microbiologia ilse valderrama

Ilse Valderrama Heller, 2008

Aspectos generales en Microbiologia

clínicaEscuela de medicina: UMAR


• Ciencia que estudia los seres vivos que no se pueden ver a simple vista– mikros (pequeño)– bios (vida) – logos (ciencia)

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

etc.

Definición de microbiología


Tamaño pequeño: consecuencias biológicas

•Tamaño pequeño Tamaño pequeño intercambio más intercambio más eficiente, permite mayor eficiente, permite mayor velocidad metabólicavelocidad metabólica•La La relación S/Vrelación S/V es muy es muy altaalta•Mayor contacto directo Mayor contacto directo con el mediocon el medio (reciben de (reciben de modo inmediato las modo inmediato las influencias ambientales) influencias ambientales) •Gran tasa de entradaGran tasa de entrada de nutrientesde nutrientes•Altas tasas de Altas tasas de crecimientocrecimiento•Gran tasa de salida deGran tasa de salida de productos de desechoproductos de desecho


Ramas que estudia la microbiología: Ramas que estudia la microbiología: facilitar su estudiofacilitar su estudio

• Bacteriología – ( bacterias y arqueobacterias)

• Micología– Hongos (unicelulares y filamentosos)

• Virologìa ( parasito intracelular)– Virus, priones

• Parasitologìa– Protozoos (unicelulares)– Metazoos (pluricelulares)

• Helmintos (platelmintos y trematodos)


DIVERSIDAD MICROBIANA

TIPO CÉLULAR

PROCARIOTA EUCARIOTA

HONGOS PARASITOSBACTERIA ARQUEA

PROTOZOOS

METAZOOS

ACELULAR

VIRUS PRIONES


PROTOZOOS

BACTERIAS

HONGOS

VIRUS

Helmintos


TIPOSCELULARES

TIPOSCELULARES

PROCARIONTEPROCARIONTE EUCARIONTEEUCARIONTE

BacteriasArquea

BacteriasArquea

ProtistasHongosPlantas

Animales

ProtistasHongosPlantas

Animales


Cilios y flagelos(9+ 2)

Flagelos (s/9+2)Órganos de locomoción

PresenteAusenteSistema de Endomebranas

PresentesAusentesNucléolos

De celulosa (vegetales)

De mureínaPared celular

80S (60S + 40S)70S (50S + 30S)Ribosoma

en células vegetales

(con ribosomas 70S)

Cloroplasto

Presentes(con ribosomas

70S)

Ausente. Los procesos

bioquímicos equivalentes

tienen lugar en la membrana

citoplasmática

Mitocondria

Mitosis o MeiosisFisión binariaDivisión celular

MúltiplesÚnicoCromosomas

con histonasDesnudo y circularADN

PresenteAusenteMembrana nuclear

EucariontesProcariontesCaracterística


Clasificación Organismos VivosClasificación Organismos Vivos• La Teoría de la Evolución y la Teoría Celular nos proveen las

bases para comprender la interrelación entre los seres vivos

• Sistema de Clasificación Jerárquica de Whittaker (1969) distribuyendo a los seres vivos en cinco reinos:

• Moneras

• Protistas

• Hongos

• Plantas

• Animales


Clasificación Clasificación Organismos VivosOrganismos Vivos

• Carl Woese (1980) construye un árbol filogenético a partir de los estudios del ARNr (ácido ribonucléico ribosómico)– Se basa en el estudio

de las diferencias en las secuencias de ARNr comunes a todos los seres vivos

• De este tronco común surgirían en la evolución tres modelos de células y una clasificación en 3 dominios:– Bacteria– Archae– Eucarya

Analizó las

secuencia del

rRNA 16S,

descubriendo un

dominio entero

de vida, las

Archeas y sus

resultados

condujeron a una

clasificación en

tres dominios


Clasificación Clasificación Organismos VivosOrganismos VivosEn 1980 se vio la necesidad de modificar la clasificación de los 5 reinos agregando un sexto que corresponde a las Arqueobacterias


