen cocos. La forma del extremo del
bacilo varía a menudo entre especies; puede ser plana, redondeada, en forma de puro o
bifurcada. Aunque muchos bacilos aparecen aislados, pueden permanecer juntos después de
dividirse, formando parejas (diplobacilo) o cadenas (estreptobacilo, en empalizada).
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill




                                                 Agrupaciones de bacilos
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Morfolog%C3%ADa_bacteriana.jpg
OTRAS FORMAS
       Aparte de estas dos formas más frecuentes, las bacterias pueden adquirir una gran
variedad de formas.
    • Vibrios: bacterias en forma de bastoncillos, curvados, con forma de coma o de
       espiral incompleta
    • Actinomicetos: largos filamentos multinucleados característicos o hifas, que pueden
       ramificarse para constituir una red denominada micelio.
    • Espirilos: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o hélices rígidos.
    • Espiroquetas: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o hélices flexibles.
    • Con yema: de forma ovalada a pera que produce una yema al final de una larga hifa.
    • Con pedúnculos: Forma bacilar que tiene prolongaciones en forma de rabillo o
       chichón.
    • Pleomórficas: bacterias que tienen formas variables, aunque generalmente tienen
       forma bacilar.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill




                                       Distintas formas y apéndices bacterianos
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Morfolog%C3%ADa_bacteriana.jpg
ESTRUCTURA BACTERIANA:
         Composición química y Estructura de la célula bacteriana

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA BACTERIANA
        La célula bacteriana tiene un contenido en agua del 70 al 85%.
        El peso húmedo (masa húmeda) de los seres unicelulares se estima mediante
centrifugación y separación de la masa celular de su medio de cultivo.
        El peso seco (masa seca) se estima luego de evaporar toda el agua, y estará
comprendido por lo tanto entre el 15 al 30% del peso húmedo.
        Si las células contienen grandes cantidades de materiales de reserva (es decir,
lípidos, polisacáridos, polifosfatos o azufre) el peso seco es proporcionalmente superior.
Los datos de la composición elemental y la distribución de los compuestos orgánicos
integrantes del peso seco se dan en las tablas siguientes:
http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro1.htm


                   Composición elemental
                                   Elemento Porcentaje
                                   Carbono    50 %
                                   Oxígeno    20 %
                                   Nitrógeno  14 %
                                   Hidrogeno   8%
                                   Fósforo     3%
                                   Azufre      1%
                                   Potasio     1%
                                   Calcio     0.5 %
                                   Magnesio   0.5 %
                                   Hierro     0.2 %

                   Composición del peso seco
                                  Polímero      Porcentaje
                                  Proteínas       50 %
                                  Pared celular  10-20 %
                                  ARN            10-20 %
                                  ADN             3-4 %
                                  Lípidos         10 %
Tablas según: http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro1.htm
ESTRUCTURA DE LA CÉLULA BACTERIANA




http://www.allposters.com/-sp/Bacteria-Cell-Posters_i838248_.htm
1. Estructuras siempre presentes.
        (A, B y C forman la cubierta celular)

               A. Pared celular




                                           Pared celular bacteriana
          Diferencias de la pared celular de una bacteria Gram-positiva y una Gram-negativa
http://locuras-mooy.blogspot.com/

        Por fuera de la membrana celular, se encuentra una pared celular rígida de
péptidoglicano, que esta presente en todas las bacterias excepto los micoplasmas. La
presencia de la pared protege a la bacteria de la diferencia de presión osmótica entre el
medio interno de la bacteria y el medio exterior. De no existir la pared la bacteria estallaría.
Además la pared cumple funciones de protección como por ejemplo contra sustancias
tóxicas.
        Existen dos tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por la Tinción de
Gram (siglo XIX). El primer grupo de bacterias son aquellas capaces de retener el colorante
cristal violeta luego de la decoloración con alcohol-cetona. Estas bacterias son llamadas
Grampositivas. El segundo grupo esta conformado por aquellas bacterias incapaces de
retener el colorante luego del tratamiento decolorante, por lo tanto son llamadas
Gramnegativas.
http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm


                    a. Composición:
                       • En bacterias Gram-positivas: es más gruesa que la de los
                         Gramnegativas. Posee péptidoglicano, ácidos teicoicos y
                         lipoteicoicos. El componente fundamental es la mureína, un
                         péptidoglicano que solo se encuentra en los procariontes. La mureína
                         consiste en una cadena lineal de dos azúcares alternados N-
                         acetilglucosamina y ácido acetilmurámico. A cada residuo de ácido
                         murámico se encuentra unido un tetrapéptido compuesto de D- y L-
                         aminoácidos. Aproximadamente un tercio de los tetrapéptidos
                         presentes participan de la unión lateral entre cadenas adyacentes de
                         mureína. La pared celular es biológicamente estable, resiste el ataque
Pared bacterial Grampositiva y sus componentes
http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm

                       •    En bacterias Gram-negativas: El espesor de la pared celular de una
                            bacteria Gramnegativas es considerablemente menor que el de una
                            Grampositivas. La cantidad de mureína es mucho menor en los
                            Gramnegativas. Los ácidos teicoicos no están presentes en las
                            bacterias Gramnegativas. A ambos lados de la fina pared de mureína
                            se encuentra un gel periplásmico, que define al llamado periplasma
                            (antes llamado espacio periplasmático). Por fuera del periplasma se
                            encuentra una estructura exclusiva de las Gramnegativas, la
                            denominada membrana externa. Si bien es estructuralmente similar a
                            una bicapa lipídica, su composición es diferente de la de otras
                            membranas biológicas. Esta bicapa es muy asimétrica, la semicapa
                            interna esta compuesta por fosfolípidos, pero la semicapa externa
                            esta compuesta por lipopolisacáridos (LPS), altamente tóxico para el
                            ser humano (endotoxina). Para obtener nutrientes las bacterias
                            Gramnegativas, poseen porinas que son proteínas que forman poros
                            en la membrana externa.
Pared bacterial Gramnegativa y sus componentes
http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm


                   b. Función: da forma y rigidez a la célula, es sostén de la membrana
                      citoplasmática y protege contra los efectos mecánicos, cambios en la
                      presión osmótica y temperaturas
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007


              B. Membrana celular
              a. Composición: Formada por una bicapa de fosfolípidos, con moléculas de
                 colesterol intercaladas. Así mismo tiene proteínas intercaladas (integrales y
                 semiintegrales) y superpuestas (periféricas). También tiene carbohidratos
                 que pueden unirse a las proteínas o a los fosfolípidos.
Reynoso. Plenaria 3, del curso de verano 2008. CUCBA
              b. Propiedades: Altamente selectiva, autoreconstructiva (cuando es un daño
                 mínimo), asimétrica, elástica, resistente a la tensión, aislante eléctrico y
                 fluida.
              c. Funciones: protección. Aislamiento del medio externo, formación de
                 compartimientos internos, permeabilidad selectiva, Transporte de sustancias
                 en ambos sentidos, Receptor y traducción de señales externas, interacción
                 celular, Sitio de actividades bioquímicas y Capacidad de desplazamiento y
                 de expansión
Extraído de la plenaria 3 del profesor Ramón Reynoso; cursos de verano 2008. CUCBA
Alberts [1999] Introducción a la biología celular, capítulo 11, editorial Omega
Partes de una membrana celular
     1)    Bicapa de fosfolípidos
     2)    Lado externo de la membrana
     3)    Lado interno de la membrana
     4)    Proteína intrínseca de la membrana
     5)    Proteína canal iónico de la membrana
     6)    Glicoproteína
     7)    Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa
     8)    Moléculas de colesterol
     9)    Cadenas de carbohidratos
     10)   Glicolípidos
     11)   Región polar (hidrofílica) de la molécula de fosfolípido
     12)   Región hidrofóbica de la molécula de fosfolípido
Tomado de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/cel_euca/la_membrana_celular.htm


            C. Citoplasma
        Esta limitado por la membrana citoplasmática, y en el se encuentran las inclusiones
celulares. En un principio considerado una quot;soluciónquot; homogénea de proteínas, los métodos
de fraccionamiento acoplados a los estudios bioquímicos y de microscopía electrónica
mostraron la complejidad del sistema. En realidad esta atravesado por numerosas
membranas que lo compartimentalizan, si bien esta compartimentalización no es tan
desarrollada como en eucariotas.
http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro3.htm


            D. Genoma (área nuclear)
        Las células bacterianas no contienen núcleo característico como en las células
vegetales y animales, si bien tienen “cuerpos” dentro del citoplasma que se considera como
estructura nuclear.
Madigan y col. Biología de los microorganismos. 10ª. Edición. Editorial Prentice Hall
      Se encuentra en una región llamada nucleoide.
      Se trata de una molécula superenrrollada de ADN bicatenario, formada por dos
moléculas antiparalelas de polinucleótidos complementarios.
      Contiene la información genética e induce la división por fisión binaria.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007
E. Inclusiones
          Hay de dos tipos:
          -Sin membrana que los rodea: gránulos de polifosfato, polipéptidos, glucógeno,
          almidón y gotitas de grasa.
          -Con membrana que los rodea: gránulos de ácido de poli-β-hidroxibutirato, azufre,
          carboxisomas (ayuda a la fijación de CO2) y vacuolas de gas (hace que la bacteria
          flote).

       Estas inclusiones sirven como reserva de alimento, almacenamiento de energía y
oxidación del azufre.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007


            F. Ribosomas
        Son elementos granulosos que se hallan contenidos en el citoplasma bacteriano;
esencialmente compuestos por ácido ribonucleico, desempeñan un papel principal en la
síntesis proteica.
        Contienen dos subunidades: 30s y 50s
        Así mismo hay tres tipos: Mensajero, de Transferencia y Ribosomal.
http://www.monografias.com/trabajos/bacterias/bacterias.shtml




    2. Estructuras ocasionales
           A. Flagelos
       Son apéndices capilares sumamente finos que salen a través de la pared celular y
que se originan en una estructura granular (cuerpo basal) en el citoplasma inmediatamente
por debajo de la membrana celular.
       Son la causa de la movilidad de las bacterias.
       Están hechos de flagelina (proteína de forma helicoidal)
       Tienen tres partes: una estructura basal, una estructura a manera de gancho y un
filamento.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007
          Existen diferentes tipos de flagelos




Modificado de: http://ar.geocities.com/vetterworld/microbiologia/images/SegunFlagelos.gif
B. Fimbrias
       También denominadas fimbriae.
       Muchas bacterias Gramnegativas poseen apéndices cortos, finos, similares a pelos,
más delgados que los flagelos y que normalmente, no participan en la movilidad celular.
Una célula puede estar cubierta por 1000 fimbrias, pero sólo son visibles en el microscopio
electrónico.
       Compuestos por subunidades de proteínas organizadas helicoidalmente.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill


