Guía de estudio: Bacterias y Virus 4°M – Colegio Blumenthal BACTERIAS, VIRUS, VIROIDES Y PRIONES
Los primeros organismos que habitaron la tierra fueron procariontes, organismos celulares que no presentan organelos como núcleo, cloroplastos y mitocondrias. Actualmente siguen siendo abundantes, una gota de agua de mar contiene cientos de miles de organismos procariontes y una cucharada de tierra contiene miles de millones. El cuerpo humanos promedio es el hogar de billones de procariontes, que viven en la piel, boca, estómago, intestinos. Los procariontes se clasifican de acuerdo a las siguientes características: forma, medios de locomoción, pigmentos, necesidad nutricional, apariencia de sus colonias y técnicas de tinción. Identificación de Bacterias por Tinción Gram
La tinción Gram es uno de los métodos más importantes de su tipo en el laboratorio bacteriológico. Desarrollada en 1884 por el bacteriólogo danés Christian Gram.
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Las bacterias pueden dividirse en dos grupos: Gram positivas y Gram negativas, la que se tiñen de forma distinta debido a diferencias en la estructura de sus paredes celulares. La pared celular contiene un material llamado peptidoglIcano, que es propio de las bacterias. Es una estructura fuerte que ha evolucionado para contrarrestar la gran presión osmótica que se genera en el citoplasma por el alto contenido de solutos. Por lo tanto, la función función de la pared celular es prevenir la lisis (ruptura) de la bacteria. Además, la pared celular es la responsable de la forma de la bacte ria. Las Gram positivas se tiñen de color púrpura (retienen la tinción violeta), mientras que las Gram negativas, de rosa (no la retienen).
a) Gram positivas: su pared celular contiene menos aminoácidos, son muy gruesas y contienen
sobre todo peptidiglucano.
b) Gram negativas : su pared celular comprenden una membrana externa adicional que se parece
a una membrana plasmática. En algunas ocasiones, esta membrana externa es tóxica para los mamíferos. El contenido graso es mucho más elevado.
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Las bacterias son muy pequeñas, con un diámetro de alrededor de 0,2 a 10 micras. Sin embargo, algunas especies de bacterias son de mayor tamaño. La más grande que se conoce ( Thiomargarita namibiensis) tiene un diámetro de hasta 700 micras, lo que hace posible verla a simple vista. Las paredes celulares que rodean a las bacterias le dan su forma característica. Las formas más comunes son esféricas o cocos, de bacilo o bastón y espirales o sacacorchos. Sobrevivencia y reproducción de procariontes
La abundancia de procariontes se debe en gran medida a las adaptaciones que permiten habitar y aprovechar una extensa gama de ambientes. Algunos procariontes son móviles
Muchas bacterias se fijan a una superficie o se encuentran pasivamente a la deriva en ambientes líquidos, pero algunas son móviles, para ello poseen flagelos, los que se pueden presentar individualmente en un extremo, de a pares o como un mechón, o disgregados por toda la superficie de la célula. La estructura de los flagelos procariontes es diferente a los de los eucariontes. En los flagelos bacterianos, una estructura distintiva con apariencia de rueda, incrustada en la membrana y en la pare d celular, hace posible la rotación del flagelo. Muchas bacterias forman películas en las superficies
La pared celular de ciertas especies de procariontes está cubierta de capas pegajosas de material viscoso protector compuestas de polisacáridos o proteínas, que protege a las células y las ayuda a fijarse a superficies, las especies que secretan este material viscoso, se reúnen en colonias, para formar comunidades llamadas biopelículas. Una biopelícula conocida es la placa dental, que forman las bacterias que viven en la boca. Esto les brinda protección contra numerosos ataques, entre ellos desinfectantes, antibióticos. Las biopelículas formadas por bacterias patógenas son difíciles de eliminar, muchas causantes de infecciones, como las caries, enfermedad en las encías, oídos.