Los tres grandes dominios de la vida


• Árbol filogenético Universal establecido por Carl Woese y su discípulo Gary Olsen que muestra los tres Dominios

• El termino "dominio" refiere a un nuevo taxón filogenético que incluye tres líneas primarias:– Archaea, Bacteria y Eucarya; y en línea descendente siguen seis

Reinos: I-Moneras, II-Arqueobacterias (obviamente separadas de Moneras), III-Protistas, IV-Hongos, V-Plantas, VI-Animales.


La gran profundidad evolutiva de los microorganismos


ARBOL FILOGENETICO UNIVERSAL


Bacteria Archaea EucaryaPeptidoglicano Sí No No

Lípidos Enl. ester Enl. eter Enl. ester

Ribosomas 70S 70S 80S

tRNA iniciador Formilme-tionina

Metionina Metionina

I ntrones en tRNA No Sí Sí

RNA polimerasa Una(4 subun)

Varias(8-12 subun)

Tres(12-14 subun)

Ribosoma sensible a:Toxina diftérica No Sensible Sensible

CloranfenicolKanamicinaEstreptomicina

Sensible No No

Características diferenciales entre Bacteria, Archaea y Eukarya


Diferencia entre la estructura celular de Bacteria, Archaea y Eucarya

Eter, ramificados

Ester unido a glicerol

Ester unidos a glicerol

Lípidos de membrana

SISINO

(hopanoides)

Esteroles en membrana

NONOSIPeptidoglicano en la pared

70S80S70STamaño ribosoma

NOSINOOrganelos

NOSINOMembrana nuclear

ArchaeaEucaryaBacteriaPropiedad


Estructura y Estructura y fisiología fisiología

BacterianaBacteriana


Estructura y función celular:

PROCARIOTA

BACTERIA ARQUEA

http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/NRPoctopusspr.jpg

http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/NRPobsidianpool.jpg


TAXONOMÍA

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 – •La Nomenclatura – •La Identificación


TAXONOMIA MICROBIANA

CLASIFICACION NOMENCLATURA IDENTIFICACIÓN

Es rotular o nombrar unidades definidas por clasificación

Características importantes de un microorganismo

REINO

DIVISIÓN

CLASE

ORDEN

FAMILIA

GENERO

ESPECIE

GENOTIPICAS

FENOTIPICASSISTEMA BINOMIAL

Escherichia coli


Clasificación POLIFÁSICA

Fenotípicos: - clásicos (morfología, nutrición, etc) - marcadores quimiotaxonómicos- perfil de proteínas totales y enzimas

Filogenéticos: basados en el gen del ARNr 16S

Genotípicos: clásicos: % G+C hibridación DNA-DNA

nuevos: fingerprinting (ej. perfiles moleculares por restricción o amplificación de ADN)

Es la tendencia moderna. Consenso en la integración de distintos tipos de caracteres:


Dominio Phylum Clase Orden Familia Genero Especie

Bacteria Proteobacteria Gamma Proteobacteria Zymobacteria Enterobacteriales Enterobacteriaceae Escherichia Escherichia coliEscherichia coli


Treponema pallidum

Nombre binomial

T.pallidumespecie

Treponemagenero

SiprochaetaceaeFamilia

SpirochaetalesOrden

SchizomycetesClase

SpirochaetePhilo

BacteriaReino

Clasificación científica

Treponema pallidum


• Los agentes causales de enfermedades Los agentes causales de enfermedades infecciosas humanas pertenecen a :infecciosas humanas pertenecen a :

• BacteriasBacterias

• HongosHongos

• Parásitos : protozoos y metazoosParásitos : protozoos y metazoos

• virusvirus


Clasificación de las Bacterias de importancia medica


Las bacterias

• son más grandes y complejas que los virus (0.1 a 5 ó más µm de longitud).