           C. Cápsula
       También conocida como glucocálix o cápsula mucosa.
       Es la sustancia viscosa que forma una cubierta o envoltura alrededor de la célula.
No está presente en todas las bacterias.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007
       Los hidratos de carbono están presentes en la membrana plasmática unidos
covalentemente a la proteína o lípidos formando glucoproteínas y glucolípidos. Sólo se
encuentran en el lado externo de la membrana y son oligosacáridos y en algunas
membranas polisacáridos. De esta forma la célula queda envuelta de material
hidrocarbonado denominado glucocálix. En esta capa, la parte de hidratos de carbono, se
pueden encontrar algunas proteínas. Los oligosacáridos pueden estar unidos a lípidos o
proteínas, mientras que los polisacáridos sólo se unen a las proteínas. El grado de desarrollo
del glucocálix es muy variable, en la mayoría de las células forma una capa muy delicada.
Sin embargo, en las células epiteliales suele estar muy desarrollado.
http://www.elergonomista.com/biologia/cit12ma.htm
       Tiene las funciones de: Selectividad en la incorporación de sustancias de bajo peso
molecular a la célula, Reconocimiento específico de células entre sí, Uniones intercelulares
y de las células con la matriz extracelular mediante glucoproteínas transmembranales,
Propiedades inmunitarias, Anclaje de enzimas, Cambios en la carga eléctrica en medio
extracelular y contribuye a la virulencia.
http://www.elergonomista.com/biologia/cit12ma.htm


            D. Plásmido
        Acumulo de DNA que se replica en el citoplasma bacteriano independientemente de
la replicación del cromosoma. Aunque en general es adecuado decir que el genoma de los
procariotas consta de un solo cromosoma, muchas bacterias poseen, además, uno o varios
elementos genéticos accesorios extracromosómicos, a los que denominamos plásmidos, los
cuales poseen capacidad de replicación autónoma (es decir, constituyen replicones propios).
http://ciencia.glosario.net/ecotropia/pl%E1smido-9357.html


          E. Esporas
       Ciertas bacterias grampositivas pueden sintetizar un órgano de resistencia que les
permite sobrevivir en condiciones más desfavorables, y se transforma de nuevo en una
forma vegetativa cuando las condiciones del medio vuelven a ser favorables.

Esporulación:
       Se activan genes que producen la maquinaria para formar la espora y se desactivan
genes involucrados en la función vegetativa celular.
       Se forma un filamento axial de ADN
Se produce una invaginación de la membrana lo que produce una estructura de
membrana doble que engloba a la espora en desarrollo.
       En el centro se sintetizan los constituyentes únicos de la espora. Posee un sistema
generador de energía por glucólisis.
       La espora queda rodeada de adentro hacia afuera por: la pared de la espora, la
corteza, la capa y el exosporio.




                                                   Proceso de Esporulación
http://es.geocities.com/joakinicu/apartado3l.htm


          F. Pili
       También nombrados pilus.
       Son apéndices similares a las fimbrias. Hay aproximadamente de 1 a 10 por célula.
Los pilis sexuales se diferencian por que son más anchos, están determinados
genéticamente por factores sexuales o plásmidos conjugativos y son necesarios para la
conjugación bacteriana.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill
FISIOLOGÍA BACTERIANA:
          Nutrición, Metabolismo, Reproducción y crecimiento, Genética bacteriana.

          Nutrición: Toda naturaleza es,                               Metabolismo: Los principios y métodos
  como se ha dicho, una conjugación activa y                  de la bioquímica proporcionan actualmente el
  pasiva del verbo comer.                                     soporte para todas las ciencias biológicas.
                                                                                                    -E.L. Smith
                          -William Ralph Inge


          Reproducción y crecimiento: El                              Genética: En la profundidad de la
  logro evolutivo más significativo que han                   cueva del pecho del niño se oculta al acecho la
  alcanzado las bacterias como grupo, es un                   naturaleza del padre, y revive de nuevo.
  crecimiento celular eficaz y rápido en                                                        -Horacio, Odas
  numerosos ambientes.
                              -J.L. Ingraham


NUTRICIÓN
        Para obtener energía y elaborar nuevos componentes celulares, los organismos
tienen que disponer de materias primas, o nutrientes. Los nutrientes son sustancias que se
emplean en la biosíntesis y producción de energía, y en consecuencia, son necesarios para
el crecimiento microbiano.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill


        Los nutrientes se pueden clasificar en dos tipos:
     1. Macronutrientes: o macroelementos, son compuestos o elementos requeridos en
        cantidades significativas, como el carbono, el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio,
        hierro, calcio y agua.
     2. Micronutrientes: o microelementos, son compuestos o elementos requeridos en
        cantidades pequeñas o elementos traza, como el cobalto, cobre, manganeso, níquel,
        selenio, tungsteno.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007
Las bacterias se pueden clasificar por su tipo de nutrición:
    1. Al recibirla de una fuente de energía
           a. Fotótrofos: reciben la energía de la luz, como las cianobacterias
           b. Quimiótrofos: reciben la energía de la oxidación de compuestos orgánicos
               o inorgánicos.
    2. Por su fuente de carbono
           a. Autótrofos: utilizan el CO2 como única o principal fuente de carbono.
               Tienen necesidades más simples. Satisfacen todas sus necesidades de C a
               partir del CO2 y la energía es suministrada por la oxidación del S2.
           b. Heterótrofos: Utilizan moléculas orgánicas preformadas, reducidas, de los
               organismos. Normalmente son bacterias patógenas. Pueden tener
               necesidades de nutrientes específicos.
    3. Por la fuente de hidrógeno o electrones
           a. Litótrofos: Utilizan moléculas orgánicas reducidas
           b. Organótrofos: Utilizan moléculas orgánicas
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007




Tipos nutricionales principales entre los microorganismos
        Tipo               Fuente de energía       Fuente de C                                 Ejemplo del
                           para el desarrollo          para                                      género
                                                   el desarrollo
Fototróficas
   Fotolitotróficas               Luz                   CO2                                    Chromatium
    (Autotróficas)
   Fotoorganotróficas                          Luz                      Compuestos           Rhodopseudomonas
   (Heterotróficas)                                                      orgánicos
Quimiotróficas
 Quimiolitotróficas             Oxidación de compuestos                      CO2                Thiobacillus
   (Autotróficas)                     inorgánicos
Quimioorganotróficas                 Oxidación de                       Compuestos              Escherichia
   (Heterotróficas)              compuestos orgánicos                    orgánicos
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007


Requerimientos de nitrógeno, fósforo y azufre
       Para crecer un microorganismo debe ser capaz de incorporar grandes cantidades de
nitrógeno, fósforo y azufre. Aunque estos elementos pueden adquirirse a partir de los
mismos nutrientes que aportan carbono, los microorganismos pueden emplear también
fuentes inorgánicas.
       El nitrógeno es necesario para sintetizar aminoácidos, purinas, pirimidinas, algunos
hidratos de carbono, lípidos y otras sustancias.
       El fósforo está presente en los ácidos nucleicos, fosfolípidos, nucleótidos como el
ATP, varios cofactores, algunas proteínas y otros componentes celulares.
       El azufre es necesario para la síntesis de los aminoácidos cisteína y metionina.
Factores de crecimiento
      Existen tres clases principales de factores de crecimiento:
   A. Aminoácidos: se necesitan para la síntesis de proteínas
   B. Purinas y pirimidinas: necesarias para la síntesis de ácidos nucleicos
   C. Vitaminas: Son moléculas orgánicas pequeñas que normalmente forman la totalidad
      o parte de los cofactores enzimáticos y sólo muy pequeñas cantidades se requieren
      para el crecimiento.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill




METABOLISMO
      El metabolismo es una compleja e integrada red de reaccione bioquímicas para
mantener la estructura y función celular. Su velocidad es controlada por las enzimas.




          En el metabolismo microbiano mediante la generación de energía la bacteria puede:
          • Transportar los nutrientes
          • Moverse
          • Crecer
          • Generar calor
          • Fijar el CO2

          Y el metabolismo hace que la bacteria sintetice:
          • Ácidos nucleicos
          • Proteínas
          • Lípidos
          • Carbohidratos
          • Péptidoglucano de la pared celular

      Las enzimas son agentes catalíticos orgánicos termolábiles producidos en
pequeñísimas cantidades por las células vivas. Por su sitio de acción se clasifican en:
   1) Enzimas intracelulares: Funcionan dentro de las células. Sintetizan material celular
      y efectúan reacciones catabólicas de las cuales se desprende la energía que
      aprovecha la célula.
2) Enzimas extracelulares: Actúan fuera de las células. Realizan todos los cambios
       necesarios en los nutrientes del medio para permitir que entren a la célula como
       alimento.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007


Clasificación y nomenclatura enzimática
   1. Óxido-reductasas (Reacciones de oxido-reducción). Son las enzimas relacionadas
        con las oxidaciones y las reducciones biológicas que intervienen de modo
        fundamental en los procesos de respiración y fermentación. En esta clase se
        encuentran las siguientes subclases principales: Deshidrogenasas y oxidasas. Son
        más de un centenar de enzimas en cuyos sistemas actúan como donadores,
        alcoholes, oxácidos aldehídos, cetonas, aminoácidos, DPNH2, TPNH2, y muchos
        otros compuestos y, como receptores, las propias coenzimas DPN y TPN,
        citocromos, O2, etc.
   2. Transferasas (Transferencia de grupos funcionales) Estas enzimas catalizan la
        transferencia de una parte de la molécula (dadora) a otra (aceptora). Su clasificación
        se basa en la naturaleza química del sustrato atacado y en la del aceptor. También
        este grupo de enzimas actúan sobre los sustratos mas diversos, transfiriendo grupos
        metilo, aldehído, glucosilo, amina, sulfató, sulfúrico, etc.
   3. Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis) Esta clase de enzimas actúan normalmente
        sobre las grandes moléculas del protoplasma, como son la de glicógeno, las grasas y
        las proteínas. La acción catalítica se expresa en la escisión de los enlaces entre
        átomos de carbono y nitrógeno (C-Ni) o carbono oxigeno (C-O); Simultáneamente
        se obtiene la hidrólisis (reacción de un compuesto con el agua) de una molécula de
        agua. El hidrógeno y el oxidrilo resultantes de la hidrólisis se unen respectivamente
        a las dos moléculas obtenidas por la ruptura de los mencionados enlaces.
   4. Liasas (Adición a los dobles enlaces) Estas enzimas escinden (raramente
        construyen) enlaces entre átomos de carbono, o bien entre carbono y oxigeno,
        carbono y nitrógeno, y carbono y azufre. Los grupos separados de las moléculas que
        de sustrato son casi el agua, el anhídrido carbónico, y el amoniaco. Algunas liasas
        actúan sobre compuestos orgánicos fosforados muy tóxicos, escindiéndolos; otros
        separan el carbono de numerosos sustratos.
   5. Isomerasas (Reacciones de isomerización) Transforman ciertas sustancias en otras
        isómeras, es decir, de idéntica formula empírica pero con distinto desarrollo. Son las
        enzimas que catalizan diversos tipos de isomerización, sea óptica, geométrica,
        funcional, de posición, etc.
   6. Ligasas (Formación de enlaces, con aporte de ATP) Es un grupo de enzimas que
        permite la unión de dos moléculas, lo cual sucede simultáneamente a la degradación
        del ATP, que, en rigor, libera la energía necesaria para llevar a cabo la unión de las
        primeras.
http://www.monografias.com/trabajos12/enzim/enzim.shtml
REPRODUCCIÓN Y CRECIMIENTO
        El crecimiento consiste en el aumento de los constituyentes celulares, y tiene como
resultado un incremento del tamaño o del número celular, o de ambos.

