presentación general sobre bacterias

1. Bacterias
Daniel Arturo León R. MSc., PhD.

2. Introducción
 Las bacterias son los organismos vivientes más abundantes en la
tierra
 Son organismos procariotas (carecen de núcleo celular), de
tamaño pequeño y composición sencilla
 Su información genética está almacenada en ADN

3. Introducción
 Generalmente son unicelulares, tienen membrana celular, pared
celular, y algunas poseen estructuras especializadas tales como los
flagelos
 Carecen de organelos por lo que muchos procesos metabólicos de
éstas se llevan a cabo en el citoplasma

4. Procariotas y
eucariotas
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

5. Dominio
Bacteria
Imagen tomada de Biology, Raven y
Johnson, 6th Ed. 2002

6. Dominio
Bacteria
 Son organismos esenciales que participan en el ciclo de carbono y
del azufre, además de extraer el nitrógeno atmosférico
 Existen 12 a 15 grupos distintos de bacterias
 Presentan formas particulares

7. Grupos
representativos
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed.,
2012

8. Proteobacterias
 Dentro de las bacterias es el filum más grande
 Muchos organismos quimioorganotróficos son proteobacterias
 En este grupo se incluye la Escherichia coli
 Otro tipo de bacterias que se incluyen acá son las Pseudomonas

9. Proteobacterias

10. Bacterias
Gram positivas
 Son grupo grande que tienen en común su estructura de la pared
celular
 En este grupo podemos encontrar bacterias del género Bacillus,
Clostridium, Streptomyces, Lactobacillus y Streptococcus

11. Bacterias
Gram positivas

12. Cyanobacteria
 Son similares a los Gram positivos
 Son fotótrofos oxidativos y son los primeros organismos que
utilizaron la luz como fuente de energía
 Produjeron el O2 que permitió la aparición de otros organismos

13. Cyanobacteria

14. Otros grupos
importantes
 Bacterias verde del azufre: fotosintéticas
 Chlamydiae: patógenos respiratorios y por transmisión sexual
 Deinococcus: Bacterias resistentes a condiciones extremas tales
como radiación

15. Morfología
bacteriana
 Existen una serie de formas comunes por las cuales pueden ser
agrupadas distintos tipos de bacterias:
 Cocos
 Bacilos
 Espirilos
 Espiroquetas
 Otras formas

16. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

17. Arreglos
bacterianos
 Algunas bacterias se agrupan de maneras particulares, conocidos
como arreglos:
 Diplo: Dos bacterias
 Estrepto:Cadena de bacterias
 Tetra: Cuatro bacterias
 Sarcina: Ocho bacterias
 Estafilo:Arreglo aleatorio en racimo

18. Imagen tomada de Microbiology: Principles and
Explorations, Black JG, 8th Edition, 2012.

19. Estructura bacteriana

20. Estructura
bacteriana
 Son organismos sencillos que carecen de núcleo celular y
organelos membranosos
 Partes principales:
 Membrana celular
 Pared celular
 Nucleoide
 Otro tipo de estructuras

21. Membrana
celular
bacteriana
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

22. Funciones de
la membrana
celular
bacteriana
 La membrana es más que una simple barrera
 Sirve como barrera activa de intercambio de materiales con su
entorno (permeabilidad)
 Sirve como soporte a proteínas de membrana claves para diversas
funciones
 Conservación de energía

23. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

24. Permeabilidad
en la
membrana
celular
bacteriana
 Es una bicapa lipídica
 Algunos elementos
liposolubles pueden
atravesarla
 Los solutos hidrosolubles no
pueden atravesar, necesitan
“ayuda”
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

25. Proteínas de
transporte
 En algunos casos, para el
transporte de sustancias, las
bacterias tienen proteínas de
transporte que le ayudan al
intercambio de material
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

26. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

27. Pared celular
bacteriana
 Una característica importante en las bacterias es la presencia de
pared celular
 Esta estructura confiere rigidez y forma a las bacterias, pero
también las protegen de la lisis celular por causa de la presión
osmótica
 Peptidoglicano

