MICROBIOLOGÍA
Químico Farmacéutico Biólogo Universidad Veracruzana Dr. Enrique Bonilla Zavaleta Febrero 2016
Taxonomía, nomenclatura y el Bergey’s Manual La Taxonomía es la ciencia de la clasificación y está constituida por 2 subdisciplinas principales, la identificación y la nomenclatura. La taxonomía bacteriana se ha basado en análisis fenotípicos para la clasificación. La clasificación y el concepto de especie. En microbiología la unidad taxonómica es la especie especie: colección de cepas similares que difieren lo suficiente de otros grupos de cepas para asegurar su reconocimiento como unidad taxonómica básica.
Los grupos de especies se reúnen en géneros géneros:: colección de especies distintas que comparten las propiedades principales que definen dicho género, pero difieren entre si por la presencia o ausencia de otros caracteres normalmente menos significativos.
Los géneros se agrupan en familias familias, las familias en ordenes, los ordenes en divisiones ordenes divisiones, hasta alcanzar el nivel taxonómico más alto que es el dominio dominio.
Bergey’s Manual y The Prokaryotes. El Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology es un compendio de información clásica y molecular sobre todas las especies reconocidas de procariotas y contiene muchas claves dicotómicas que son útiles para la identificación. Clave dicotómica: herramienta que permite identificar a los organismos Se basa en definiciones de los caracteres morfológicos, macroscópicos o microscópicos
Nomenclatura científica (Binomial): Género La inicial siempre en mayúscula
especie la inicial siempre en minúscula
Completo
Escherichia
coli
Escherichia coli
Bacillus
subtilis
Bacillus subtilis
Bacillus
cereus
Bacillus cereus
Candida
albicans
Candida albicans
Candida
utilis
Candida utilis
Streptomyces
griseus
Streptomyces griseus
Paramecium
caudatum
Paramecium caudatum
La primera parte indica Género, y se escribe la inicial con mayúscula. La segunda parte indica la especie y toda se escribe en minúscula. El nombre completo lleva ambos elementos “Género especie”.
Si al escribir el nombre de un microorganismo se hace de la siguiente forma: Escherichia sp, Bacillus sp, Candida sp, se indica que es una especie no identificada de ese género y que toda la cepa pertenece a esa misma especie. En esta situación se habla de un cultivo puro.
Cuando el nombre aparece como Bacillus spp, indica que son varias especies del género Bacillus. Aquí se presentan dos opciones. Una es que se habla de un cultivo mixto, en donde hay varias especies del mismo género.
La otra opción se refiere al conjunto de especies de ese género, sin que estén en el mismo lugar físico.
Si se usa computadora se pone en cursiva, en máquina de escribir se subraya al igual si se escribiera en manuscrita. Computadora
Máquina de escribir
Manuscrita
Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus
El uso de abreviaturas debe hacerse con mucho cuidado y contextualizando al microorganismo, ya que puede causar confusiones como: E. coli (bacteria) Escherichia coli
E. coli (protozoario) Entamoeba coli
Hay nombres científicos que utilizan más palabras para denominar a un microorganismo. En esos casos se debe poner el nombre tal como se ha indicado y se añade una tercera palabra que indica la variedad, esta palabra se escribe con la inicial en mayúscula. Hay autores que prefieren escribir la abreviatura de variedad (var.) o en inglés subspecies (ssp) Salmonella enterica Typhi
Salmonella enterica var. typhi
Lactobacillus casei Shirota
Lactobacillus casei var shirota
Campilobacter jejuni Jejuni
Campilobacter jejuni var jejuni
Y hay autores que para reducir el número de palabras escriben el Género como se establece, omiten la especie y en mayúsculas la variedad. Salmonella Typhi Lactobacillus Shirota Campilobacter Jejuni
MORFOLOGÍA Y ESTRUCTURA BACTERIANA La observación microscópica de las bacterias revelan:
Tamaño, Morfología y Tipos de agrupaciones Características que son de ayuda para la identificación
MORFOLOGÍA Tamaño: 0.2 a 3-4 µm de diámetro. Micoplasmas (pequeñas)
Forma: Cocos Bacilos Espirales Filamentosas Pleomórficas
Tamaño pequeño →intercambio más eficiente, permite mayor velocidad metabólica
Cocos 1 plano: 2 cocos juntos: Diplococos 4-20 cocos juntos: Estreptococos
2 planos: Micrococos 3 planos: Sarcina Varios planos: Estafilococos
Bacilos Parejas: Diplobacilos Cadenas: Estreptobacilos Bacillus sp.