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Guía de estudio: Bacterias y Virus 4°M – Colegio Blumenthal Los procariontes se reproducen mediante fisión binaria
La mayoría de los procariontes se reproducen de manera asexual por medio de la fisión binaria, una forma de división celular mucho más simple que la división celular mitótica. La fisión binaria produce copias genéticamente idénticas de la célula original. En condiciones ideales una bacteria se reproduce una vez cada 20 minutos, por lo que puede dar origen a miles de trillones de descendientes en un solo día. Recuerda que muchas mutaciones, que son la fuente de variabilidad genética, son productos de errores en la replicación del ADN durante la división celular. Por consiguiente la rápida y repetida división celular de los procariontes ofrece amplias oportunidades para el surgimiento de nuevas mutaciones, permitiendo que aquellas mutaciones favorables para la supervivencia se transmitan rápidamente. Aunque las procariontes se reproducen asexualmente y no involucran recombinación genética, algunas bacterias y arqueas intercambian material genético. En estas especies, el ADN se transfiere de un donador a un receptor durante un proceso que se llama conjugación. Las membranas celulares de dos procariontes se fusionan temporalmente para formar un puente citoplasmático a través del cual se transfiere el ADN. En las bacterias, las células donadoras utilizan unas extensiones especializadas, llamadas pelos sexuales, que se adhieren a la célula receptora para acercarla y facilitar la conjugación. La conjugación produce nuevas combinaciones genéticas que permiten que las bacterias resultantes sobrevivan en una gran variedad de condiciones. Es posible que el material genético se inter cambie incluso entre bacterias de diferentes especies. Una gran parte del ADN que se transfiere durante la conjugación bacteriana se encuentra dentro de una estructura llamado plásmido, que es una pequeña molécula circular de ADN que está separa del cromosoma bacteriano. Los plásmidos portan genes de resistencia a antibióticos. ¿Cómo afectan los procariontes a seres humanos y otras e species?
Desempeñan un papel crucial sobre la vida en la Tierra. Plantas y animales depende por completo de las procariontes: ayudan a obtener nutrimentos vitales y también contribuyen a descomponer y reciclar desperdicios y organismos muertos. Sin embargo, su efecto sobre seres humanos no siempre es benéfico. Algunas de las enfermedades más mortales para los seres vivos son causadas por algunos procariontes.
Procariontes y nutrición animal
La mayoría de los animales que comen hojas, no son capaces de digerir por si solos la celulosa, principal componente de paredes celulares de las plantas. Por ello estos animales dependen de ciertas bacterias que poseen la capacidad inusual de degradar la celulosa. Algunas de estas bacterias viven en los aparatos digestivos de los animales. Las procariontes son importantes para la nutrición humana, pues muchos alimentos como el queso, el yogur, se producen gracias a la acción de las bacterias. También en los intestinos humanos habitan bacterias que se alimentan de comida sin digerir y sintetizan algunas vitaminas como la K y B12, que luego absorbe el cuerpo humano.
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Guía de estudio: Bacterias y Virus 4°M – Colegio Blumenthal Captación del nitrógeno por procariontes
Los seres humanos no sobrevivirían sin plantas, y estas a su vez dependen por completo de las bacterias. En particular, las plantas son incapaces de captar el nitrógeno del depósito más abundante de ese elemento: la atmosfera. Sin embargo, las plantas necesitan nitrógeno para crecer. Para obtenerlo utilizan a las bacterias fijadoras de nitrógeno o nitrificantes, que viven tanto en el suelo como en los nódulos especializados, que son pequeños bultos redondos en las raíces de ciertas plantas (leguminosas: alfalfa, porotos, soja, lupino, trébol). Estas bacterias toman nitrógeno gaseoso del aire atrapado en el suelo y lo combinan con hidrogeno para producir ión amonio NH₄, un compuesto nitrogenado que las plantas pueden utilizar directamente. Los procariontes son recicladores de la naturaleza
La mayoría de ellos, obtienen energía al degradar complejas moléculas orgánicas provenientes de productos de desechos y cadáveres de plantas y animales. Al consumir y degradar los desperdicios, los procariontes evitan que se acumulen en el ambiente y también producto de esto se liberan al ambiente nutrimentos que son reutilizados por organismos vivos. Bacterias como amenaza para la salud de los seres humanos
