Universidad Arturo Prat

Departamento Ciencias del Mar Laboratorio de Microbiología

GENMOL-UADP

Rubén Moraga M, MSc.

WEB PAGE FOR DR. KAISER'S MICROBIOLOGY COURSE (BIOL 230) THE COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVILLE CAMPUS.Copyright ｩ 1995-2005 Gary E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006

Definición de microbiología

• Ciencia que estudia los seres vivos que no se pueden ver a simple vista (del griego micros: pequeño, bios: vida)

• Definición implica que su objeto de estudio está determinado por la metodología:–Microscopio–Técnicas de cultivo puro en laboratorio–etc

Célula bacteriana o

procariota (del griego “núcleo

primordial”)

Las bacterias se diferencian por su

morfologia (dimensión, forma y

caracteristicas tintoriales) y

caracteristicas metabólicas,

antigénicas y genéticas

Microorganismos

Microorganismos

Cocacea

da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. PfallerMicrobiologiaEDISES

Streptococcus pneumoniae Staphylococcus aureus

Neisseria gonorrhoeae

Neisseria meningitidis

Streptococcus pyogenes

Bacilo

da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. PfallerMicrobiologiaEDISES

Bacilo

EnterobacteriaceaeEnterobacteriaceae: Escherichia coli, Salmonella, Shigella, Yersinia pestis

Legionella pneumophilae

Haemophilus influenzae

Clostridium tetani, Clostridium botulinum e Clostridium perfrigens

Bacillus anthracis

Mycobacterium tuberculosis,

M. leprae, M. bovis e M. avium complex

bacilo aerobio, immovil de aspecto largo y

filamentoso

Espiraliforme

da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. PfallerMicrobiologiaEDISES

Vibrio cholerae

Leptospira

INFECTIONS:Causes leptospirosis. Transmitted by the urine and blood

of infected rodents, Leptospira usually enters via cuts or contact with

mucous membranes. It may eventually enter the lymphatics and blood

and be carried to the liver.

Spirochaetales

Treponema pallidum = sifilis

Papel de los microorganismos en las

enfermedades infecciosas

• Pasteur es llamado a Provenza para resolver una enfermedad del gusano de seda (pebrina)

• En 1869 identifica al protozoo Nosema bombycis como el responsable

• Davaine (1863-1868): la sangre de ganado afectado por carbunco contiene grandes cantidades de microorganismos

Papel de los microorganismos en las

enfermedades infecciosas

• Koch (1876): con su técnica de cultivo puro aísla y propaga experimentalmente por primera vez una bacteria patógena (la responsable del carbunco o ántrax)

• Primeras microfotografías de Bacillus anthtracis teñido con azul de metileno

• Confirma que esta bacteria presenta una fase resistente (endosporas)

• La enfermedad se puede reproducir experimentalmente al reinocular bacilos a animales de laboratorio

Bacteria Patógenam.o. capaz de

causar enfermedades en

circunstancias apropiadas

Postulados de Koch

•m.o. debe estar presente en todos los casos de una enfermedad infecciosa

•el m.o. debe ser aislado de muestras de pacientes enfermos

•la inoculación del aislado en animales sanos produce la enfermedad

•el m.o. debe ser recuperado de muestras obtenidas de animales infectados experimentalmente

La escuela de Koch aísla numerosos

agentes patógenos• Cólera (1883)• Difteria (1884)• Tétanos (1885)• Neumonía (1886)• Meningitis (1887)• Peste (1894)• Sífilis (1905)

Robert Koch

Características generales de la célula procariota

Características de las células eucariota y

procariota

• Genóforo (procariotas)– Un solo cromosoma– ADN c.d. C.C.C.