28. Pared celular
bacteriana
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

29. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

30. Pared celular
bacteriana:
Gram +
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

31. Pared celular
bacteriana:
Gram -
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

32. Tinción de
Gram
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th Ed.
2012

33. Genoma
bacteriano
 Los genomas bacterianos por lo general se componen de una
única molécula de ADN de doble cadena circular
 En algunos casos, tienen moléculas accesorias conocidas como
plásmidos

34. Genoma
bacteriano
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

35. Genoma
modelo: E. coli
MG1665
 4639221 pares de bases
 4288 genes codificantes de proteínas ~ 88%
 1% de genes codificantes de ARNt y ARNr
 10% de regiones reguladoras
 0,5% de regiones no codificantes repetitivas

36. Los genes de
E. coli en su
cromosoma
 El análisis de vías
metabólicas mostró que
algunos genes están en
racimo o cluster
 Esos cluster constituyen lo
que se conoce como
operones
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

37. Los genes de
E. coli en su
cromosoma
 Por lo general, esos operones
se transcriben en un único
ARNm policistrónico
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

38. Plásmidos
 Los plásmidos son elementos
genéticos adicionales que
cargan algunas bacterias
 Tienen capacidades tales
como la autorreplicación
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

39. Plásmidos
 Una diferencia fundamental
con los virus es que no tienen
una forma extracelular
 Almacenan información
genética adicional al
cromosoma, importante por
ejemplo para resistencia a
antibióticos
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

40. Como es
contenido el
ADN dentro de
las células
 Una molécula completa de ADN puede medir varias veces la
longitud del diámetro de una célula
 ¿Como se organiza esta molécula para poder caber en una célula
sencilla?

41. Almacenamiento
delADN en
procariotas
 De manera circular, el ADN en una bacterias es muchas veces más
grande que la bacteria misma
 Mediante el proceso de súper enrollamiento, el ADN es
almacenado en las bacterias

42. Almacenamiento
delADN en
procariotas
 Para este proceso participan dos tipos de enzimas
topoisomerasas:
 Tipo I: Rompe solo una de las cadenas de ADN
 Tipo II: Generan quiebres de doble cadena

43. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

44. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

45. Otras
estructuras
bacterianas
 Existen ciertos tipos particulares de estructuras bacterianas
 Unas les permiten moverse y otras les permiten hacer frente a
condiciones adversas
 Otras les permiten intercambiar material genético

46. Flagelos
 Algunas bacterias forman estructuras de movimiento particular
conocidas como flagelos
 Es una estructura alargada y que favorece el movimiento en un
medio líquido
 Su movimiento se basa en la rotación de esta estructura sobre su
eje

47. Flagelos
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

48. Flagelos
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

49. Flagelos
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

50. Endosporas
 Es una estructura formada por cierto tipo de bacterias
 Este proceso se le conoce como esporulación
 Resisten condiciones adversas tales como calor, químicos,
radiación
 Se producen en condiciones de crecimiento poco favorables

51. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

52. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

53. Fimbrias y Pilis
 Son estructuras filamentosas que se extienden desde las
membranas
 Las fimbrias permiten a ciertas bacterias adherirse a superficies
(biopelículas)
 Los pilis son más largos y permiten procesos importantes de
adherencia pero también el intercambio de material genético

54. Fimbrias y Pilis
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

55. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

56. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

57. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

58. Metabolismo
bacteriano

59. Metabolismo
 Para que las bacterias lleven a cabo sus funciones vitales necesitan
de una fuente de energía: ATP
 Metabolismo: anabolismo y catabolismo

60. Elementos
dentro de
una bacteria
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

61. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

62. Fuentes de
energía
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

63. Imagen
tomada
de
Brock
Biology
of
microorganisms,
Madigan
et
al.,
13th
ed.,
2012

64. ATP
 La molécula de ATP es
moneda energética en el
organismo
 Las células heterotróficas
obtienen energía libre en
forma química a partir de
catabolismo de nutrientes
Imagen tomada de Lehninger Principles of biochemistry
4th edition, Nelson y Cox, 2005

65. ATP
 Esa energía es utilizada para
la formación de ATP desde
ADP + Pi
 Luego el ATP dona su grupo
fosfato a procesos
endergónicos tales como la
formación de
macromoléculas y transporte
activo
Imagen tomada de Lehninger Principles of biochemistry
4th edition, Nelson y Cox, 2005