Las bacterias patógenas sintetizan sustancias tóxicas que producen los síntomas de la enfermedad. Algunas toxinas de éstas atacan el sistema nervioso, como las toxinas de la bacteria Clostridium tetani , causante del tétanos, enfermedad en ocasiones mortal, cuyos síntomas incluyen doloras contracciones musculares involuntarias en todo el cuerpo, esta es una bacteria anaeróbica que sobrevive en forma de esporas hasta que se introduce en ambientes favorables libre de oxígeno. Las enfermedades bacterianas han tenido importantes repercusiones a lo largo de la humanidad, el ejemplo más dramático es la peste bubónica o peste negra, que causó la muerte de 100 millones de personas a mediados del siglo XIV. En muchas partes del mundo falleció una tercera parte de la población o más. La causante de esta enfermedad es una bacteria enormemente infecciosa que es diseminada por pulgas que se alimentan de ratas infectadas y luego se mudan a huéspedes humanos. Si bien la peste bubónica no ha resurgido como epidemia a gran escala, cada año se diagnostican en el mundo de 2000 a 3000 casos de pacientes con esta enfermedad. Algunas bacterias patógenas parecen surgir de improviso. La enfermedad de Lyme, era desconocida hasta 1975, enfermedad llamada así pues fue descrita por primera vez en la población del Old Lyme, Connecticut, es la bacteria en forma de espiral Borrelia burdogferi . El portador de la bacteria es la garrapata del venado que la transmite a los seres humanos a los que muerde. En un principio, los síntomas se parecen a los de la gripe: escalofríos, fiebre y dolor corporal. Si no se recibe tratamiento, semanas o meses después la víctima experimenta sarpullido, ataques de artritis y en algunos casos anormalidades cardiacas y del sistema nervioso. Quizás los organismos patógenos más frustrantes son aquellos que regresan mucho tiempo después de considerar que estaban bajo control. La tuberculosis, una enfermedad bacteriana que alguna vez se erradico casi por completo en los países desarrollados está resurgiendo en USA y en otras partes del mundo. Dos enfermedades bacterianas de transmisión sexual como la gonorrea y la sífilis, han alcanzado proporciones epidémicas alrededor del mundo, el cólera una enfermedad bacteriana que se transmite por medio del agua y que aparece cuando las aguas negras
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Guía de estudio: Bacterias y Virus 4°M – Colegio Blumenthal contaminan el agua potable está bajo control en los países desarrollados, pero sigue siendo un gran asesino en las partes más pobres del mundo. Algunas especies bacterianas comunes pueden ser dañinas
Algunas bacterias patógenas están tan e xtendidas y son tan comunes que quizás nunca sea posible librarse de sus efectos nocivos. Por ejemplo, diferentes formas de la abundante bacteria estreptococo producen diversas enfermedades. Un tipo de estreptococo provoca caries. Otro es el responsable de la neumonía al estimular una respuesta inmunitaria que obstruye los pulmones con fluidos. Otra forma de estreptococo se ha vuelto famosa y es conocida como la bacteria carnívora la cual penetra en la por lesiones de la piel y producen toxinas que destruyen la carne directamente o estimulan un ataque desaforado por parte del sistema inmunológico contra las propias células del cuerpo. Una extremidad puede quedar destruida en cuestión de horas y en algunos casos solo una amputación consigue detener la rápida destrucción de los tej idos. Una de las bacterias más comunes que habitan en el aparato digestivo humano es la Escherichia coli , que también es capaz de provocar daño. Diferentes poblaciones de E. coli pueden diferir genéticamente y algunas de tales diferencias tr ansforman esta especie benigna en patógena. ¿Qué son los virus y viroides?
Los virus son parásitos, los parásitos viven sobre otros organismos causándoles daño en el proceso, es por ello que los virus son parásitos de células vivas. Los virus carecen de membranas propias, de ribosomas con los cuales elaborar proteínas, de citoplasma y de fuente de energía. No se mueven ni crecen por sí solos y se reproducen únicamente en el interior de una célula huésped. Por su simplicidad es imposible considerar a los virus cómo células y de hecho, se sitúan fuera de la esfera de los seres vivos. Un virus consiste en una molécula de ADN o ARN envuelta en una cubierta proteínica, de allí que son considerados partículas virales o complejos supramoleculares. Una partícula viral es tan pequeña (0,05 a 0,2 micrómetros ( um: 1/1000 mm)) que para verla es necesario el enorme aumento del microscopio electrónico. Los virus constan de dos partes principales: 1. Una molécula de material hereditario ADN o ARN, de cadena simple o doble, la que puede ser lineal o circular; 2. Una capa de proteína que envuelve esa molécula, llamada cápside. El virus puede estar rodeado por una envoltura de membrana plasmática tomada de la célula huésped. La replicación viral inicia cuando un virus penetra en una célula huésped, después que el virus penetra, el material genético viral toma el control metabólico. La célula huésped secuestrada usa las instrucciones codificadas en los genes virales para producir los componentes de nuevos virus. Las piezas se ensamblan rápidamente y un ejército de nuevos virus brota dispuesto a invade y conquistar células vecinas.