       Cuando se cultivan los microorganismos en un sistema cerrado o cultivo
discontinuo, la curva de crecimiento resultante tiene cuatro fases: latencia, exponencial o
logarítmica, estacionaria y de muerte.
Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill




                                            Curva de crecimiento bacteriano
Modificado:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c2/Curva_de_crecimiento.png/450px-
Curva_de_crecimiento.png y http://i.treehugger.com/images/2007/10/24/bacteria%20hydrocarbons-jj-001.jpg


       Fase de reposo o adaptación
       Este periodo consiste en la adaptación de las células microbianas a su nuevo
ambiente. Después de la inoculación la población permanece sin variaciones. Las células
crecen en volumen, sintetizan enzimas, proteínas, RNA. Existe un aumento en la actividad
metabólica

        Fase exponencial
        En esta fase las células se encuentran en un estado de crecimiento sostenido. Se
sintetiza nuevo material celular a una tasa constante, pero éste material es en sí catalítico y
la masa aumenta de manera exponencial. Lo anterior continua hasta que uno o más
nutrimentos se agoten, o hasta que se acumule tal cantidad de metabolitos tóxicos que se
inhiba el crecimiento. Esta fase puede prolongarse indefinidamente si las células se
transfieren repetidamente a un medio nuevo (fresco) de composición idéntica al anterior.
Fase estacionaria
        En esta fase se puede observar recambio celular, lo cual se debe a que, aunque
existe una pérdida lenta de células por muerte, dicha pérdida se compensa exactamente por
la formación de nuevas células a través de crecimiento y división. Así, la cifra de células
viables se mantiene constante, aunque en realidad en el conteo aumente poco a poco el
número de células, si se cuentan también las muertas. La duración de esta fase depende de
la naturaleza del microorganismo y de las condiciones del medio.

       Muerte celular
       Representa el decremento de células debido al aumento progresivo de la tasa de
mortalidad, misma que tarde o temprano alcanza un valor sostenido.
http://www.unap.cl/csmar/BioTecnologia/Clase7.pdf




METODOS DE REPRODUCCIÓN BACTERIANA
        Los procariotas tienen una organización mucho mas simple que la de los eucariotas,
los cuales entre otras cosas, tienen muchos mas cromosomas.
        El cromosoma procariota es una sola molécula circular de ADN contenida en una
región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por
una membrana. Este cromosoma es el elemento obligatorio del genoma, aunque es
frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que si se
pierden, la bacteria sigue siendo viable.
        El método usual de duplicación de las células eucariotas se denomina fisión binaria.
La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano.
Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular.
Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma
original del replicado.
        Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica
composición genética (excepto por la posibilidad de una mutación espontánea)
        Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los
organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad
originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los
miembros de ese clon (colonia).
http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/mitosis.htm




                                                       Fisión binaria
Imagen tomada de: http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/binfission.jpg
Otra forma de duplicación en procariontes es la gemación que es un sistema de
duplicación de organismos unicelulares donde por evaginación se forma una yema que
recibe uno de los núcleos mitóticos y una porción de citoplasma. Uno de los organismos
formados es de menor tamaño que el otro
http://fai.unne.edu.ar/biologia/reproduccion/asexual.htm




                                                           Gemación
Imagen tomada de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/reproduccion/asexual.htm


       La esporulación es otro método de reproducción bacteriana. Durante la esporulación
se lleva a cabo la división del núcleo en varios fragmentos, y por una división celular
asimétrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo núcleo dando lugar a las esporas.
Dependiendo de cada especie se puede producir un número variable esporas y a partir de
cada una de ellas se desarrollará un individuo independiente.

        El proceso de esporulación en bacterias sigue una serie de etapas:
1. Se produce una duplicación del material genético (ADN) mediante mitosis.
2. Comienza a formarse el septo de la espora y va aislando el ADN recién replicado junto a
una pequeña porción de citoplasma.
3. La membrana plasmática comienza a rodear el ADN, citoplasma y membrana aislada en
el paso 2.
4. El septo de la espora rodea la porción aislada formándose la forespora.
5. Se forma una capa de peptidoglicano entre las membranas.
6. La espora se recubre de una cubierta de resistencia.
7. Liberación de la endospora de la célula al medio, en ocasiones a este paso también se le
denomina esporulación. Durante el proceso de esporulación se llevan a cabo una serie de
cambios químicos y físicos que dan lugar a cambios morfológicos en la espora.
http://www.mitecnologico.com/idc/Main/Esporulacion




                                           Formación de esporas bacterianas
http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/images/09espo2.gif


GENÉTICA BACTERIANA
La recombinación mezcla elementos genéticos (genoma o partes de un genoma) de
dos células diferentes en una misma célula, dando lugar a un nuevo genotipo. Tiene como
consecuencia la dispersión de la variabilidad genética entre organismos de una población, y
la transmisión de caracteres genéticos entre individuos de una población. En la
recombinación tiene lugar el apareamiento de moléculas de ADN, que son homólogos y el
intercambio de estas cadenas de ADN. Se forma un genotipo recombinante.

        En bacterias no existe la reproducción sexual, pero si tenemos recombinación, tiene
lugar mediante la transferencia de una porción del genoma de una bacteria dadora
denominada exogenote a una bacteria aceptora o endogenote. Como consecuencia, se forma
un merocigoto (zigoto parcial). Este merocigoto contiene el genoma entero de la
célula aceptora y sólo una parte de la célula dadora. En bacterias, la recombinación es
ocasional (sólo de vez en cuando), fragmentaria (sólo se recombina parte del genoma) y no
es necesaria para completar el ciclo de vida de las bacterias. Lo que sí es beneficioso es
para la población.
http://www.elergonomista.com/microbiologia/11s04.htm


       Transformación: la célula aceptora toma genes de una molécula de ADN (de la
célula dadora) que se encuentra en el medio que rodea a la célula aceptora.
La célula dadora se fragmenta, y también lo hace la molécula de ADN. Uno de estos
fragmentos es captado por la célula aceptora, si hay segmentos homólogos tiene lugar el
intercambio de cadenas de ADN: recombinación propiamente dicha.

        Trasducción: es un mecanismo de recombinación genética en bacterias, que está
mediado por un virus bacteriano denominado bacteriófago o fago. En este proceso, la célula
dadora es en primer lugar infectada por un fago. Se forma así una partícula viral que está
defectuosa, y que contiene parte del ADN del fago y parte del ADN de la bacteria. Ahora,
esta partícula viral se llama partícula transductora y es capaz de infectar a una bacteria
receptora. De esta manera hay una transmisión de ADN de una bacteria dadora a una
bacteria aceptora, a través de un fago. Un fago que infecta a una bacteria forma lo que se
denomina partícula viral, que está constituido por una cápsida de proteínas y en su interior
está el genoma viral (la mayoría de bacterias tienen ADN de cadena doble). Cuando un
fago infecta a una bacteria, tiene lugar lo que se llama el ciclo de replicación viral, cuyo
objetivo es la formación de numerosas partículas virales. Este ciclo de replicación viral
finaliza normalmente con la lisis de la bacteria. Por eso también se le llama ciclo lítico.
Para que un fago infecte a una bacteria, tiene que ocurrir que este fago se una a la superficie
de la bacteria. Es una unión específica y está regulada por receptores que se
encuentran en la superficie de la bacteria y reconocen de forma específica proteínas de la
cápsida. Después de la unión, tiene lugar la penetración del ADN viral. A continuación, el
ADN del fago se multiplica dentro de la bacteria, mientras que normalmente el ADN de la
bacteria es degradado. Cuando se ha multiplicado el ADN viral, se sintetizan las proteínas
de la cápsida del virus. Después, tiene lugar el ensamblaje de las proteínas de la cápsida y
el ADN viral, formándose nuevas partículas virales. Finalmente, la bacteria se rompe y se
liberan las partículas virales, que pueden volver a infectar nuevas bacterias.

       Conjugación: es un mecanismo de recombinación en bacterias que requiere el
contacto directo entre dos bacterias. Es un proceso polarizado, es decir, siempre va en la
misma dirección, por lo que hay células dentro de una población de bacterias que siempre
actúan como dadora, F + o Fertilidad +, y luego hay otras que actúan siempre como
aceptoras, F - o Fertilidad -.
http://www.elergonomista.com/microbiologia/11s04.htm y http://www.elergonomista.com/microbiologia/11s04.htm
CULTIVO DE BACTERIAS




Modificado de: http://universitas.usal.es/web/fundacion/universitas/es/sistemas/microacua/Demo1/fotos/aislamiento1.jpg   y
http://fotciencia06.fecyt.es/macro/inconfundible.html


       Los medios de cultivo son una mezcla de nutrientes que en concentraciones
adecuadas y en condiciones físicas óptimas, permiten el crecimiento de los
microorganismos.
       Estos medios son esenciales en el Laboratorio de Microbiología por lo que un
control en su fabricación, preparación, conservación y uso, asegura la exactitud,
confiabilidad y reproducibilidad de los resultados obtenidos.
       En los laboratorios de microbiología se utilizan diferentes tipos de medios de cultivo
que pueden ser preparados en forma líquida o en forma sólida.
       Usualmente para preparar un medio sólido se parte de un medio líquido al que se le
añade un agente solidificante como el agar, la gelatina o la sílicagel.