• DNA y RNA, pero sin núcleo. • Corresponde al dominio

bacteria• algunos requieren célula

huésped y son por lo tanto parásitos intracelulares estrictos (p.ej. Chlamydia, rickettsias, etc.).

• Aunque incluyen muchos tipos fisiológicos distintos, y por lo tanto pueden vivir en cualquier tipo de ambiente, evidentemente a nosotros nos interesan las que pueden colonizar el cuerpo humano.


TAMAÑO: célula eucariota versus célula procariota

• Por lo general, más pequeño que el de las células eucarióticas

• Pero existen bacterias– Gigantes (>0,5 mm) – Enanas (<0,1 micra) – Un tamaño “típico”: – 0,5 x 3 micras


Tamaño comparativo de bacterias, virus y ácidos nucleicos


Diversidad de procariotas: enfoque biomédico v/s virus


Estructura de la célula bacteriana• Membrana

citoplasmática• Pared celular• Citoplasma o masa

citoplasmática• Material nuclear• E. accesorios

• Cápsulas

• Flagelos

• Pili

• Esporas


Morfología bacteriana • ESFÉRICA O

ELIPSOIDAL : COCOS• Son más resistentes a los

cambios adversos del ambiente como la desecación.

• CILÍNDRICA: BACILOS• Pueden tomar más

fácilmente los nutrientes en solución diluída

• ESPIRAL: – ESPIRILOS O

ESPIROQUETA– Se propagan rápidamente


Bacilo único

Diplobacilos

Estreptobacilos

Cocobacilos

Vibrio

Espirilo

Espiroqueta

Forma estrellada

Forma cuadrada


Agrupamiento de las bacterias:a) cocos

Agrupamiento de las bacterias:b) bacilos

• Diplobacilos

• Estreptobacilos

• cocobacilos


ESTRUCTURA bacteriana• Las estructuras bacterianas las

podemos clasificar, por razones didácticas, en estructuras constantes o accesorias.

• Las estructuras constantes son las estructuras esenciales para la vida de la bacteria e incluyen – el citoplasma – Cromosoma

bacteriano– la membrana celular y

la pared celular.•

• Las estructuras accesorias: están presentes sólo en algunas de ellas y aunque no son indispensables para la vida, otorgan extraordinarias ventajas adaptativas a las bacterias que las poseen.– cápsula, flagelos , esporas ,

fimbrias, etc.


Citoplasma• Actividad química y biosintética• Proteínas (enzimas, complejos

enzimáticos, estructurales)• Ribosomas (70S: 55 proteínas, rRNA

5S, 16S, 23S• mRNA, tRNA• Otras macromoléculas, solutos,

agua , nutrientes , etc• No tienen citoesqueleto.• Nucleoide bacteriano: ADN

– haploide, Circular, Único

• Material genético extracromosomal :– plasmidios


Inclusiones citoplasmáticas• Algunas bacterias tienen

estructuras internas• Varian en cantidad y

número• Difieren en sus contenidos

– gránulos de almacenamiento - polifosfato,azufre, polihidroxibutirato (PHBs), glucogeno

– vesículas de gas – flotación

– Carboxisomas, clorosomas.


• Gránulos de polihidroxibutirato (PHBs)

vesículas de gas

flotación


Ribosomas 80S v/s 70 S


ADN cromosomal: nucloide bacteriano

• Único

• Monocatenario

• ADN

• Sin histonas

• Funciones celulares

http://www.biblioteca.org.ar/Libros/hipertextos%20de%20biologia/14_1.jpg


Plasmidios• ADN extracromosomal

– Resistencia antibioticos

– Metales pesados, UV

• Síntesis de pigmentos


Membrana celular Composición química Funciones

Transporte de sustancias Barrera de permeabilidad En fotótrofas: Estructuras

intracitoplasmáticas(fotosintesis)

Respiración celular

Agentes reforzantes: esteroles

Archaea, membranas adaptadas a condiciones extremas - éteres de alcohol isoprenoide, algunas monocapas


PARED CELULAR• soporte físico de la célula • la estructura más externa

cuando no existe cápsula. • protección física a la

bacteria y también la protege del shock osmótico, dada la hipertonicidad celular.