66. Ciclo delATP

67. Proceso
obtención de
ATP

68. Crecimiento y división
celular en bacterias

69. Crecimiento
bacteriano
 En microbiología, crecimiento hace referencia al incremento de
unidades celulares, es decir división celular
 Las bacterias tienen una vida limitada y para mantener la especie
es necesario incrementar el número

70. Ciclo de vida
bacteriano
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

71. Ciclo de vida
bacteriano
Imagen tomada de Microbiology: Principles and
Explorations, Black JG, 8th Edition, 2012.

72. Ciclo de vida
bacteriano
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

73. Replicación del
ADN
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

74. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

75. Replicación del
ADN https://www.youtube.com/watch?v=TNKWgcFPHqw

76. Curva de
crecimiento
bacteriano
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

77. Curva de
crecimiento
bacteriano
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

78. Transcripción y
traducción
 Un evento fundamental para las bacterias es procesar su
información genética
 Acá se dan procesos por el cual la información “va” desde el ADN
hasta las proteínas
 Transcripción y traducción

79. Dogma central
de la biología
molecular
Imagen tomada de Biology, Raven y
Johnson, 6th Ed. 2002

80. Genes en
bacterias
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

81. Imagen
tomada
de
Brock
Biology
of
microorganisms,
Madigan
et
al.,
13th
ed.,
2012

82. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

83. Mecanismos de
variabilidad genética en
bacterias

84. Genomas
bacterianos
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

85. Plásmidos
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

86. Transferencia
genética
 La transferencia de genes es un proceso fundamental para pasar
información genética entre individuos
 Aplicaciones en estudios evolutivos pero también aplicaciones
biotecnológicas

87. Transferencia
genética
 Existen tres mecanismos de intercambio de material e
información genética en organismos procariotas:
1. Transformación
2. Transducción
3. Conjugación

88. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

89. Transformación
 Es un proceso por el cual se transfiere material genético libre
 Este material es tomado por una célula recipiente y genera un
cambio a nivel genético
 Muchas bacterias y algunas arqueas tienen la capacidad de
transformarse

90. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

91. Transformación
 Células competentes: aquellas que son capaces de tomar el ADN y
transformarse
 La competencia es un proceso altamente regulado
 Existe una serie de proteínas involucradas en este proceso

92. Transformación
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

93. Transducción
 En este proceso, la transferencia del material genético se da por
medio de un bacteriófago
 Hay dos tipos de transducción genético: generalizada y
especializada
 No todos los bacteriófagos pueden transducir y no todas las
bacterias son transducibles

94. Transducción
generalizada
 Fue descubierta en Salmonella enterica y el bacteriófago P22
 En este tipo de transducción, “cualquier” gen puede ser
transducido

95. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

96. Transducción
especializada
 Es un mecanismo más específico
 Transfiere un pequeño segmento de ADN
 Se describió en bacteriófago Lambda → ciclo lisogénico

97. Transducción
especializada
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

98. Conjugación
 Es el proceso de intercambio de material genético que involucra el
contacto entre células
 Involucra dos células, una donante y una receptora
 Es un mecanismo codificado por plásmidos

99. Conjugación
 Este mecanismo permite pasar una copia completa del plásmido al
la célula recipiente
 Además, ciertos elementos genéticos que no pueden ser
transferidos por medios propios pueden movilizarse vía
conjugación

100. Conjugación
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

101. Plásmido F
 Es un plásmido que se describió por primera vez en Escherichia coli
 Contiene 99159 pares de bases
 Tiene elementos que controlan la replicación, elementos de
transposición y funciones de transferencia

102. Plásmido F
Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

103. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

104. Formación de
cepas Hfr
 Los genes localizados en el cromosoma pueden ser transferidos
por medio del plásmido F
 El plásmido F es un episoma, un plásmido que puede integrarse en
el genoma
 Cepas con plásmido no integrado F+, cepas con plásmido F
integrado Hfr

105. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

106. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012

107. Complementación
 En todos los métodos anteriores, mientras no exista una
recombinación genética, es posible que los elementos transferidos
se pierdan
 Estado parcial de diploidía cromosómica en bacterias:
Merodiploides

108. Imagen tomada de Brock Biology of
microorganisms, Madigan et al., 13th ed., 2012