       Los medios de cultivo se pueden clasificar de acuerdo a la naturaleza de sus
constituyentes en:
   • Medios naturales o complejos: constituidos por sustancias complejas de origen
       animal o vegetal, las que son usualmente complementadas por la adición de
       minerales y otras sustancias. En ellos no se conocen todos los componentes ni las
       cantidades exactas presentes de cada uno de ellos.
   • Medios definidos o sintéticos: son los medios que tienen una composición química
       definida cualitativa y cuantitativamente. Generalmente se usan en trabajos de
       investigación.
http://www.ucv.ve/Farmacia/Micro_web/Catedras02/medicult.pdf
De acuerdo al uso del medio de cultivo, éstos se clasifican en:
    • Medios de enriquecimiento: son medios líquidos que favorecen el crecimiento de un
      tipo de microorganismo en particular. Permiten aumentar el número de
      microorganismos de ese tipo. Usualmente contienen una o más sustancias
      inhibidoras del crecimiento de los microorganismos con excepción de los que se
      quieren cultivar.
    • Medios selectivos: son parecidos a los de enriquecimiento, se diferencian por ser
      medios sólidos y están diseñados para el aislamiento de microorganismos
      específicos.
    • Medios diferenciales: son medios que contienen indicadores de productos derivados
      de la actividad microbiana de los microorganismos. No contienen ningún tipo de
      sustancia con actividad antimicrobiana. Permiten revelar características fisiológicas
      de los microorganismos.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007




                                           Medio de cultivo diferencial
                                           Prueba de citrato de Simmons
http://quimicosclinicosxalapa04.spaces.live.com/?_c11_BlogPart_pagedir=Next&_c11_BlogPart_handle=cns!204AC1C68E772D5
!1536&_c11_BlogPart_BlogPart=blogview&_c=BlogPart&partqs=cat%3DMICROBIOLOGIA-BACTERIOLOGIA


      Los medios de cultivo se pueden preparar en el laboratorio a partir de cada uno de
sus constituyentes básicos o por simple rehidratación de productos asequibles
comercialmente (medios de cultivo deshidratados). Generalmente se prefiere el uso de los
medios de cultivo deshidratados porque, además de simplificar el trabajo, con ellos se tiene
mayor probabilidad de obtener resultados reproducibles.
      Para su preparación se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
   1. Prepararlos sólo a partir de productos que provengan de fabricantes o proveedores
      que suministren productos de calidad.
   2. Utilizar agua destilada o desmineralizada con una calidad microbiológica y
      fisicoquímica adecuada.
   3. Utilizar materiales de vidrio, bien lavados y enjuagados con agua destilada o
      desmineralizada.
   4. Controlar el tiempo y la temperatura recomendada durante su esterilización. Nunca
      se deben exceder las condiciones señaladas por el fabricante.
http://www.ucv.ve/Farmacia/Micro_web/Catedras02/medicult.pdf
FACTORES AMBIENTALES QUE INFLUYEN
       El desarrollo adecuado de los microorganismos en un medio de cultivo se ve
afectado por una serie de factores de gran importancia y que, en algunos casos, son ajenos
por completo al propio medio.

        1- disponibilidad de nutrientes adecuados
        Un medio de cultivo adecuado para la investigación microbiológica ha de contener,
como mínimo, carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y sales inorgánicas. En muchos casos
serán necesarias ciertas vitaminas y otras sustancias inductoras del crecimiento. Siempre
han de estar presentes las sustancias adecuadas para ejercer de donantes o captadores de
electrones para las reacciones químicas que tengan lugar.
        Todas estas sustancias se suministraban originalmente en forma de infusiones de
carne, extractos de carne o extractos de levadura. Sin embargo, la preparación de estas
sustancias para su aplicación a los medios de cultivo provocaban la pérdida de los factores
nutritivos lábiles.
        Actualmente, la forma más extendida de aportar estas sustancias a los medios es
utilizar peptona que, además, representa una fuente fácilmente asequible de nitrógeno y
carbón ya que la mayoría de los microorganismos, que no suelen utilizar directamente las
proteínas naturales, tienen capacidad de atacar los aminoácidos y otros compuestos más
simples de nitrógeno presentes en la peptona.
        Ciertas bacterias tienen necesidades nutritivas específicas por lo que se añade a
muchos medios sustancias como suero, sangre, líquido ascítico, etc. Igualmente pueden ser
necesarios ciertos carbohidratos y sales minerales como las de calcio, magnesio,
manganeso, sodio o potasio y sustancias promotoras del crecimiento, generalmente de
naturaleza vitamínica.
        Muy a menudo se añaden al medio de cultivo ciertos colorantes, bien como
indicadores de ciertas actividades metabólicas o bien por sus capacidades de ejercer de
inhibidores selectivos de ciertos microorganismos.
http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioMedios.htm
       2- consistencia adecuada del medio
       Partiendo de un medio líquido podemos modificar su consistencia añadiendo
productos como albúmina, gelatina o agar, con lo que obtendríamos medios en estado
semisólido o sólido.
       Los medios solidificados con gelatina tienen el gran inconveniente de que muchos
microorganismos no se desarrollan adecuadamente a temperaturas inferiores al punto de
fusión de este solidificante y de que otros tienen la capacidad de licuarla.
       Actualmente los medios sólidos son de uso universal, por su versatilidad y
comodidad, pero hay también gran cantidad de medios líquidos cuyo uso está ampliamente
extendido en el laboratorio.
       3- presencia (o ausencia) de oxígeno y otros gases
       Gran cantidad de bacterias pueden crecer en una atmósfera con tensión de oxígeno
normal. Algunas pueden obtener el oxígeno directamente de variados sustratos. Pero los
microorganismos anaerobios estrictos sólo se desarrollarán adecuadamente en una
atmósfera sin oxígeno ambiental. En un punto intermedio, los microorganismos
microaerófilos crecen mejor en condiciones atmosféricas parcialmente anaerobias (tensión
de oxígeno muy reducida), mientras los anaerobios facultativos tienen un metabolismo
capaz de adaptarse a cualquiera de las citadas condiciones.
4- condiciones adecuadas de humedad
        Un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio como en la atmósfera, es
imprescindible para un buen desarrollo de las células vegetativas microbianas en los
cultivos. Hay que prever el mantenimiento de estas condiciones mínimas en las estufas de
cultivo a 35-37ºC proporcionando una fuente adecuada de agua que mantenga la humedad
necesaria para el crecimiento de los cultivos y evitar así que se deseque el medio.
http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioMedios.htm
       5- Luz ambiental
       La mayoría de los microorganismos crecen mucho mejor en la oscuridad que en
presencia de luz solar. Hay excepciones evidentes como sería el caso de los
microorganismos fotosintéticos.
Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007
        6- pH
        La concentración de iones hidrógeno es muy importante para el crecimiento de los
microorganismos. La mayoría de ellos se desarrollan mejor en medios con un pH neutro,
aunque los hay que requieren medios más o menos ácidos. No se debe olvidar que la
presencia de ácidos o bases en cantidades que no impiden el crecimiento bacteriano pueden
sin embargo inhibirlo o incluso alterar sus procesos metabólicos normales.
        7- Temperatura
        Los microorganismos mesófilos crecen de forma óptima a temperaturas entre 15 y
43ºC. Otros como los psicrófilos crecen a 0ºC y los temófilos a 80ºC o incluso a
temperaturas superiores (hipertemófilos). En líneas generales, los patógenos humanos
crecen en rangos de temperatura mucho más cortos, alrededor de 37ºC, y los saprofítos
tienen rangos más amplios.
        8- Esterilidad del medio
        Todos los medios de cultivo han de estar perfectamente estériles para evitar la
aparición de formas de vida que puedan alterar, enmascarar o incluso impedir el
crecimiento microbiano normal del o de los especimenes inoculados en dichos medios. El
sistema clásico para esterilizar los medios de cultivo es el autoclave (que utiliza vapor de
agua a presión como agente esterilizante)
http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioMedios.htm
TAXONOMÍA BACTERIANA




http://microbiosdetrigoso.blogspot.com/2007/10/explosin-bacterias-inmunologa-vacunas-y.html


        Rama de la biología que se ocupa de Nombrar, Organizar y Mostrar Relaciones
entre seres vivos
        Funciones:
        1. Identificar y describir la unidad taxonómica básica o especie
        2. Visualizar la forma apropiada de catalogar esas unidades

Tiene tres disciplinas de apoyo:
   • La Clasificación: Define los criterios, organiza y agrupa a los seres vivos. Es el
        arreglo ordenado de las unidades a grupos
   • La Nomenclatura: Se ocupa de los problemas técnicos de los nombres. Es rotular o
        nombrar unidades definidas por clasificación
   • La Identificación: Es la aplicación práctica de lo anterior
http://www.unap.cl/csmar/BioTecnologia/Clase12.pdf


Caracterización de las especies
        De un modo ideal, las especies deberían caracterizarse basándose en la descripción
completa de sus fenotipos o incluso de sus genotipos. La práctica taxonómica no llega a
estos ideales ya que en la mayor parte de los grupos de seres vivos la descripción del
fenotipo es fragmentaria y la caracterización del genotipo es incompleta.
        Los caracteres fenotípicos de más fácil determinación son los estructurales y
anatómicos que pueden observarse directamente. La clasificación de las bacterias
constituye una excepción dada su extrema simplicidad estructural, esto hace que se
disponga de un rasgo demasiado reducido de caracteres para poder hacer una
   caracterización adecuada.
           Por ello, los taxónomos bacterianos se vieron forzados a buscar otros tipos de
   propiedades, bioquímicas, fisiológicas, ecológicas, para añadir a las propiedades
   estructurales.
           La clasificación de las bacterias se basa en atributos funcionales, la mayor parte de
   las bacterias sólo pueden identificarse por lo que hacen y no simplemente por su apariencia.
   Esto representa un problema adicional para el taxónomo bacteriano, el estudio de estas
   propiedades funcionales conlleva a la realización de experimentos, por lo tanto éste nunca
   podrá estar seguro de haber llevado a cabo los experimentos adecuados con fines
   taxonómicos: podría ocurrir que omitiera la realización de ciertos experimentos que
   indicaran la existencia de agrupamientos significativos dentro de una colección de cepas.
           Sin embargo, está tomando auge una nueva alternativa que podría resolver pronto el
   problema, son las técnicas moleculares para la caracterización genotípica bacteriana, que
   proporcionan una posible base objetiva para la definición de especie bacteriana.
   http://www.revistaciencias.com/publicaciones/EpZyFFlAZyqorLnlLE.php


             Parámetros morfológicos:
    i.   forma
   ii.   tamaño
 iii.    motilidad (móvil, no-móvil); flagelo (posición, número, etc.)
  iv.    inclusiones celulares
   v.    color
  vi.    morfología de la colonia
 vii.    características ultraestructurales
viii.    tinciones

             Parámetros fisiológicos y metabólicos:
   i.    composición de la membrana
  ii.    composición y estructura de la pared celular (LPS)
 iii.    metabolismo energético básico
 iv.     caracteres nutricionales y metabólicos
  v.     requisitos nutricionales especiales
 vi.     susceptibilidad a bacteriófagos

             Características moleculares:
   i.    comparación de proteínas, enzimas, poliaminas
  ii.    composición de ácidos nucleicos (%G+C)
 iii.    hibridación de ácidos nucleicos
 iv.     secuencia de ácidos nucleícos
   http://www.unap.cl/csmar/BioTecnologia/Clase12.pdf