Empalizada: Corynebacterium sp.
Bacilos curvados: Vibrio sp.
BACILOS
Espirales Espirilos: Rígida: Brachispira sp.
Espiroquetas: Flexible: Leptospira sp.
Filamentosas • Actinomyces sp.
AGRUPACIONES
Morfología bacteriana
Ultraestructuras bacterianas La estructura bacteriana está involucrada en su interacción con el hospedero, siendo responsables de su patogenicidad. Participan en la adherencia a los tejidos del hospedero, En la evasión de la respuesta inmune Induciendo una respuesta inflamatoria Los componentes de la estructura bacteriana constituyen el sitio blanco de antimicrobianos y vacunas.
Estructura bacteriana
ESTRUCTURA Estructuras permanentes Pared celular Membrana Citoplasmática (mesosomas) Citoplasma (ribosomas, inclusiones, ADN)
Estructuras variables Flagelos Fimbrias o pili Exopolisacáridos (Cápsula y glicocalix) Espora
ESTRUCTURAS PERMANENTES
Pared Celular Protección física. Prevención de lisis osmótica. Ausente en Micoplasmas. 10 – 40% peso bacteriano. Capa gruesa en gram positivas, en gram negativas es mucho más delgada. Constituido principalmente por peptidoglicano o mureína. Superficie externa cubierta de proteínas Lugar de acción antibióticos β-lactámicos.
Composición Pared Celular • Peptidoglicano (mureína)
2 azúcares: Nacetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM) (ß 1-4). Ac. Murámico: L-Alanina, D-Alanina, D-Glutámico, Lisina ( o ácido diaminopimélico)
Diferencias entre Gram (+s) y ((-s) Gram (+) Varias capas de peptidoglicano Acidos teicoicos, carga (-): Poliglicerol fosfato: Acidos lipoteicoicos (MC) Poliribitol fosfato: Acidos teicoicos (P)
Funciones tipo adhesinas. Retienen colorante Gram (Cristal Violeta)
Gram (-) Una sola capa de peptidoglicano. No se tiñen con Cristal violeta, si no con fucsina básica. En acido-alcohol resistentes, NAM es sustituido por Nglicosil muramico. Acidos micolicos
ESTRUCTURA PARED BACTERIAS GRAM POSITIVAS Ácidos teicoicos Proteinas Ácidos lipoteicoicos
Peptidoglicano
Membrana citoplásmica
Pared de Gram positivos
El componente básico de la pared celular es el peptidoglicano o mureína.
ESTRUCTURA PARED BACTERIAS GRAM NEGATIVAS Medio externo Ag O
Membrana
Core
Lípido A
externa Porinas
Lipopolisacárido LPS
Proteinas Lipoproteinas Peptidoglicano Membrana citoplásmica
Espacio periplásmico CITOPLASMA
Pared de Gram negativos
Lipopolisacárido (LPS)
Endotoxina
Citoplasma Gel de alta presión osmótica. Aspecto finamente granular Rico en ribosomas e inclusiones de material nutritivo. Incluye al Nucleoide y Material genético extracromosómico: plásmido (intercambio de material genético entre bacterias)
Nucleoide: Cromosoma único Carece de membrana ADN doble hebra circular superenrrollado, se fija al mesosoma en la etapa previa de división celular.
