TEMA 2. Morfología y estructuras bacterianas. ALEJANDRO CERNUDA GARCÍA. 4º medicina. 2010-2011.


1- Introducción.

Los microorganismos, son seres vivos que solo para poder observarlo es necesario un microscopio.
La microbiología se encarga del estudio de los microorganismos.

2- Clasificación de los microorganismos.

Hay una clasificación que divide a los microorganismos en: celulares y acelulares.

- Organismos celulares: la propiedad básica de estos organismos es que presentan membrana plasmática. Todos estos organismos tienen metabolismo, es decir un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar dentro de la membrana plasmática con el propósito de obtener energía (reacciones catabólicas) y crear nuevos componentes de su estructura (reacciones anabólicas).
El material genético de los organismos celulares se caracteriza por: 1. presentar simultáneamente ADN yARN. 2. Por lo general, es un ADN de cadena doble y un ARN de cadena sencilla.
- Organismos acelulares: se aprovechan de las células para realizar sus funciones vitales. Es decir, son parásitos obligados ya que necesitan infectar células para sobrevivir, reproducirse... Su material genético, los organismo acelulares se caracterizan por: 1. presentar únicamente un solo tipo de ácido nucleico (ADN o ARN). 2. Ser ADN o ARN en cadena doble o sencilla (cualquiera de las 4 posibilidades).

3- Los organismos acelulares: LOS VIRUS.

El ácido nucleico (genoma) de los virus está encerrado en el interior de la càpsida, cuya función es únicamente proteger dicho genoma. En algunos casos por fuera de la cápsida hay una otra estructura fosfolipìdica denominada: envoltura lipoproteica. Gracias a esta envoltura podemos clasificar a los virus en:
- Virus envueltos: ácido nucleico + càpsida + envoltura lipoproteica.
- Virus desnudos: ácido nucleico + càpsida.
Además de los vértices de la càpsida salen una proteinas que el virus usa como método de reconocimiento celular (para reconocer a las células víctimas de su infección).

4- Los organismos celulares.

Dentro de ellos distinguimos entre:
- Células procariotas.
- Células eucariotas.

Células procariotas.
Células eucariotas.
evolucionan hacia lo simple..
evolucionan hacia lo complejo.
Multiplicación muy rápida. (minutos)
Multiplicación más lenta (min 12 horas)
No se adaptan bien a los cambios.
Gran capacidad de adaptación.
No intrones: duplicación del ADN más sencilla.
Si intrones: duplicación más lenta.
El ADN, forma una única molécula. NO realiza mitosis.
El ADN forma muchas moléculas: cromosomas. Si mitosis.
ADN esparcido en el citoplasma.
ADN en el núcleo celular.
Citoplasma no compartimentalizado, no se distinguen orgánulos.
Citoplasma está compartimentalizado, sí hay orgánulos.
Para la misma función, los componentes de la célula procariota son más pequeños (los ribosomas 70S son procariotas y los 80S son eucarioticos).
Ocurre los mismo con las ARN polimerasas (en eucariotas son 3 y están formadas por 14 polipèptidos, y en procariotas sólo hay una y està formada por 5 polipèptidos).

5- Las Bacterias.

El diámetro tipico de las bacterias es en torno a 1 micrómetro, aunque también las hay gigantescas.
Distinguimos 3 tipos según forma:
-Cocos.
Tienen una morfología esférica, por lo que disminuye su contacto con el ambiente. Se transmiten por vía aérea, produciendo afecciones respiratorias. Al tener menor superficie en contacto con el ambiente, tienen menos acceso a los alimentos y tienen dificultad para crecer al cultivarse. Se localizan en sitios con muchos nutrientes.
- Bacilos.
Tienen mayor superficie en contacto con el ambiente que los cocos. Incorporan fácilmente nutrientes por lo que pueden causar infecciones en lugares por poca cantidad de nutrientes (vías urinarias por ejemplo). Es raro que se transmitan por el aire, sino que prefieres los líquidos o los alimentos como vías de infección.
Casi todos los bacilos tienen flagelos, que les dotan de movilidad. Al tener mayor superficie en contacto con el ambiente son más sensibles a las adversidades del medio ambiente, y por esa razón muchos recurren a la porducción de esporas.
Las esporas se definen como: células desecadas, sin metabolismo que permiten sobrevivir a la célula en condiciones adversas. Son la forma de vida más resistente conocida.
- Espirilos.
Tienen forma de espiral. Esta forma les permite penetrar en medios muy densos. Son bacterias muy delgadas y muy sensibles al ambiente. Necesitan transmitirse ràpidamente de una persona a otra, para garantizar su supervivencia. Por esa razón, muchas ETS son producidas por espirilos.