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Bacteria

  • 1. UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y AGROPECUARIAS DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR DESARROLLO DE LA UNIDAD 2: BACTERIAS quot;Estamos en la Era de las Bacterias. Nuestro planeta ha estado siempre en la Era de las Bacterias. Las bacterias son- y siempre han sido- las formas dominantes en la Tierra.” - Stephen J. Gould Materia: MICROBIOLOGÍA Alumna: Estudiante de MVZ Ana Isabel Lechuga Zárate Profesor: Pasante Dr. En Cs. Yanet Karina Gutiérrez Mercado
  • 2. La época en que los científicos solían considerar a las bacterias como pequeñas bolsas de enzimas finalizó hace mucho tiempo. -Howard J. Rogers Bacteria: Dominio o impero que incluye a las células procariotas que tienen en la membrana, diésteres de glicerol diacilo y presentan un RNAr eubacteriano. También término general referido a los microorganismos procariotas, no multicelulares. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Incluso un examen superficial del mundo microbiano, revelaría que las bacterias son uno de los grupos más importantes de los seres vivos, desde cualquier criterio: número de organismos, importancia ecológica general o importancia práctica para los seres humanos. De hecho la mayor parte de nuestro conocimiento sobre los fenómenos bioquímicos y de biología molecular proceden de la investigación con bacterias. Aunque gran parte de la investigación se ocupa de microorganismos eucariotas, el núcleo principal radica en las procariotas. Hay dos grandes grupos de procariotas bien diferenciados: Bacteria y Archea. Para evitar confusiones, debe recordarse que, en sentido general, debe emplearse el término procariota para Archea y Bacteria; el término bacteria se refiere específicamente a las células del dominio Bacteria. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Árbol filogenético Esta figura nos muestra los 3 dominios de estudio donde encontramos organizados los diferentes organismos existentes sobre la faz terrestre. http://scriptusnaturae.8m.com/Articulos/bac/arbol2.htm
  • 3. MORFOLOGÍA DE LAS BACTERIAS: Tamaño, Forma y Agrupación ¿Qué tamaño tiene una bacteria? Comparación de las diferentes estructuras conocidas que conforman la materia viva, donde ubicamos a las bacterias. http://www.biblioteca.org.ar/Libros/hipertextos%20de%20biologia/celula1.htm Se podría esperar que organismos pequeños, relativamente simples como las bacterias, fuesen uniformes en cuanto a forma y tamaño. Aun que es cierto que muchas bacterias tienen morfología similar, existen importantes variaciones. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Formas generales de las bacterias: • Oval o esférica (cocos) • Cilíndrica o de bastón (bacilos) • Espiral o helicoidal (espirilos) Madigan y col. Biología de los microorganismos. 10ª. Edición. Editorial Prentice Hall La mayoría de las bacterias presentan forma de coco o bacilo. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill
  • 4. COCOS Los cocos son células casi esféricas. Pueden existir como células individuales, pero se asocian también en agrupaciones características que son útiles frecuentemente para identificar a las bacterias. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Agrupaciones de los cocos: • Diplococos: los cocos se dividen en dos planos y permanecen unidos en parejas. • Estreptococos: se dividen en planos paralelos formando cadenas • Tetracocos: se dividen en dos planos perpendiculares (cuatro células) • Sarcina: se dividen en tres planos perpendiculares dando agrupaciones cuboidales. • Estafilococos: se dividen en tres planos irregulares formando racimos de cocos. Madigan y col. Biología de los microorganismos. 10ª. Edición. Editorial Prentice Hall Agrupaciones de cocos http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Morfolog%C3%ADa_bacteriana.jpg
  • 5. BACILOS La otra forma más común bacteriana es el bastoncillo, denominado bacilo. Los bacilos varían considerablemente entre la proporción de longitud y diámetro, siendo los cocobacilos tan cortos y anchos que parecen cocos. La forma del extremo del bacilo varía a menudo entre especies; puede ser plana, redondeada, en forma de puro o bifurcada. Aunque muchos bacilos aparecen aislados, pueden permanecer juntos después de dividirse, formando parejas (diplobacilo) o cadenas (estreptobacilo, en empalizada). Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Agrupaciones de bacilos http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Morfolog%C3%ADa_bacteriana.jpg
  • 6. OTRAS FORMAS Aparte de estas dos formas más frecuentes, las bacterias pueden adquirir una gran variedad de formas. • Vibrios: bacterias en forma de bastoncillos, curvados, con forma de coma o de espiral incompleta • Actinomicetos: largos filamentos multinucleados característicos o hifas, que pueden ramificarse para constituir una red denominada micelio. • Espirilos: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o hélices rígidos. • Espiroquetas: Forma de bacilos largos retorcidos como espirales o hélices flexibles. • Con yema: de forma ovalada a pera que produce una yema al final de una larga hifa. • Con pedúnculos: Forma bacilar que tiene prolongaciones en forma de rabillo o chichón. • Pleomórficas: bacterias que tienen formas variables, aunque generalmente tienen forma bacilar. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Distintas formas y apéndices bacterianos http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Morfolog%C3%ADa_bacteriana.jpg
  • 7. ESTRUCTURA BACTERIANA: Composición química y Estructura de la célula bacteriana COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA BACTERIANA La célula bacteriana tiene un contenido en agua del 70 al 85%. El peso húmedo (masa húmeda) de los seres unicelulares se estima mediante centrifugación y separación de la masa celular de su medio de cultivo. El peso seco (masa seca) se estima luego de evaporar toda el agua, y estará comprendido por lo tanto entre el 15 al 30% del peso húmedo. Si las células contienen grandes cantidades de materiales de reserva (es decir, lípidos, polisacáridos, polifosfatos o azufre) el peso seco es proporcionalmente superior. Los datos de la composición elemental y la distribución de los compuestos orgánicos integrantes del peso seco se dan en las tablas siguientes: http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro1.htm Composición elemental Elemento Porcentaje Carbono 50 % Oxígeno 20 % Nitrógeno 14 % Hidrogeno 8% Fósforo 3% Azufre 1% Potasio 1% Calcio 0.5 % Magnesio 0.5 % Hierro 0.2 % Composición del peso seco Polímero Porcentaje Proteínas 50 % Pared celular 10-20 % ARN 10-20 % ADN 3-4 % Lípidos 10 % Tablas según: http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro1.htm
  • 8. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA BACTERIANA http://www.allposters.com/-sp/Bacteria-Cell-Posters_i838248_.htm
  • 9. 1. Estructuras siempre presentes. (A, B y C forman la cubierta celular) A. Pared celular Pared celular bacteriana Diferencias de la pared celular de una bacteria Gram-positiva y una Gram-negativa http://locuras-mooy.blogspot.com/ Por fuera de la membrana celular, se encuentra una pared celular rígida de péptidoglicano, que esta presente en todas las bacterias excepto los micoplasmas. La presencia de la pared protege a la bacteria de la diferencia de presión osmótica entre el medio interno de la bacteria y el medio exterior. De no existir la pared la bacteria estallaría. Además la pared cumple funciones de protección como por ejemplo contra sustancias tóxicas. Existen dos tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por la Tinción de Gram (siglo XIX). El primer grupo de bacterias son aquellas capaces de retener el colorante cristal violeta luego de la decoloración con alcohol-cetona. Estas bacterias son llamadas Grampositivas. El segundo grupo esta conformado por aquellas bacterias incapaces de retener el colorante luego del tratamiento decolorante, por lo tanto son llamadas Gramnegativas. http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm a. Composición: • En bacterias Gram-positivas: es más gruesa que la de los Gramnegativas. Posee péptidoglicano, ácidos teicoicos y lipoteicoicos. El componente fundamental es la mureína, un péptidoglicano que solo se encuentra en los procariontes. La mureína consiste en una cadena lineal de dos azúcares alternados N- acetilglucosamina y ácido acetilmurámico. A cada residuo de ácido murámico se encuentra unido un tetrapéptido compuesto de D- y L- aminoácidos. Aproximadamente un tercio de los tetrapéptidos presentes participan de la unión lateral entre cadenas adyacentes de mureína. La pared celular es biológicamente estable, resiste el ataque
  • 10. Pared bacterial Grampositiva y sus componentes http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm • En bacterias Gram-negativas: El espesor de la pared celular de una bacteria Gramnegativas es considerablemente menor que el de una Grampositivas. La cantidad de mureína es mucho menor en los Gramnegativas. Los ácidos teicoicos no están presentes en las bacterias Gramnegativas. A ambos lados de la fina pared de mureína se encuentra un gel periplásmico, que define al llamado periplasma (antes llamado espacio periplasmático). Por fuera del periplasma se encuentra una estructura exclusiva de las Gramnegativas, la denominada membrana externa. Si bien es estructuralmente similar a una bicapa lipídica, su composición es diferente de la de otras membranas biológicas. Esta bicapa es muy asimétrica, la semicapa interna esta compuesta por fosfolípidos, pero la semicapa externa esta compuesta por lipopolisacáridos (LPS), altamente tóxico para el ser humano (endotoxina). Para obtener nutrientes las bacterias Gramnegativas, poseen porinas que son proteínas que forman poros en la membrana externa.
  • 11. Pared bacterial Gramnegativa y sus componentes http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm b. Función: da forma y rigidez a la célula, es sostén de la membrana citoplasmática y protege contra los efectos mecánicos, cambios en la presión osmótica y temperaturas Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 B. Membrana celular a. Composición: Formada por una bicapa de fosfolípidos, con moléculas de colesterol intercaladas. Así mismo tiene proteínas intercaladas (integrales y semiintegrales) y superpuestas (periféricas). También tiene carbohidratos que pueden unirse a las proteínas o a los fosfolípidos. Reynoso. Plenaria 3, del curso de verano 2008. CUCBA b. Propiedades: Altamente selectiva, autoreconstructiva (cuando es un daño mínimo), asimétrica, elástica, resistente a la tensión, aislante eléctrico y fluida. c. Funciones: protección. Aislamiento del medio externo, formación de compartimientos internos, permeabilidad selectiva, Transporte de sustancias en ambos sentidos, Receptor y traducción de señales externas, interacción celular, Sitio de actividades bioquímicas y Capacidad de desplazamiento y de expansión Extraído de la plenaria 3 del profesor Ramón Reynoso; cursos de verano 2008. CUCBA Alberts [1999] Introducción a la biología celular, capítulo 11, editorial Omega