Ribosomas Constituyen el 25% - 30% del peso de la bacteria Contienen los componentes necesarios para la síntesis proteica Compuestos de ARN y proteínas Punto de impacto de ciertos antibióticos Ribosoma 70S (2 subunidades 30S y 50S): Procariotas Ribosoma 80S (2 subunidades 40S y 60S): Eucariotas
Nucleoide Región del citoplasma donde se encuentra condensado el ADN bacteriano El ADN sigue el modelo clásico de Watson y Crick: dos hebras antiparalelas en doble hélice de 2 nm de diámetro, paso de rosca de 3.4 nm y 10 pares de nucleótidos por cada vuelta de la espiral. » Bases Púricas (Adenina y Guanina) » Bases Pirimídicas (Timina y Citosina) » Acido Fosfórico » Pentosas Las bacterias son organismos haploides poseen un solo juego de cromosomas.
Mesosoma Estructuras membranosas intracitoplásmicas presentes en la mayor parte de las bacterias Sitio de anclaje del cromosoma bacteriano y también de algunos plásmidos Zonas de secreción de ciertas exoenzimas (p. ej., penicilinasas en Bacillus). Posee enzimas necesarias para la respiración aeróbica Posee los pigmentos y enzimas necesarios para realizar fotosíntesis Posee enzimas para fijar el nitrógeno atmosférico, nitratos y nitritos
Membrana citoplasmática Constituida por una bicapa fosfolipídica y proteínas. El ácido graso hidrofóbico se orienta hacia el interior y el glicerol hidrofílico hacia el exterior. Carece de esteroles. Contiene las proteínas y otros componentes de la respiración celular y fosforilación oxidativa.
…membrana celular Permeabilidad selectiva Lugar de síntesis de enzimas y proteínas. Da lugar a los mesosomas, al plegarse hacia el interior. Mesosomas: sitio de anclaje del cromosoide bacteriano a la MC, participando en la separación postreplicación.
ESTRUCTURAS VARIABLES Flagelos Apéndices filamentosos helicoidales. Movilidad bacteriana. Presentes solo en bacilos. Formado por: cuerpo basal, un gancho y un filamento externo (flagelina). Buenos inmunógenos. Antígenos flagelares se denominan antígenos “H”.
… flagelos Disposición: Monótrica, Lofótrica, Anfítrica y Perítrica Rotación: Rotación de anillos en el cuerpo basal. Rotación antihoraria, movimiento hacia adelante:corridas. Rotación horaria, cese del movimiento hacia adelante: vueltas Corridas/ Vueltas controladas por quimioatrayentes y repelentes
Las bacterias móviles tienen una ventaja adaptativa a su ambiente, porque regulan su desplazamiento, mediante taxias frente a diversas sustancias nutritivas y repelentes.
Las taxias (movimiento ó desplazamiento direccionado), de acuerdo al factor determinante se clasifican en: Quimiotaxia, cuando reaccionan a estímulos químicos y se dirigen al lugar (o al extremo opuesto) donde se encuentra la sustancia. Las bacterias con esta taxia poseen quimiorreceptores sensibles a la sustancia que la origina. Aerotaxia, cuando se dirigen al lugar con la concentración de oxígeno adecuada a su metabolismo. Fototaxia, se presenta en las bacterias autotróficas que dependen de la luz para la obtención de energía Magnetotaxia, es la capacidad de muchas bacterias de orientarse en un campo magnético, las bacterias con esta propiedad contienen hierro en la forma de óxido de hierro ferromagnético o magnetita.
Pseudópodos Prolongación del citoplasma de algunos organismos unicelulares. Funciones: a) Locomoción y b)Alimentación.
Fimbrias o pili Microfibrillas parecidas a pelos que rodean a algunas Gram (-). Constituidas por el ensamblaje de una proteína estructural “pilina”. Posee propiedades de adhesina. Fimbrias tipo 1, que se adhieren a residuos de manosa.
… Pili sexual Son más largos. 2 – 3 por célula. Se comportan como adhesinas. Intercambio genético entre bacterias CONJUGACION
Exopolisacáridos Cubierta de naturaleza polisacárida que rodea una bacteria. Sintetizados en MC., atraviesan PC y se establecen afuera. Se clasifican en: Cápsula. Glicocalix.