• algunos de sus elementos participan en la interacción agente-hospedero, – facilitando la adherencia

a los tejidos– protegiendo la bacteria

de los mecanismos inespecíficos de defensas o induciendo una respuesta inflamatoria.

• El componente básico de la pared celular es el peptidoglicano o mureína.


Dos grupos de bacterias carecen de pared celular:

• Mycoplasma que poseen solamente membrana celular

• las formas L derivadas de bacterias que perdieron su habilidad de sintetizar su pared celular

• MET de Mycoplasma • Resistente a la

penicilina G


Paredes de las eubacterias

Esto le da al peptidoglicano su estructura de red, determinando su resistencia.La unión entre los tetrapéptidos de cadenas vecinas es inhibida por los antibióticos ß‑lactámicos. Existen diferencias en la composición y estructura de la pared celular entre las bacterias Gram (+) y Gram (-)


Gram + Gram-Bacteria


Estructura del Peptidoglicano


Ejemplos de entrecruzamientos en el peptidoglucano

Directo (muchas Gram-negativas)

Puente pentaglicina (algunas Gram positivas


PARED EN GRAM +• El péptidoglicano en varias

capas grosor (80 – 90%) • Atraviesan el peptidoglicano

polisacáridos ácidos, denominados ácidos teicoicos.

• Los ácidos teicoicos son de dos clases:

– poliglicerol fosfato y poliribitol fosfato.

• Los poliglicerol fosfatos están unidos a la membrana celular y se les denomina ácidos lipoteicoicos

• los poliribitol fosfato o ácidos teicoicos están unidos al peptidoglicano

Funciones:•Estabilización del peptidoglicán•Adhesión celular (“Adhesina”)•Le dan la carga negativa a la envoltura bacteriana


• La membrana externa contiene numerosas proteínas, siendo las porinas las más abundantes. El LPS constituye una endotoxina, que se libera cuando la bacteria se divide o muere.

• Se denominan así, porque forman poros que comunican el exterior con el espacio periplásmico.• Las porinas constituyen poros de difusión inespecíficos que permiten el paso de sustancias hidrofílicas

y no mayores de 700 daltons (aminoácidos o disacáridos).• Las porinas más conocidas en E. coli son OmpC y OmpF.

PARED EN GRAM -


PARED EN GRAM -

• El LPS es una molécula anfipática que contiene tres regiones diferentes: el lípido A, el core y el antígeno O.

• El lípido A, es un complejo de azúcares, fosfatos, ácidos grasos y forma una bicapa con los fosfolípidos de la membrana.

• Además, es el responsable de la toxicidad del LPS.• El core, es un oligosacárido de 4 a 5 azúcares, algunos

infrecuentes como las heptosas y un azúcar de 8 carbonos, denominado ceto-deoxioctanoico (KDO) . usualmente específico de especies

• El antígeno O, está formado por cadenas de 25 o más unidades de azúcares repetidas.


GRAM + GRAM -


Bacterias de importancia medica que no pueden ser observadas con la tinción Gram


Pared celular de Archaea• No contiene

peptidoglicano• Puede ser de

– pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+

– pseudomureina cubierta de proteina,tiñe G+

– monocapa superficial de proteina o glicoproteina, sin pseudomureina (alg halófilos, alg.metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G-

• Uniones tipo eter acidos grasos

• Existen Archaea sin pared


Algunas cepasAlgunas cepasProducciom exotoxina

Mas resistenteMas susceptibleAntibacteriana penicilina

ResistenteSensibleLisozima

Presente a vecesPresente a vecescapsula

-El algunas cepasEsporulacion

-Presente a menudoAcido teitoico

+-Endotoxina

+-Lipopolisacarido

DelgadaGruesaPared celular

+-Membrana externa

Gram -Gram +características


Síntesis de Peptidoglicano

•Bactoprenol (C55 alcohol isoprenoide) -- carrier lipídico que transporta el disacárido-pentapeptido del citoplasma al periplasma y lo inserta en la pared celular en crecimiento•La transpeptidación, es inhibida por penicilina


Transpeptidación

Inhibido por la penicilina G.