  • 12. Partes de una membrana celular 1) Bicapa de fosfolípidos 2) Lado externo de la membrana 3) Lado interno de la membrana 4) Proteína intrínseca de la membrana 5) Proteína canal iónico de la membrana 6) Glicoproteína 7) Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa 8) Moléculas de colesterol 9) Cadenas de carbohidratos 10) Glicolípidos 11) Región polar (hidrofílica) de la molécula de fosfolípido 12) Región hidrofóbica de la molécula de fosfolípido Tomado de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/cel_euca/la_membrana_celular.htm C. Citoplasma Esta limitado por la membrana citoplasmática, y en el se encuentran las inclusiones celulares. En un principio considerado una quot;soluciónquot; homogénea de proteínas, los métodos de fraccionamiento acoplados a los estudios bioquímicos y de microscopía electrónica mostraron la complejidad del sistema. En realidad esta atravesado por numerosas membranas que lo compartimentalizan, si bien esta compartimentalización no es tan desarrollada como en eucariotas. http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro3.htm D. Genoma (área nuclear) Las células bacterianas no contienen núcleo característico como en las células vegetales y animales, si bien tienen “cuerpos” dentro del citoplasma que se considera como estructura nuclear. Madigan y col. Biología de los microorganismos. 10ª. Edición. Editorial Prentice Hall Se encuentra en una región llamada nucleoide. Se trata de una molécula superenrrollada de ADN bicatenario, formada por dos moléculas antiparalelas de polinucleótidos complementarios. Contiene la información genética e induce la división por fisión binaria. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007
  • 13. E. Inclusiones Hay de dos tipos: -Sin membrana que los rodea: gránulos de polifosfato, polipéptidos, glucógeno, almidón y gotitas de grasa. -Con membrana que los rodea: gránulos de ácido de poli-β-hidroxibutirato, azufre, carboxisomas (ayuda a la fijación de CO2) y vacuolas de gas (hace que la bacteria flote). Estas inclusiones sirven como reserva de alimento, almacenamiento de energía y oxidación del azufre. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 F. Ribosomas Son elementos granulosos que se hallan contenidos en el citoplasma bacteriano; esencialmente compuestos por ácido ribonucleico, desempeñan un papel principal en la síntesis proteica. Contienen dos subunidades: 30s y 50s Así mismo hay tres tipos: Mensajero, de Transferencia y Ribosomal. http://www.monografias.com/trabajos/bacterias/bacterias.shtml 2. Estructuras ocasionales A. Flagelos Son apéndices capilares sumamente finos que salen a través de la pared celular y que se originan en una estructura granular (cuerpo basal) en el citoplasma inmediatamente por debajo de la membrana celular. Son la causa de la movilidad de las bacterias. Están hechos de flagelina (proteína de forma helicoidal) Tienen tres partes: una estructura basal, una estructura a manera de gancho y un filamento. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 Existen diferentes tipos de flagelos Modificado de: http://ar.geocities.com/vetterworld/microbiologia/images/SegunFlagelos.gif
  • 14. B. Fimbrias También denominadas fimbriae. Muchas bacterias Gramnegativas poseen apéndices cortos, finos, similares a pelos, más delgados que los flagelos y que normalmente, no participan en la movilidad celular. Una célula puede estar cubierta por 1000 fimbrias, pero sólo son visibles en el microscopio electrónico. Compuestos por subunidades de proteínas organizadas helicoidalmente. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill C. Cápsula También conocida como glucocálix o cápsula mucosa. Es la sustancia viscosa que forma una cubierta o envoltura alrededor de la célula. No está presente en todas las bacterias. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 Los hidratos de carbono están presentes en la membrana plasmática unidos covalentemente a la proteína o lípidos formando glucoproteínas y glucolípidos. Sólo se encuentran en el lado externo de la membrana y son oligosacáridos y en algunas membranas polisacáridos. De esta forma la célula queda envuelta de material hidrocarbonado denominado glucocálix. En esta capa, la parte de hidratos de carbono, se pueden encontrar algunas proteínas. Los oligosacáridos pueden estar unidos a lípidos o proteínas, mientras que los polisacáridos sólo se unen a las proteínas. El grado de desarrollo del glucocálix es muy variable, en la mayoría de las células forma una capa muy delicada. Sin embargo, en las células epiteliales suele estar muy desarrollado. http://www.elergonomista.com/biologia/cit12ma.htm Tiene las funciones de: Selectividad en la incorporación de sustancias de bajo peso molecular a la célula, Reconocimiento específico de células entre sí, Uniones intercelulares y de las células con la matriz extracelular mediante glucoproteínas transmembranales, Propiedades inmunitarias, Anclaje de enzimas, Cambios en la carga eléctrica en medio extracelular y contribuye a la virulencia. http://www.elergonomista.com/biologia/cit12ma.htm D. Plásmido Acumulo de DNA que se replica en el citoplasma bacteriano independientemente de la replicación del cromosoma. Aunque en general es adecuado decir que el genoma de los procariotas consta de un solo cromosoma, muchas bacterias poseen, además, uno o varios elementos genéticos accesorios extracromosómicos, a los que denominamos plásmidos, los cuales poseen capacidad de replicación autónoma (es decir, constituyen replicones propios). http://ciencia.glosario.net/ecotropia/pl%E1smido-9357.html E. Esporas Ciertas bacterias grampositivas pueden sintetizar un órgano de resistencia que les permite sobrevivir en condiciones más desfavorables, y se transforma de nuevo en una forma vegetativa cuando las condiciones del medio vuelven a ser favorables. Esporulación: Se activan genes que producen la maquinaria para formar la espora y se desactivan genes involucrados en la función vegetativa celular. Se forma un filamento axial de ADN
  • 15. Se produce una invaginación de la membrana lo que produce una estructura de membrana doble que engloba a la espora en desarrollo. En el centro se sintetizan los constituyentes únicos de la espora. Posee un sistema generador de energía por glucólisis. La espora queda rodeada de adentro hacia afuera por: la pared de la espora, la corteza, la capa y el exosporio. Proceso de Esporulación http://es.geocities.com/joakinicu/apartado3l.htm F. Pili También nombrados pilus. Son apéndices similares a las fimbrias. Hay aproximadamente de 1 a 10 por célula. Los pilis sexuales se diferencian por que son más anchos, están determinados genéticamente por factores sexuales o plásmidos conjugativos y son necesarios para la conjugación bacteriana. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill
  • 16. FISIOLOGÍA BACTERIANA: Nutrición, Metabolismo, Reproducción y crecimiento, Genética bacteriana. Nutrición: Toda naturaleza es, Metabolismo: Los principios y métodos como se ha dicho, una conjugación activa y de la bioquímica proporcionan actualmente el pasiva del verbo comer. soporte para todas las ciencias biológicas. -E.L. Smith -William Ralph Inge Reproducción y crecimiento: El Genética: En la profundidad de la logro evolutivo más significativo que han cueva del pecho del niño se oculta al acecho la alcanzado las bacterias como grupo, es un naturaleza del padre, y revive de nuevo. crecimiento celular eficaz y rápido en -Horacio, Odas numerosos ambientes. -J.L. Ingraham NUTRICIÓN Para obtener energía y elaborar nuevos componentes celulares, los organismos tienen que disponer de materias primas, o nutrientes. Los nutrientes son sustancias que se emplean en la biosíntesis y producción de energía, y en consecuencia, son necesarios para el crecimiento microbiano. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Los nutrientes se pueden clasificar en dos tipos: 1. Macronutrientes: o macroelementos, son compuestos o elementos requeridos en cantidades significativas, como el carbono, el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, hierro, calcio y agua. 2. Micronutrientes: o microelementos, son compuestos o elementos requeridos en cantidades pequeñas o elementos traza, como el cobalto, cobre, manganeso, níquel, selenio, tungsteno. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007
  • 17. Las bacterias se pueden clasificar por su tipo de nutrición: 1. Al recibirla de una fuente de energía a. Fotótrofos: reciben la energía de la luz, como las cianobacterias b. Quimiótrofos: reciben la energía de la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos. 2. Por su fuente de carbono a. Autótrofos: utilizan el CO2 como única o principal fuente de carbono. Tienen necesidades más simples. Satisfacen todas sus necesidades de C a partir del CO2 y la energía es suministrada por la oxidación del S2. b. Heterótrofos: Utilizan moléculas orgánicas preformadas, reducidas, de los organismos. Normalmente son bacterias patógenas. Pueden tener necesidades de nutrientes específicos. 3. Por la fuente de hidrógeno o electrones a. Litótrofos: Utilizan moléculas orgánicas reducidas b. Organótrofos: Utilizan moléculas orgánicas Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 Tipos nutricionales principales entre los microorganismos Tipo Fuente de energía Fuente de C Ejemplo del para el desarrollo para género el desarrollo Fototróficas Fotolitotróficas Luz CO2 Chromatium (Autotróficas) Fotoorganotróficas Luz Compuestos Rhodopseudomonas (Heterotróficas) orgánicos Quimiotróficas Quimiolitotróficas Oxidación de compuestos CO2 Thiobacillus (Autotróficas) inorgánicos Quimioorganotróficas Oxidación de Compuestos Escherichia (Heterotróficas) compuestos orgánicos orgánicos Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 Requerimientos de nitrógeno, fósforo y azufre Para crecer un microorganismo debe ser capaz de incorporar grandes cantidades de nitrógeno, fósforo y azufre. Aunque estos elementos pueden adquirirse a partir de los mismos nutrientes que aportan carbono, los microorganismos pueden emplear también fuentes inorgánicas. El nitrógeno es necesario para sintetizar aminoácidos, purinas, pirimidinas, algunos hidratos de carbono, lípidos y otras sustancias. El fósforo está presente en los ácidos nucleicos, fosfolípidos, nucleótidos como el ATP, varios cofactores, algunas proteínas y otros componentes celulares. El azufre es necesario para la síntesis de los aminoácidos cisteína y metionina.
  • 18. Factores de crecimiento Existen tres clases principales de factores de crecimiento: A. Aminoácidos: se necesitan para la síntesis de proteínas B. Purinas y pirimidinas: necesarias para la síntesis de ácidos nucleicos C. Vitaminas: Son moléculas orgánicas pequeñas que normalmente forman la totalidad o parte de los cofactores enzimáticos y sólo muy pequeñas cantidades se requieren para el crecimiento. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill METABOLISMO El metabolismo es una compleja e integrada red de reaccione bioquímicas para mantener la estructura y función celular. Su velocidad es controlada por las enzimas. En el metabolismo microbiano mediante la generación de energía la bacteria puede: • Transportar los nutrientes • Moverse • Crecer • Generar calor • Fijar el CO2 Y el metabolismo hace que la bacteria sintetice: • Ácidos nucleicos • Proteínas • Lípidos • Carbohidratos • Péptidoglucano de la pared celular Las enzimas son agentes catalíticos orgánicos termolábiles producidos en pequeñísimas cantidades por las células vivas. Por su sitio de acción se clasifican en: 1) Enzimas intracelulares: Funcionan dentro de las células. Sintetizan material celular y efectúan reacciones catabólicas de las cuales se desprende la energía que aprovecha la célula.