6- Estructura general de las bacterias.

Todas las bacterias tienen una membrana que es una bicapa lipìdica similar a la de las células humanas. Sin embargo, son más flexibles porque carecen de colesterol. Por fuera de la membrana presentan una especie de cáscara rígida y dura, que las protege y que está formada por polisacáridos duros (celulosa). Esta cáscara se llama: PARED. Tiene dos funciones:
- dar forma a la célula.
- proteger del medio ambiente.
La presencia de pared hace que la membrana carezca de colesterol. Las bacterias también pueden tener flagelos. Otras bacterias en cambio, pueden tener pelos que tienen funciones importantes para la infección.
Otra estructura importante puede ser el glicocaliz, que es tìpico de todas las bacterias patógenas.
En el interior de las bacterias encontramos:
- Su citoplamas que se caracteriza porque:
1- no presenta orgánulos.
2- no tiene citoesqueleto (actina y miosina).
3- hay muchos ribosomas.
4- no aparato de Golgi.
5- material genético no separado del resto del citoesqueleto, normalmente una cadena de ADN doble circular.
6- Algunas bacterias pueden tener cadenas de ADN más pequeñas denomidas: plásmidos. Estos segmentos de ADN codifican estructuras que le dan ventajas en determinadas condiciones para la infección etc, pero nunca codificarán funciones esenciales para su supervivencia.

6.1 Glicocaliz.

Situado por fuera de la pared bacteriana, no la presenta todas las basterias y es un factor de virulencia importante. Constituido por dos tipos de sustancias:
-polisacáridos.
-proteinas.
El glicocaliz antagoniza al sistema inmune. Sus funciones son:
- inhibir la fagocitosis.
- enmascarar los componentes reconocidos por el sistema del complemento.
- permite adherirse a las distintas superficies, como a nuestras mucosas o a los catéteres.

6.2 Pared bacteriana.

Todas las bacterias la presentanexcepto el grupo de las mycoplasma, independientemente de las condiciones, por lo que le confiere a la bacteria unas propiedades vitales. Las funciones de la pared bacteriana son:
- Dar forma a la célula.
- Proteger a la célula frente al choque osmótico, las bacterias sueles sobrevivir en ambientes hipoosmóticos, por lo que el agua de fuera tiende a entrar hacia el citoplasma. Si entra demasiada agua en la célula esta se hncharía y explotaría. La pared bacteriana evita que la célula se hinche demasiado.

La pared bacteriana tendrá siempre un componente que es el peptidoglicano, una macromolécula formada por una parte peptídica y otra glucídica (N- acetilglucosamina y Ácido N- acetilmurámico).
Los polisacáridos se unen entre si por enlaces beta-1-4: NAM-NAG-NAM-NAG-NAM.... Esta cadena rodea totalmente a la bacteria, formando una especie de anillo a su alrededor. El NAM, tiene un grupo carboxilo libre que ejerce una gran atracción sobre los aminoácidos, que constituirán la parte peptídica que conforma el peptidoglicano. Al carecer las células humanas de pared este proceso es un buen lugar de actuación para los antibióticos.
Las bacterias Gram+, está compuesta por múltiples capasa de peptidoglicano, pudiendo alcanzar unas 20-30 capas. Para aumentar la cohesión entre las capas, existen unas moléculas especiales llamadas ácidos teitoicos, que se sitúan perpendicularmente a las distintas redes que cubren la bacteria. Por esta razón, la pared de estas bacterias es muy grande y porosa.
Las bacterias Gram-, tiene una única capa de peptidoglicano rodeándola. Dicha capa se complementa con una capa más externa denominada membrana externa que no gobierna los intercambios pero que tiene una composición semejante a la membrana plasmática. Esta membrana dificulta la entrada y salida de sustancias de la célula. Para ello, existen una especie de poros perpediculares a la membrana, comunicando la parte de dentro con la de fuera.

6.3 Flagelos.

Tiene forma de espiral. Se insertan tanto a la membrana celular como a la pared celular. Tienen su origen en el citoplasma ya que necesitan ATP para desarrollar el movimiento. Giran como una hélice, facilitando el movimiento de la bacteria. Las proteinas de los flagelos son antigénicas, Ag-H. Las bacterias se clasifican en tres grupos en función del flagelo:
- Monotricos: un único flagelo.
- Dofotricos: varios flagelos que salen de un mismo sitio y forman una especie de penacho.
- Peritricos: tienen muchos flagelos por su superficie.