Componentes no esenciales

• Capsula

• Pili sexual

• Flagelo

• Fimbria

• Esporas

• Plasmidos


Cubiertas extracelulares• Glicocalix: Material externo a la pared celular – Cápsulas - Material en la superficie celular– Capas mucilaginosas - Material adherido, menos

fuertemente– Capa S: Subunidades proteicas o glicoproteicas. G+, G- y Archaea. Pueden constituir la pared

• Funciones– Protección contra defensas del huésped (fagocitosis)– Protección contra desecación– Protección contra virus, toxinas– Adhesión a superficies (células, objetos inanimados)

formación de biofilms.– Protegen de protozoos , de ataques por agentes

antimicrobianos,etc• La mayoría de las bacterias Gram (+) y Gram (-) sintetiza

una cubierta de naturaleza polisacárida que las rodea.• Los exopolisacáridos son sintetizados en la membrana

citoplasmática, atraviesan la pared celular y se establecen afuera.

• Se clasifican de acuerdo a la relación con la superficie exterior de la bacteria y a su grado de rigidez en cápsulas y glicocálix.


Cápsulas: exopolisacaridos Algunas bacterias segregan materiales mucosos: polisacáridos,

polipéptidos y complejos de polisacáridos y proteínas (glucocálix) Cápsula: cuando el material está dispuesto de un modo compacto

alrededor de la célula Capa mucosa: si el material es laxo, de modo que forma solo una

capa difusa.

Streptococcus Enterobacter aerogenes


Evasión de una bacteria patógena capsulada del sistema complemento


Fimbria, Pili, Flagelo• Fimbria - filamento proteico

corto, involucrado en funciones de adhesión a superficies.

• Pelo sexual - unión a célula receptora durante la conjugación.

• Flagelo - filamento proteico involucrado en la motilidad.


FIMBRIAS• también llamadas pili, son

microfibrillas parecidas a pelos, que rodean en número de 100-200 a algunas bacterias Gram (-).

• Miden 3-7 µm de diámetro, por lo que se observan sólo al microscopio electrónico.

• un proteína estructural llamada pilina, que se dispone en cilindros rígidos

• responsables de la adherencia específica de las bacterias a los tejidos del hospedero, explicando la especificidad de hospedero y de tejidos de las bacterias.


A) Monótrico B) Anfítrico

C) Lofótrico D) Perítrico

CLASIFICACIÓN POR POSICIÓN DEL FLAGELO


Endosporas• Resistencia al calor,

radiación, desecación.• principalmente por los

géneros Bacillus y Clostridium

• supervivencia en ambientes desfavorables

• DNA protegido por ácido dipicolínico y proteínas.

• Luego de la activación por stress, la disponibilidad de nutrientes dispara la germinación y el crecimiento

• La localización de la espora en la célula puede ser usada para la identificación


Características importantes de las esporas y sus implicaciones medicas.


Células Vegetativas-Endoesporas

ResistenteSensibleSensibilidad lisozima

elevadabajaResistencia: calor, radiación, compuestos

químicos

Bajo o ausenteelevadoMetabolismo

bajaelevadaActividad enzimática

5.5-67pH citoplasma

10-25%80-90%Contenido de agua

presentesausentesPequeñas proteínas solubles en ácido

presenteausenteAc. dipiconílico

altobajoContenido de Calcio

EndoesporaCélula vegetativaCaracterística


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