  • 19. 2) Enzimas extracelulares: Actúan fuera de las células. Realizan todos los cambios necesarios en los nutrientes del medio para permitir que entren a la célula como alimento. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 Clasificación y nomenclatura enzimática 1. Óxido-reductasas (Reacciones de oxido-reducción). Son las enzimas relacionadas con las oxidaciones y las reducciones biológicas que intervienen de modo fundamental en los procesos de respiración y fermentación. En esta clase se encuentran las siguientes subclases principales: Deshidrogenasas y oxidasas. Son más de un centenar de enzimas en cuyos sistemas actúan como donadores, alcoholes, oxácidos aldehídos, cetonas, aminoácidos, DPNH2, TPNH2, y muchos otros compuestos y, como receptores, las propias coenzimas DPN y TPN, citocromos, O2, etc. 2. Transferasas (Transferencia de grupos funcionales) Estas enzimas catalizan la transferencia de una parte de la molécula (dadora) a otra (aceptora). Su clasificación se basa en la naturaleza química del sustrato atacado y en la del aceptor. También este grupo de enzimas actúan sobre los sustratos mas diversos, transfiriendo grupos metilo, aldehído, glucosilo, amina, sulfató, sulfúrico, etc. 3. Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis) Esta clase de enzimas actúan normalmente sobre las grandes moléculas del protoplasma, como son la de glicógeno, las grasas y las proteínas. La acción catalítica se expresa en la escisión de los enlaces entre átomos de carbono y nitrógeno (C-Ni) o carbono oxigeno (C-O); Simultáneamente se obtiene la hidrólisis (reacción de un compuesto con el agua) de una molécula de agua. El hidrógeno y el oxidrilo resultantes de la hidrólisis se unen respectivamente a las dos moléculas obtenidas por la ruptura de los mencionados enlaces. 4. Liasas (Adición a los dobles enlaces) Estas enzimas escinden (raramente construyen) enlaces entre átomos de carbono, o bien entre carbono y oxigeno, carbono y nitrógeno, y carbono y azufre. Los grupos separados de las moléculas que de sustrato son casi el agua, el anhídrido carbónico, y el amoniaco. Algunas liasas actúan sobre compuestos orgánicos fosforados muy tóxicos, escindiéndolos; otros separan el carbono de numerosos sustratos. 5. Isomerasas (Reacciones de isomerización) Transforman ciertas sustancias en otras isómeras, es decir, de idéntica formula empírica pero con distinto desarrollo. Son las enzimas que catalizan diversos tipos de isomerización, sea óptica, geométrica, funcional, de posición, etc. 6. Ligasas (Formación de enlaces, con aporte de ATP) Es un grupo de enzimas que permite la unión de dos moléculas, lo cual sucede simultáneamente a la degradación del ATP, que, en rigor, libera la energía necesaria para llevar a cabo la unión de las primeras. http://www.monografias.com/trabajos12/enzim/enzim.shtml
  • 20. REPRODUCCIÓN Y CRECIMIENTO El crecimiento consiste en el aumento de los constituyentes celulares, y tiene como resultado un incremento del tamaño o del número celular, o de ambos. Cuando se cultivan los microorganismos en un sistema cerrado o cultivo discontinuo, la curva de crecimiento resultante tiene cuatro fases: latencia, exponencial o logarítmica, estacionaria y de muerte. Prescott, Harley & Klein. Microbiología. 5ta. Edición. Editorial McGraw Hill Curva de crecimiento bacteriano Modificado:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c2/Curva_de_crecimiento.png/450px- Curva_de_crecimiento.png y http://i.treehugger.com/images/2007/10/24/bacteria%20hydrocarbons-jj-001.jpg Fase de reposo o adaptación Este periodo consiste en la adaptación de las células microbianas a su nuevo ambiente. Después de la inoculación la población permanece sin variaciones. Las células crecen en volumen, sintetizan enzimas, proteínas, RNA. Existe un aumento en la actividad metabólica Fase exponencial En esta fase las células se encuentran en un estado de crecimiento sostenido. Se sintetiza nuevo material celular a una tasa constante, pero éste material es en sí catalítico y la masa aumenta de manera exponencial. Lo anterior continua hasta que uno o más nutrimentos se agoten, o hasta que se acumule tal cantidad de metabolitos tóxicos que se inhiba el crecimiento. Esta fase puede prolongarse indefinidamente si las células se transfieren repetidamente a un medio nuevo (fresco) de composición idéntica al anterior.
  • 21. Fase estacionaria En esta fase se puede observar recambio celular, lo cual se debe a que, aunque existe una pérdida lenta de células por muerte, dicha pérdida se compensa exactamente por la formación de nuevas células a través de crecimiento y división. Así, la cifra de células viables se mantiene constante, aunque en realidad en el conteo aumente poco a poco el número de células, si se cuentan también las muertas. La duración de esta fase depende de la naturaleza del microorganismo y de las condiciones del medio. Muerte celular Representa el decremento de células debido al aumento progresivo de la tasa de mortalidad, misma que tarde o temprano alcanza un valor sostenido. http://www.unap.cl/csmar/BioTecnologia/Clase7.pdf METODOS DE REPRODUCCIÓN BACTERIANA Los procariotas tienen una organización mucho mas simple que la de los eucariotas, los cuales entre otras cosas, tienen muchos mas cromosomas. El cromosoma procariota es una sola molécula circular de ADN contenida en una región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por una membrana. Este cromosoma es el elemento obligatorio del genoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que si se pierden, la bacteria sigue siendo viable. El método usual de duplicación de las células eucariotas se denomina fisión binaria. La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma original del replicado. Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica composición genética (excepto por la posibilidad de una mutación espontánea) Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los miembros de ese clon (colonia). http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/mitosis.htm Fisión binaria Imagen tomada de: http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/binfission.jpg
  • 22. Otra forma de duplicación en procariontes es la gemación que es un sistema de duplicación de organismos unicelulares donde por evaginación se forma una yema que recibe uno de los núcleos mitóticos y una porción de citoplasma. Uno de los organismos formados es de menor tamaño que el otro http://fai.unne.edu.ar/biologia/reproduccion/asexual.htm Gemación Imagen tomada de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/reproduccion/asexual.htm La esporulación es otro método de reproducción bacteriana. Durante la esporulación se lleva a cabo la división del núcleo en varios fragmentos, y por una división celular asimétrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo núcleo dando lugar a las esporas. Dependiendo de cada especie se puede producir un número variable esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollará un individuo independiente. El proceso de esporulación en bacterias sigue una serie de etapas: 1. Se produce una duplicación del material genético (ADN) mediante mitosis. 2. Comienza a formarse el septo de la espora y va aislando el ADN recién replicado junto a una pequeña porción de citoplasma. 3. La membrana plasmática comienza a rodear el ADN, citoplasma y membrana aislada en el paso 2. 4. El septo de la espora rodea la porción aislada formándose la forespora. 5. Se forma una capa de peptidoglicano entre las membranas. 6. La espora se recubre de una cubierta de resistencia. 7. Liberación de la endospora de la célula al medio, en ocasiones a este paso también se le denomina esporulación. Durante el proceso de esporulación se llevan a cabo una serie de cambios químicos y físicos que dan lugar a cambios morfológicos en la espora. http://www.mitecnologico.com/idc/Main/Esporulacion Formación de esporas bacterianas http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/images/09espo2.gif GENÉTICA BACTERIANA
  • 23. La recombinación mezcla elementos genéticos (genoma o partes de un genoma) de dos células diferentes en una misma célula, dando lugar a un nuevo genotipo. Tiene como consecuencia la dispersión de la variabilidad genética entre organismos de una población, y la transmisión de caracteres genéticos entre individuos de una población. En la recombinación tiene lugar el apareamiento de moléculas de ADN, que son homólogos y el intercambio de estas cadenas de ADN. Se forma un genotipo recombinante. En bacterias no existe la reproducción sexual, pero si tenemos recombinación, tiene lugar mediante la transferencia de una porción del genoma de una bacteria dadora denominada exogenote a una bacteria aceptora o endogenote. Como consecuencia, se forma un merocigoto (zigoto parcial). Este merocigoto contiene el genoma entero de la célula aceptora y sólo una parte de la célula dadora. En bacterias, la recombinación es ocasional (sólo de vez en cuando), fragmentaria (sólo se recombina parte del genoma) y no es necesaria para completar el ciclo de vida de las bacterias. Lo que sí es beneficioso es para la población. http://www.elergonomista.com/microbiologia/11s04.htm Transformación: la célula aceptora toma genes de una molécula de ADN (de la célula dadora) que se encuentra en el medio que rodea a la célula aceptora. La célula dadora se fragmenta, y también lo hace la molécula de ADN. Uno de estos fragmentos es captado por la célula aceptora, si hay segmentos homólogos tiene lugar el intercambio de cadenas de ADN: recombinación propiamente dicha. Trasducción: es un mecanismo de recombinación genética en bacterias, que está mediado por un virus bacteriano denominado bacteriófago o fago. En este proceso, la célula dadora es en primer lugar infectada por un fago. Se forma así una partícula viral que está defectuosa, y que contiene parte del ADN del fago y parte del ADN de la bacteria. Ahora, esta partícula viral se llama partícula transductora y es capaz de infectar a una bacteria receptora. De esta manera hay una transmisión de ADN de una bacteria dadora a una bacteria aceptora, a través de un fago. Un fago que infecta a una bacteria forma lo que se denomina partícula viral, que está constituido por una cápsida de proteínas y en su interior está el genoma viral (la mayoría de bacterias tienen ADN de cadena doble). Cuando un fago infecta a una bacteria, tiene lugar lo que se llama el ciclo de replicación viral, cuyo objetivo es la formación de numerosas partículas virales. Este ciclo de replicación viral finaliza normalmente con la lisis de la bacteria. Por eso también se le llama ciclo lítico. Para que un fago infecte a una bacteria, tiene que ocurrir que este fago se una a la superficie de la bacteria. Es una unión específica y está regulada por receptores que se encuentran en la superficie de la bacteria y reconocen de forma específica proteínas de la cápsida. Después de la unión, tiene lugar la penetración del ADN viral. A continuación, el ADN del fago se multiplica dentro de la bacteria, mientras que normalmente el ADN de la bacteria es degradado. Cuando se ha multiplicado el ADN viral, se sintetizan las proteínas de la cápsida del virus. Después, tiene lugar el ensamblaje de las proteínas de la cápsida y el ADN viral, formándose nuevas partículas virales. Finalmente, la bacteria se rompe y se liberan las partículas virales, que pueden volver a infectar nuevas bacterias. Conjugación: es un mecanismo de recombinación en bacterias que requiere el contacto directo entre dos bacterias. Es un proceso polarizado, es decir, siempre va en la
  • 24. misma dirección, por lo que hay células dentro de una población de bacterias que siempre actúan como dadora, F + o Fertilidad +, y luego hay otras que actúan siempre como aceptoras, F - o Fertilidad -. http://www.elergonomista.com/microbiologia/11s04.htm y http://www.elergonomista.com/microbiologia/11s04.htm