6.4 Pelos.

Su codificación para su formación se encuentra en genes auxiliares, plásmidos. Hay dos tipos:

- comunes: son formaciones filiformes. Complejos proteicos. Rectos e inmóviles Su función es fijar las bacterias a la superficie, es decir, son anclas que la bacteria utiliza para anclarse a las superficies y no ser arrastradas por los fluidos.
- Sexuales: Iguales características que las anteriores pero con funciones diferentes. Actuan como puente conectando dos bacterias permietiendo transmitir ADN, en forma de plasmidos, de una bacteria a otra. Los pelos sexuales son la principal fuente de transmisión y variabilidad de las bacterias. Tienen mucha importancia en la propagación de resistencias a antibióticos.

6.5 Virus bacterianos.

Las bacterias tienen sus propios virus que se llaman: bacteriófagos. Tienen una morfología similar a la de los virus que forman parte de los organismo acelulares. Tienen morfología hexagonal y presentan una estructura que sobresale, que constituye la cola del virus (q los virus animales no la tienen) y que es imprescindible para infectar a las bacterias. Esta cola sirve para solventar la pared rígida y gruesa de las bacerias. Actúa como una jeringuilla que inocula el virus.

7. Esporas.

Las esporas, como se ha dicho antes, son células disecadas, sin metabolismo que permiten a la célula sobrevivir en condiciones adversas durante un tiempo ilimitado. Un ejemplo de este tipo, es el "Clostridium tetani". Para que las esporas se formen, es neceario que las condiciones del medio se vuelvan adversas. La bacteria comienza a desarrollar un tabique que divide el citoplasma de la célula en dos partes desiguales. Previamente la bacteria ha replicado su ADN, encerrándolo en ese espacio citoplasmático que ha reducido el tabique. Ese trozo pequeño de citoplasma que con la réplica de ADN en su interior, comienza a crear capas creando una enorme pared. Esa pared crece hacia dentro, de forma que no aumenta el grosor de ese bacilo. Al crecer esa pared, se presiona progresivamente al citoplasma, de forma que va perdiendo su contenido, quedándose seco. Como consecuencia de la salida de líquido intersticial, se detiene el metabolismo celular, de forma que esa célula queda invunerable al medio externo.
La espora aguanta este tipo de vida, hasta que las condiciones del medio vuelvan a ser adecuadas. En ese momento, la pared se rompe, se desprende de esas capas protectoras y la célula se vuelve a hidratar.
Las producen muy pocos géneros: Clostridium, Bacillus...
Podemos concluir que las esporas van a ser resistentes a condiciones extremas como:
-temperatura (>1000 ºC)
-pH extremo
-radiación UV
-desecación (falta de agua en su entorno)
-resistentes a antibióticos, antisépticos y desinfectantes...

8.Técnicas de observación.

1- Microscopio de campo oscuro: el objetivo recibe la luz dispersa o refractada por las estructuras de espécimen. Para lograrlo, este microscopio está equipado con un condensador especial que ilumina la muestra con luz fuerte indirecta. En consecuenca el campo visual se observa como un fonfo oscuro sobre el cual aparecen pequeñas partículas brillantes de la muestra que reflejan parte de la luz hacia el objetivo.
La imagen es una leptospira en campo oscuro.


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2- El microscopio de fluorescencia es una variación del microscopio de luz ultravioleta en el que los objetos son iluminados por rayos de una determinada longitud de onda. La imagen observada es el resultado de la radiación ultravioleta emitida por las moléculas que han absorbido la excitación primaria y reemitido una luz con mayor longitud de onda. Para dejar pasar sólo la emisión secundaria deseada, se deben colocar filtros apropiados debajo del condensador y encima del objetivo. Se usa para detectar sustancias con autofluorescencia (vitamina A) o sustancias marcadas con fluorocromos.

external image 6_bacteries300%281%29.jpg
3- Un microscopio electrónico es aquel que utiliza electrones en lugar de fotones o luz visible para formar imágenes de objetos diminutos. Los microscopios electrónicos permiten alcanzar una capacidad de aumento muy superior a los microscopios convencionales (hasta 2 aumentos comparados con los de los mejores microscopios òpticos) debido a que la longitud de onda de los electrones es mucho menor que la de los fotones "visibles". Puede ser:
-De transmisión (permite ver las estructuras internas)
-De barrido (visión en 3 dimensiones)

external image CIENCIA_bacterias.jpg external image celuliya1.png

TINCIONES:

La tinción de Gram o coloración de Gram es un tipo de tinción diferencial empleado en microbiologia para la visualización de bacterias, sobre todo en muestras clínicas. Debe su nombre al bacteriologo galés, C. Gram, que desarrolló la técnica en 1884. Se utiliza tanto para poder referirse a la morfología celular bacteriana como para poder realizar una primera aproximación a la diferenciación bacteriana, considerándose bacteria Gram+ a las bacterias que se visualizan de color moradas y Bacteria Gram - a las que se visualizan de color rosa o rojo.
Observación al microscopio:

external image 250px-Escherichia_coli_Gram.jpg Gram - , escherichia coli. external image 250px-Clostridium_perfringens.jpg Gram+ clostridium


Tinción Ziehl-Nielssen.
Las bacterias ácido-alcohol resistentes no pueden ser clasificados según la tinción de Gram, la cual es la técnica más común en la microbiología contemporánea, sin embargo puede ser teñido con algunas tinciones concentradas combinadas con calor.
La alta concentración de ácido micólico en la pared celular es la causante, como las bacterias del genero Mycobacterium, de la baja absorción y alta retención de la tinción (fucsina).La forma más común para poder identificar este tipo de bacterias es a través de la técnica de tinción Ziehl Nielssen, donde la bacteria queda teñida en rojo y se agrega una tinción de contraste de nombre azul de metileno la cual permite apreciar de mejor forma la bacteria.


external image 220px-Mycobacterium_tuberculosis_Ziehl-Neelsen_stain_02.jpg mycobacterium tuberculosis.

Tinción con Auramina
Los ácidos micólicos de las paredes celulares de las micobacterias poseen afinidad por la auramina. Se fija a las bacterias, que aparecen de color amarillo o naranja brillante contra un fondo verdoso. El permanganato de potasio, empleado como contraste, evita la fluorescencia inespecífica. Todos los microorganismos ácido-alcohol resistentes, incluyendo los esporozoarios parásitos, se tiñen con estos colorantes.
Un aspecto importante de la coloración auramiria es que luego los frotis pueden ser reteñidos con la coloración de Ziehl-Neelsen directamente sobre la tinción con la auramina, si se elimina antes el aceite de inmersión. De esta forma, los resultados positivos pueden ser confirmados con las coloraciones tradicionales, que además permiten la diferenciación morfológica.

external image auramina.jpgTinción con Auramina, bacilos acido-alcohol resistentes

9. Antibióticos.

Los antibióticos son todas aquellas sustancas que introducidas en cocnentraciones que son toleradas por el hospedador, es capaz de matar o inhibir el crecimiento de un microorganismo.
Todos los antibióticos tienen unas características generales:
- toxicidad selectiva
- especificidad de acción
- elevada potencia, pequeñas concentraciones de antibióticos tienen una acción deseada.
Los antibióticos se clasifican según:

- estructura sobre la que actúan:
  • pared bacteriana.
  • sintesis proteica
  • sintesis ácidos nucleicos
  • actuar sobre metabolismo intermediario
- sobre el microorganismo sobre el que actuan:
  • amplio espectro: actuan frente Gram + y -
  • espectro intermedio: actuan frente Gram + o frente Gram -
  • espectro reducido: actuan sobre grupos concretos de bacterias.
- según el modo de actuación:
  • bactericidas: inhibe el crecimiento del microbio y lo mata
  • bacteriostáticos: inhibe el crecimiento del microbio pero no lo mata. Facilita la acción del sistema inmunitario para acabar con el microorganismo.

9.1 Listado de antibioticos.

- Inhiben la sintesis de pared:
  • Fosfomicina.
  • D-cicloserina
  • Bacitracina.
  • Glicopéptidos (Vancomicina, Teicoplanina)
  • Beta-lactámico (Penicilinas, Cefalosporinas, Carbapenemes, Monobactames).
- Inhiben la síntesis de proteínas:
  • Linezolid
  • Aminoglucósidos (30S) (Estreptomicina, Gentamicina, Amikacina).
  • Tetraciclinas (30S).
  • Macrólidos (50S).
  • Clindamicina (50S).
  • Anfenicoles (50S).
- Inhiben la síntesis del DNA:
  • Quinolonas (fluoradas).
  • Metronidazol.
  • Rifampicinas.
-Actuan sobre el ácido fólico:
  • Sulfonamidas (Trimetoprim-Sulfametoxazol).



Enlaces:
  • Estructura de la pared celular de una bacteria Gram positiva ( ANIMACION )
  • Tinción de Gram ( ANIMACION )



ALEJANDRO CERNUDA GARCÍA. 4º MEDICINA 2010-2011.