– No membrana nuclear– No histonas

• Nucleoplasma (eucariotas)– Varios cromosomas– ADN c.d. lineal,

terminado el telómeros– Existe membrana nuclear– Histonas unidas al ADN

(cromatina)

Diferencias entre procariotas y eucariotas

ProcarioProcariotata

EucariotEucariotaa

• Replicación material genético:– No mitosis

• Org. citoplasma: No orgánulos de

tipo eucarióticos No citoesqueleto Ribosomas 70S

• Replicación material genético:−mitosis

• Org. citoplasma: Orgánulos (RE,

mitocondrias, cloroplastos, Golgi)

Citoesqueleto Ribosomas 80S

• Membrana citoplasmática:– No contiene colesterol

• Reproducción: Asexuada

• Respiración:− Mediante la membrana

citoplasmática

• Membrana citoplasmática:– Contiene colesterol

• Reproducción: Sexuada

• Respiración:− Mediante la mitocondria

Composición química básica

• >95% de macromoléculas• La mitad de las macromoléculas son

proteínas• Proporción de ARN superior a eucariotas• En bacterias, macromoléculas exclusivas

que no existen en eucariotas:– Peptidoglucano– Lipopolisacárido (en Gram-negativas)

Citoplasma

• El 80% esta constituido por agua

• El citosol contiene ácidos nucleicos (DNA, RNA), enzimas, amminoacidos, carbohidratos, lípidos, iones orgánicos y numerosos compuestos proteicos que representan inclusiones citoplasmaticas

Aspecto del citoplasma de un bacilo

Mesosoma

Nucleoide

Gránulo de reserva

La mayor parte del citoplasma presenta aspecto granular, por los ribosomas

Sintesis proteica

Ribosoma, presente en

aproximadamente 15.000, esta

compuesto por dos subunidades formando un complejo 70S

Ribosoma, presente en

aproximadamente 15.000, esta

compuesto por dos subunidades formando un complejo 70S

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Colesterol ausente, sustituido por terpenoides con la función de estabilizar el compartimento

Colesterol ausente, sustituido por terpenoides con la función de estabilizar el compartimento

Membrana celular

Función de la Membrana Citoplasmática

MESOSOMA, porción de la membrana

citoplasmatica que se invagina, punto de

anclaje y duplicación del DNA

MESOSOMA, porción de la membrana

citoplasmatica que se invagina, punto de

anclaje y duplicación del DNA

Pared Celular

Membrana Celular

Citoplasma

La pared celular esta por fuera de la membrana celular, es rígida y protege a la célula de la lisis osmótica

La pared celular esta por fuera de la membrana celular, es rígida y protege a la célula de la lisis osmótica

Pared Celular

Pared Celular de los Procariotas • La célula procariota debe soportar una alta presión

interna, debido a la alta concentración de solutos

• La presencia de una pared celular les permite soportar esta presión, además es responsable de la forma y rigidez de la célula

• Mediante una tinción diferencial las bacterias se dividen en bacterias Gram positivas y en bacterias Gram negativas

• Existen diferencias estructurales que sustentan esta clasificación

• La pared celular de las Gram positivas esta formada fundamentalmente por un tipo de molécula y es mucho más ancha

• La pared celular de las Gram negativas esta compuesta por varias capas y es bastante compleja

Peptidoglucano: composición química

• Distintas cadenas de PG se unen entre sí por determinados enlaces peptídicos entre tetrapéptidos de cadenas diferentes

• Repeticiones (n=10-100) de una unidad disacarídica, unida a su vez a un tetrapéptido

Peptidoglucano: composición química

• La unidad disacarídica que se repite es:– N-acetilglucosamina (NAG)...– ...unida por enlace β(14) con...– ... N-acetilmurámico (NAM)

• Las distintas unidades disacarídicas se unen entre sí mediante enlaces β(1-4)– Este enlace puede ser roto por la lisozima

(producto de granulocitos,macrofagos y PMN)• La cadena tetrapeptídica sale desde el grupo –

COOH del lactilo de cada NAM y suele ser:– L-ala D-glu m-DAP D-ala

El PG de bacterias Gram-negativas

• Normalmente:– 1 o unas pocas capas de PG.– Las distintas cadenas se unen por enlaces

peptídicos directos entre el grupo ε-NH2 del m-DAP (3) de una cadena con el –COOH de la D-ala (4) de otra cadena

– Malla floja con grandes “poros”: 50% NAM carece de tetrapéptidos

• En espiroquetas, el diaminoácido en posición nº3 es la L-ornitina (en lugar de m-DAP)