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Guía de estudio: Bacterias y Virus 4°M – Colegio Blumenthal Cada tipo de virus se especializa en atacar células huésped específicas. Hasta donde se sabe ningún organismo es inmune a todos los virus, incluso las bacterias sucumben víctimas de invasores virales llamados bacteriófagos. Los bacteriófagos pronto se considerarán importantes para tratar enfermedades provocadas por bacterias, dado que muchas bacterias causantes de enfermedades se han vuelto cada vez más resistentes a los antibióticos. Los tratamientos basados en bacteriófagos también podrán tomar ventaja en la especificidad de los virus, al atacar sólo bacterias específicas y no a las muchas otras bacterias en el cuerpo que son inofensivas o benéficas. Distintos virus se especializan en atacar tipos particulares de células. Los virus que provocan el resfriado común, por ejemplo, atacan las membranas de las vías respiratorias y el virus de la rabia ataca a células nerviosas. Un tipo de virus del herpes se especializa en las membranas mucosas de la boca y los labios y produce fuegos labiales; mientras que un segundo tipo produce ulceras similares en o cerca de los genitales. Los virus del herpes se establecen de forma permanente en el cuerpo y brotan periódicamente (por lo general en momentos de estrés) como ulceras infecciosas. La devastadora enfermedad llamada sida, que inutiliza el sistema inmune del organismo, es causada por un virus que ataca un tipo específico de leucocitos que controlan la respuesta inmunitaria del cuerpo. Los virus también se vinculan con tipos de cánceres como la leucemia de células T (un cáncer de los leucocitos), el del hígado y el cervical (útero). Los virus se clasifican según diferentes criterios: 1. Según el tipo de ácido nucleico que contienen. Virus de ADN de cadena simple, virus de ADN de cadena doble. Virus de ARN de cadena simple, virus de ARN de cadena doble. Sin embargo sea cual fuese el m odelo viral, este contiene sólo un tipo de ácido nucleico. 2. En función del hospedador que infectan. Se reconocen virus que infectan bacterias – bacteriófagos o fagos -, virus que infectan vegetales y otros que infectan a animales. 3. Según el tipo de enfermedad que producen. 4. Según a la envoltura lipídica. a) Virus desnudos: no presentan envoltura. b) Virus con envoltura. Replicación de los Virus
Los virus se multiplican, utilizando su propio material genético, que consiste en ARN o ADN de cadena simple o doble - según el virus del que se trate-, el cual codifica para las proteínas virales y el material genético necesarios para crear nuevos virus. Las enzimas virales también pueden participar en la duplicación, pero el proceso en conjunto depende de la maquinaria celular.
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Guía de estudio: Bacterias y Virus 4°M – Colegio Blumenthal La replicación viral sigue una secuencia general: 1. Penetración. Los virus pueden ser englobados por la célula huésped (endocitosis). Algunos virus tienen proteínas superficiales que se unen a los receptores de la membrana plasmática de la célula huésped y estimulan la endocitosis. Otros virus están recubiertos por una envoltura capaz de fusionarse con la membrana del huésped. A continuación, el material genético viral se libera dentro del citoplasma. 2. Duplicación. El material genético viral se copia muchas veces. 3. Transcripción. El material genético viral se utiliza como plantilla para elaborar ARN mensajero. 4. Síntesis de proteínas. En el citoplasma del huésped, el ARNm viral se utiliza para sintetizar proteínas virales. 5. Ensamblado viral. El material genético y las enzimas virales quedan envueltos por su cubierta proteínica. 6. Liberación. Los virus emergen de la célula por gemación desde la membrana celular o por ruptura de la célula. Algunos agentes infecciosos son aún más simples que los virus
Los viroides son particulas infecciosas que carecen de recubrimiento proteínico y constan nada más de hebras cortas y circulares de ARN. A pesar de su simplicidad, los viroides son capaces de entrar en el núcleo de una células huesped y dirigir la síntesis de nuevos viroides. Muchas enferemedades de cultivo, entre ellas la del pepino pálido, las machas de las paltas y la enfermedad del tuberculo de la papa, son causada por viroides. Los priones son aún más enigmáticos que los viroides, en 1950 unos médicos que estudiaban a los Fore, una tribu primitiva de Nueva Guinea, quedaron desconcertados al observar numerosos casos de una enfermedad degenerativa mortal del Sistema nervioso, a la que los fore llamaban kuru. Los síntomas del kuru (perdida de coordinación, demencia y finalmene la juerte) eran similares a los de la exrtraña, auqneu más extendida enferemedad de Creutzfeldt_Jacob en los seres humanos y de la scrapie o tembladera y la encefalopatóia espongiforme bovina, enferemdades del ganado doméstico. Todas estas enferemdades hacen que el tejido cerebral se torne esponjosos, es decir lleno de huecos. Los medicos de nueva guinea averiguaron finalmente que el kuru se transmitía por la v´´ia de un ritual de canibalismo, los miembros de la tribu fore hornaban a sus muertos comiendo sus cerebros. Esta practica dejode llevarse a cabo desde entonces y el kuro desapareció casi en su totalidad. Es evidente que la causa del kuru era un agente infeccioso trasnmitido por tejido cerebral infectado, pero ¿cual era ese agente? En 1982, un neurologo (Prussiner) publico evidencia de que la scrapie y as otras enfermedades con padecimientos similares, era causada por un agente infeccioso compuesto unicamente por una proteína. Un prion es una proteína alterada (una proteína se pliega en forma erronea) que actúa provocando un cambio conformacional en proteínas normales, transformandolas en proteínas alteradas.
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