Cápsula Un gran número de bacterias sintetizan grandes cantidades de polímeros o macromoléculas (polisacáridos y glicoproteínas) extracelulares al crecer en ambientes naturales. Cuando los polímeros forman un condensado, se organiza una capa bien definida que rodea estrechamente a la célula bacteriana. Recibe el nombre de Cápsula Función: Protección de la bacteria frente a agentes externos: desecación, bacteriófagos, metales tóxicos, etc.
Cápsula Sustancia mucosa o viscosa. Unión firme a las bacterias Rígidas Protegen a las bacterias de la fagocitosis. Factor de virulencia. Poseen los antígenos capsulares “k”. Debido a estructura fibrilar hidratada, no se tiñen con tinciones habituales. Tinción negativa o Tinta china.
Glicocalix o capa mucosa Es un material extracelular que se deforma con facilidad, que no tiene límites definidos y que se une de forma laxa a la bacteria. El glicocalix puede ayudar a proteger a las bacterias contra los fagocitos. También ayuda a la formación de biopelículas, como por ejemplo, las capas que se forman sobre superficies inertes tales como dientes. Además, el glicocalix tiene la propiedad de fijar agua, evitando que la célula se reseque.
1.- Cápsula 2.- Capa mucosa (Glicocalix) 3.- Biopelícula
a) Asociación débil b) Adhesión c) Invasión
Espora La espora es una célula en reposo, criptobiótica, altamente resistentes a condiciones ambientales desfavorables como calor, desecación y radiación ultravioleta, permaneciendo viables en el ambiente por cientos de años. Criptobiosis: vivir indefinidamente hasta que las condiciones sean habitables de nuevo. (suspensión de procesos metabólicos). Tipos: anhidrobiosis, anoxibiosis, criobiosis, osmobiosis.
Espora Dos géneros: Bacillus sp. y Clostridium sp. Se originan dentro de la célula vegetativa. Se libera por lisis celular. Se produce en condiciones adversas. Forma muy resistente (dipicolinato de calcio y deshidratación).
Morfología Apariencia birrefringente. No se tiñe con colorantes habituales (verde de malaquita y safranina)
Esférico u oval Diámetro: de 0.2 a 2.0 µ Deformante ( Clostridium ) No deformante ( Bacillus )
Esporulación Proceso de supervivencia en última instancia “la última carta que se juegan” las bacterias gram (+) cuando se enfrentan a condiciones severas de escasez de nutrientes Quimiotaxia Inducción de enzimas intracelulares y extracelulares ej: hidrolíticas Esporulacion
DIFERENCIAS CEL. VEGETATIVA VS. ENDOSPORAS Característica
Célula vegetativa
Endoespora
Contenido de Calcio
bajo
alto
Ac. dipicolínico
ausente
presente
Pequeñas proteínas solubles en ácido
ausentes
presentes
Contenido de agua
80-90%
10-25%
pH citoplasma
7
5.5-6
elevada
baja
Metabolismo
elevado
Bajo o ausente
Resistencia: calor, radiación, compuestos químicos
baja
elevada
Sensibilidad lisozima
Sensible
Resistente
Actividad enzimática
Taxonomía bacteriana convencional. Se miden varias características de diferentes cepas y estos rasgos se utilizan para agrupar los organismos. Características de valor taxonómico: Morfología, Tinción de Gram, Tipo de nutrición (fototrofía, fototrofía, quimioorganotrofía y quimiolitotrofía), quimiolitotrofía ), Estructura química de la pared celular, Presencia de inclusiones celulares, Acumulación de productos de reserva, Estructura química de la cápsula,
Pigmentos, Requerimientos nutritivos, Capacidad para usar diferentes compuestos de C, N y S Productos de fermentación, Requerimientos y las tolerancias de gases, de temperatura y de pH, Sensibilidad a los antibióticos, Patogenicidad, Relaciones simbióticas, Características inmunológicas Hábitat.