Estructura global del PG de bacterias Gram-

positivas• Múltiples capas de PG (distintos niveles,

hasta 50 en especies de Bacillus)• Entrecruzamientos entre cadenas del mismo

nivel y entre un nivel y el inmediato superior o inferior

• La mayoría de NAM tienen tetrapéptidos• La mayoría de tetrapéptidos participan en

enlaces• Consecuencia: red tridimensional gruesa,

con poros pequeños, más compacta que Gram-

Relaciones estructura-función en el peptidoglucano

• Gran rigidez aguanta las fuerzas osmóticas del protoplasto (5-15 atm). Rigidez viene de:– El grado de entrecruzamiento– El enlace β(14) es muy compacto. La

alternancia de NAM y NAG uno de los polisacáridos más estables que existen

– La alternancia de aa en L y en D estabilidad adicional (cadenas laterales al mismo lado, ptes H)

• Al mismo tiempo, gran flexibilidad soporta variaciones de presión osmótica protoplasto

• Condiciona la forma celular

PEPTIDOGLICANO

Esencial para la estructura, forma, replicación y sobrevivencia.

En la infección interfierce con la fagocitosis, actua como

mitogeno para los linfocitos, posee actividad pirogena. Es

degradado por la lisozima presente en la lagrima y mucus

PEPTIDOGLICANO

Esencial para la estructura, forma, replicación y sobrevivencia.

En la infección interfierce con la fagocitosis, actua como

mitogeno para los linfocitos, posee actividad pirogena. Es

degradado por la lisozima presente en la lagrima y mucus

Las PBP son el blanco de las Penicilinas y de los antibióticos

-lactamicos

Las transpeptidasas y carboxipeptidasas catalizan las reacciones de transpeptidación

Las bacterias resistentes a la penicilina modifican la estrustucura de las PBP

Las transpeptidasas y carboxipeptidasas catalizan las reacciones de transpeptidación

Las bacterias resistentes a la penicilina modifican la estrustucura de las PBP

VancomicinaInteracciona con la D-alanina-D-alanina terminal de la cadena lateral y el penta-peptido interfiriendo con la formación del puente

Activa contra stafilococcus oxacillina-resistente y contra gram+ resistente a los beta lactamicos.

Inactivo contra gram-: molécula grande que no atraviesa la membrana externa de los gram-

Interacciona con la D-alanina-D-alanina terminal de la cadena lateral y el penta-peptido interfiriendo con la formación del puente

Activa contra stafilococcus oxacillina-resistente y contra gram+ resistente a los beta lactamicos.

Inactivo contra gram-: molécula grande que no atraviesa la membrana externa de los gram-

La pared celular de las bacterias Gram-

• Estructuralmente más compleja que Gram-positivas (ver micrografía electr.):– El delgado peptidoglucano está

inmerso en un compartimento llamado ...

– ... espacio periplásmico (lleno con el gel periplásmico), el cual a su vez limita con ...

– ... la membrana externa

PG

Espacio periplásmico

Membrana externa

PORINAS: proteínas que permiten el paso de moléculas pequeñas a través de la membrana - específicas e inespecíficas

PORINAS: proteínas que permiten el paso de moléculas pequeñas a través de la membrana - específicas e inespecíficas

ESPACIO PERIPLASMICO: área con enzimas hidroliticas para la digestión

enzimatica (proteasas, lipasas, fosfatasas) y de factores de virulencia (colagenasas, beta-lactamasas, hialuronidasa). Proteinas

de transporte

ESPACIO PERIPLASMICO: área con enzimas hidroliticas para la digestión

enzimatica (proteasas, lipasas, fosfatasas) y de factores de virulencia (colagenasas, beta-lactamasas, hialuronidasa). Proteinas

de transporte

MEMBRANA EXTERNA estructura bilaminar,

asimetrica

MEMBRANA EXTERNA estructura bilaminar,

asimetrica

LIPOPROTEINA DE BROWN: Se une en forma covalente al peptidoglicano y se ancla a la membrana externa

LIPOPROTEINA DE BROWN: Se une en forma covalente al peptidoglicano y se ancla a la membrana externa

La membrana externa de bacterias Gram-negativas

• Bicapa proteolípídica muy asimética:– En la lámina externa:

• 60% de proteínas• 40% de lipopolisacárido (exclusivo de

Gram-)

– En la lámina interna:• No hay lipopolisacárido• Existen

– Fosfolípidos– Lipoproteínas– Otras proteínas

Composición del lipopolisacárido (LPS)