  • 25. CULTIVO DE BACTERIAS Modificado de: http://universitas.usal.es/web/fundacion/universitas/es/sistemas/microacua/Demo1/fotos/aislamiento1.jpg y http://fotciencia06.fecyt.es/macro/inconfundible.html Los medios de cultivo son una mezcla de nutrientes que en concentraciones adecuadas y en condiciones físicas óptimas, permiten el crecimiento de los microorganismos. Estos medios son esenciales en el Laboratorio de Microbiología por lo que un control en su fabricación, preparación, conservación y uso, asegura la exactitud, confiabilidad y reproducibilidad de los resultados obtenidos. En los laboratorios de microbiología se utilizan diferentes tipos de medios de cultivo que pueden ser preparados en forma líquida o en forma sólida. Usualmente para preparar un medio sólido se parte de un medio líquido al que se le añade un agente solidificante como el agar, la gelatina o la sílicagel. Los medios de cultivo se pueden clasificar de acuerdo a la naturaleza de sus constituyentes en: • Medios naturales o complejos: constituidos por sustancias complejas de origen animal o vegetal, las que son usualmente complementadas por la adición de minerales y otras sustancias. En ellos no se conocen todos los componentes ni las cantidades exactas presentes de cada uno de ellos. • Medios definidos o sintéticos: son los medios que tienen una composición química definida cualitativa y cuantitativamente. Generalmente se usan en trabajos de investigación. http://www.ucv.ve/Farmacia/Micro_web/Catedras02/medicult.pdf
  • 26. De acuerdo al uso del medio de cultivo, éstos se clasifican en: • Medios de enriquecimiento: son medios líquidos que favorecen el crecimiento de un tipo de microorganismo en particular. Permiten aumentar el número de microorganismos de ese tipo. Usualmente contienen una o más sustancias inhibidoras del crecimiento de los microorganismos con excepción de los que se quieren cultivar. • Medios selectivos: son parecidos a los de enriquecimiento, se diferencian por ser medios sólidos y están diseñados para el aislamiento de microorganismos específicos. • Medios diferenciales: son medios que contienen indicadores de productos derivados de la actividad microbiana de los microorganismos. No contienen ningún tipo de sustancia con actividad antimicrobiana. Permiten revelar características fisiológicas de los microorganismos. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 Medio de cultivo diferencial Prueba de citrato de Simmons http://quimicosclinicosxalapa04.spaces.live.com/?_c11_BlogPart_pagedir=Next&_c11_BlogPart_handle=cns!204AC1C68E772D5 !1536&_c11_BlogPart_BlogPart=blogview&_c=BlogPart&partqs=cat%3DMICROBIOLOGIA-BACTERIOLOGIA Los medios de cultivo se pueden preparar en el laboratorio a partir de cada uno de sus constituyentes básicos o por simple rehidratación de productos asequibles comercialmente (medios de cultivo deshidratados). Generalmente se prefiere el uso de los medios de cultivo deshidratados porque, además de simplificar el trabajo, con ellos se tiene mayor probabilidad de obtener resultados reproducibles. Para su preparación se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: 1. Prepararlos sólo a partir de productos que provengan de fabricantes o proveedores que suministren productos de calidad. 2. Utilizar agua destilada o desmineralizada con una calidad microbiológica y fisicoquímica adecuada. 3. Utilizar materiales de vidrio, bien lavados y enjuagados con agua destilada o desmineralizada. 4. Controlar el tiempo y la temperatura recomendada durante su esterilización. Nunca se deben exceder las condiciones señaladas por el fabricante. http://www.ucv.ve/Farmacia/Micro_web/Catedras02/medicult.pdf
  • 27. FACTORES AMBIENTALES QUE INFLUYEN El desarrollo adecuado de los microorganismos en un medio de cultivo se ve afectado por una serie de factores de gran importancia y que, en algunos casos, son ajenos por completo al propio medio. 1- disponibilidad de nutrientes adecuados Un medio de cultivo adecuado para la investigación microbiológica ha de contener, como mínimo, carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y sales inorgánicas. En muchos casos serán necesarias ciertas vitaminas y otras sustancias inductoras del crecimiento. Siempre han de estar presentes las sustancias adecuadas para ejercer de donantes o captadores de electrones para las reacciones químicas que tengan lugar. Todas estas sustancias se suministraban originalmente en forma de infusiones de carne, extractos de carne o extractos de levadura. Sin embargo, la preparación de estas sustancias para su aplicación a los medios de cultivo provocaban la pérdida de los factores nutritivos lábiles. Actualmente, la forma más extendida de aportar estas sustancias a los medios es utilizar peptona que, además, representa una fuente fácilmente asequible de nitrógeno y carbón ya que la mayoría de los microorganismos, que no suelen utilizar directamente las proteínas naturales, tienen capacidad de atacar los aminoácidos y otros compuestos más simples de nitrógeno presentes en la peptona. Ciertas bacterias tienen necesidades nutritivas específicas por lo que se añade a muchos medios sustancias como suero, sangre, líquido ascítico, etc. Igualmente pueden ser necesarios ciertos carbohidratos y sales minerales como las de calcio, magnesio, manganeso, sodio o potasio y sustancias promotoras del crecimiento, generalmente de naturaleza vitamínica. Muy a menudo se añaden al medio de cultivo ciertos colorantes, bien como indicadores de ciertas actividades metabólicas o bien por sus capacidades de ejercer de inhibidores selectivos de ciertos microorganismos. http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioMedios.htm 2- consistencia adecuada del medio Partiendo de un medio líquido podemos modificar su consistencia añadiendo productos como albúmina, gelatina o agar, con lo que obtendríamos medios en estado semisólido o sólido. Los medios solidificados con gelatina tienen el gran inconveniente de que muchos microorganismos no se desarrollan adecuadamente a temperaturas inferiores al punto de fusión de este solidificante y de que otros tienen la capacidad de licuarla. Actualmente los medios sólidos son de uso universal, por su versatilidad y comodidad, pero hay también gran cantidad de medios líquidos cuyo uso está ampliamente extendido en el laboratorio. 3- presencia (o ausencia) de oxígeno y otros gases Gran cantidad de bacterias pueden crecer en una atmósfera con tensión de oxígeno normal. Algunas pueden obtener el oxígeno directamente de variados sustratos. Pero los microorganismos anaerobios estrictos sólo se desarrollarán adecuadamente en una atmósfera sin oxígeno ambiental. En un punto intermedio, los microorganismos microaerófilos crecen mejor en condiciones atmosféricas parcialmente anaerobias (tensión de oxígeno muy reducida), mientras los anaerobios facultativos tienen un metabolismo capaz de adaptarse a cualquiera de las citadas condiciones.
  • 28. 4- condiciones adecuadas de humedad Un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio como en la atmósfera, es imprescindible para un buen desarrollo de las células vegetativas microbianas en los cultivos. Hay que prever el mantenimiento de estas condiciones mínimas en las estufas de cultivo a 35-37ºC proporcionando una fuente adecuada de agua que mantenga la humedad necesaria para el crecimiento de los cultivos y evitar así que se deseque el medio. http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioMedios.htm 5- Luz ambiental La mayoría de los microorganismos crecen mucho mejor en la oscuridad que en presencia de luz solar. Hay excepciones evidentes como sería el caso de los microorganismos fotosintéticos. Garay Martínez y col. Guía de Microbiología General. Academia de Microbiología CUCEI. 2007 6- pH La concentración de iones hidrógeno es muy importante para el crecimiento de los microorganismos. La mayoría de ellos se desarrollan mejor en medios con un pH neutro, aunque los hay que requieren medios más o menos ácidos. No se debe olvidar que la presencia de ácidos o bases en cantidades que no impiden el crecimiento bacteriano pueden sin embargo inhibirlo o incluso alterar sus procesos metabólicos normales. 7- Temperatura Los microorganismos mesófilos crecen de forma óptima a temperaturas entre 15 y 43ºC. Otros como los psicrófilos crecen a 0ºC y los temófilos a 80ºC o incluso a temperaturas superiores (hipertemófilos). En líneas generales, los patógenos humanos crecen en rangos de temperatura mucho más cortos, alrededor de 37ºC, y los saprofítos tienen rangos más amplios. 8- Esterilidad del medio Todos los medios de cultivo han de estar perfectamente estériles para evitar la aparición de formas de vida que puedan alterar, enmascarar o incluso impedir el crecimiento microbiano normal del o de los especimenes inoculados en dichos medios. El sistema clásico para esterilizar los medios de cultivo es el autoclave (que utiliza vapor de agua a presión como agente esterilizante) http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioMedios.htm
  • 29. TAXONOMÍA BACTERIANA http://microbiosdetrigoso.blogspot.com/2007/10/explosin-bacterias-inmunologa-vacunas-y.html Rama de la biología que se ocupa de Nombrar, Organizar y Mostrar Relaciones entre seres vivos Funciones: 1. Identificar y describir la unidad taxonómica básica o especie 2. Visualizar la forma apropiada de catalogar esas unidades Tiene tres disciplinas de apoyo: • La Clasificación: Define los criterios, organiza y agrupa a los seres vivos. Es el arreglo ordenado de las unidades a grupos • La Nomenclatura: Se ocupa de los problemas técnicos de los nombres. Es rotular o nombrar unidades definidas por clasificación • La Identificación: Es la aplicación práctica de lo anterior http://www.unap.cl/csmar/BioTecnologia/Clase12.pdf Caracterización de las especies De un modo ideal, las especies deberían caracterizarse basándose en la descripción completa de sus fenotipos o incluso de sus genotipos. La práctica taxonómica no llega a estos ideales ya que en la mayor parte de los grupos de seres vivos la descripción del fenotipo es fragmentaria y la caracterización del genotipo es incompleta. Los caracteres fenotípicos de más fácil determinación son los estructurales y anatómicos que pueden observarse directamente. La clasificación de las bacterias constituye una excepción dada su extrema simplicidad estructural, esto hace que se
  • 30. disponga de un rasgo demasiado reducido de caracteres para poder hacer una caracterización adecuada. Por ello, los taxónomos bacterianos se vieron forzados a buscar otros tipos de propiedades, bioquímicas, fisiológicas, ecológicas, para añadir a las propiedades estructurales. La clasificación de las bacterias se basa en atributos funcionales, la mayor parte de las bacterias sólo pueden identificarse por lo que hacen y no simplemente por su apariencia. Esto representa un problema adicional para el taxónomo bacteriano, el estudio de estas propiedades funcionales conlleva a la realización de experimentos, por lo tanto éste nunca podrá estar seguro de haber llevado a cabo los experimentos adecuados con fines taxonómicos: podría ocurrir que omitiera la realización de ciertos experimentos que indicaran la existencia de agrupamientos significativos dentro de una colección de cepas. Sin embargo, está tomando auge una nueva alternativa que podría resolver pronto el problema, son las técnicas moleculares para la caracterización genotípica bacteriana, que proporcionan una posible base objetiva para la definición de especie bacteriana. http://www.revistaciencias.com/publicaciones/EpZyFFlAZyqorLnlLE.php Parámetros morfológicos: i. forma ii. tamaño iii. motilidad (móvil, no-móvil); flagelo (posición, número, etc.) iv. inclusiones celulares v. color vi. morfología de la colonia vii. características ultraestructurales viii. tinciones Parámetros fisiológicos y metabólicos: i. composición de la membrana ii. composición y estructura de la pared celular (LPS) iii. metabolismo energético básico iv. caracteres nutricionales y metabólicos v. requisitos nutricionales especiales vi. susceptibilidad a bacteriófagos Características moleculares: i. comparación de proteínas, enzimas, poliaminas ii. composición de ácidos nucleicos (%G+C) iii. hibridación de ácidos nucleicos iv. secuencia de ácidos nucleícos http://www.unap.cl/csmar/BioTecnologia/Clase12.pdf