• Región proximal:Lípido A (hidrófobo)

• Región intermedia: oligosacárido medular

• Región distal: cadena lateral específica, polisacarídica (hidrófila): Antígeno somático “O” de bacterias Gram-negativas

Glucosamina-ß(16)-glucosamina, con –OH en 1 sustituido con –P-etanolamina

A.G. saturados (C-14): beta-hidroximirístico

Núcleo internoNúcleo externoUnidad repetitiva de la cadena lateral

El lipopolisacárido

Papeles y funciones del LPS (1)

• Papel estructural: Carácter masivo lípido A– Menor fluidez de esta membran– Más resistente a detergentes y solventes

• Las cadenas laterales – menos permeable a moléculas hidrofóbicas (Ej.:

resisten mejor muchos antibióticos)– Antígeno somático “O” bacterias Gram-negativas– Condiciona virulencia en bacterias patógenas

• Se une a cationes Mg, Zn– Si añadimos agente quelante, como EDTA

desorganización de la membrana externa

Papeles y funciones del LPS (2)

• Región del lípido A: endotoxina– Papel positivo:

• El macrófago reconoce el LPS, y libera citoquinas activa el sistema inmune

– Papel negativo:• A veces, el sistema inmune se activa “en

exceso” por el LPS, dando síntomas patológicos

– Inducción de fiebre (pirogenicidad)– Hipotensión, a veces con fallo cardiaco– Actividad necrótica en tejidos

Proteínas de la membrana externa

• Porinas: forman trímeros, con canales interiores que atraviesan la membrana externa– Solo dejan pasar moléculas por debajo de

cierto tamaño (<500-700 Da)– En enterobacterias: protección frente a sales

biliares

• Canales específicos:– Para vitamina B12– Para quelatos de F– Para ciertos nutrientes

Papeles y funciones de la membrana externa (2)

• Condiciona propiedades de superficie:– Grado de humedad– Adhesividad– Carga eléctrica

• Lugar donde se fijan las proteínas del sistema defensivo Complemento del hospedador

• Lugares de adsorción de ciertos fagos

El espacio periplásmico (periplasma)

• Compartimento acuoso, relleno del gel periplásmico:– RNasas y fosfatasas– Proteínas de transporte de ciertos

nutrientes– Proteínas de unión a señales químicas– En desnitrificantes y quimiolitoautotrofas:

proteínas de transporte de electrones

• Función de osmorregulación

• El PG de Gram-positivas está inmerso en una matriz aniónica (hasta 50%) de:– Ácidos teicoicos: polímeros (n<30) de

ribitol-P o glicerol-P, con –OH sustituidos por –H, azúcares, aminoazúcares o D-ala

– Ácidos teicurónicos (en ausencia de P): copolímeros de urónicos y aminoazúcares

– Ácidos lipoteicoicos: glicerol-teicoicos unidos a la membr. citopl. Sus extremos quedan expuestos hacia el exterior

La matriz de la pared celular de las Gram-

positivas

Ácidos teicoicos

• Polisacárido unido a la pared celular, el termino incluye a toda la pared, membrana o polímeros capsulares que contienen glicerolfosfato o residuos de fosfato de ribitol

Polimero de ribosa, son antigenos de superficie, caracterizan y serotipifican, promueven la adhesión (proteina M de S.

pyogenes ). El ác. teicoico es un factor de virulencia. Tiene una actividad endotoxica

Polimero de ribosa, son antigenos de superficie, caracterizan y serotipifican, promueven la adhesión (proteina M de S.

pyogenes ). El ác. teicoico es un factor de virulencia. Tiene una actividad endotoxica

Pared de las bacterias ácido-alcohol resistentes

(AAR)• Pared especial de ciertas Gram-

positivas: Nocardia, Mycobacterium• Resisten la decoloración con

clorhídrico-etanol ( ácido-alcohol resistentes)

• Esta propiedad deriva de:– Ácidos micólicos– Glucolípidos– Ceras

Papeles conferidos por la pared AAR

• Aspecto y consistencia cérea de las colonias en placas de Petri

• En líquidos crecen formando grumos• Gran impermeabilidad

– Resistencia a desecación– Resistencia a agentes antibacterianos

• Detergentes• Oxidantes• Ácidos y bases