Taxonomía y Clasificación

Dominios:

• Eubacterias (sin núcleo verdadero, función limitada y PG)
• Archaea (procariotas especializados, adaptadas para sobrevivir en condiciones extremas, sin PG)

Taxonomía convencional: basada en la bioquímica del MO

Taxonomía molecular: basada en ac. nucleicos, análisis de secuencias de ARNr 16S y genes housekeeping para determinar relaciones filogenéticas

Pruebas bioquímicas: fermentación de carbohidratos, pruebas enzimáticas (catalasa, oxidasa, lactosa), necesidades de factores (X, V, etc)

Estudio Morfológico

Basado en:

• Tinción de Gram (+ o -)
• Forma (cocos, bacilos, espirilos (vibriones, espiroquetas))
• Distribución (duplos, tétradas, cadena, racimos)
• Nutrición (autótrofos, heterótrofos)

Tinción de Gram

Basada en la adquisición de colorante (Cristal Violeta, Lugol, Alcohol y Safranina)

Peptidoglicano

El peptidoglicano es un heteropolímero formado por cadenas de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico unidas por puentes de aminoácidos. Se sintetiza en varias etapas por enzimas como las Proteínas Fijadoras de Penicilina (PBP).

Síntesis

1. En el citoplasma se sintetizan NAM y NAG activados por la unión a UDP.
2. A NAM se le unen los 4 aminoácidos (L-alanina, D-ácido glutámico, ácido diaminopimélico o lisina, D-alanina) formando la cadena peptídica.
3. NAM y NAG se unen por un enlace glucosídico β(1→4) formando el disacárido NAM-NAG-pentapéptido.
4. Este disacárido se transfiere a un transportador lipídico (bactoprenol) ubicado en la membrana citoplasmática.
5. El bactoprenol hace el «flip-flop» pasando al espacio periplásmico.
6. En el periplasma ocurre la polimerización por transglucosilación formando cadenas lineales de disacáridos-pentapéptidos.
7. Luego por transpeptidación se forman los enlaces cruzados entre las cadenas peptídicas adyacentes mediante puentes de unión.

Estructura Bacteriana

Pared Celular

• Peptidoglicano (Gram+ más gruesa con ácidos teicoicos (70% PG); Gram- más delgada con lipopolisacáridos)
• Estructura semirrígida que protege y mantiene la forma celular.
• Función principal: evitar ruptura por diferencia de presión osmótica interna/externa

Membrana Citoplasmática

• Bicapa de fosfolípidos y proteínas integrales (transporte, cadena respiratoria)

Nucleoide

• ADN circular (cromosoma) y plásmidos (ADN extracromosómico).
• Permite la homeostasis y el transporte selectivo.

Apéndices

• Flagelos: filamento, gancho y cuerpos basales para rotación y movilidad. (rotación para movilidad)
• Pili (adherencia y conjugación)
• Fimbrias (adherencia)
• Endosporas (resistencia a condiciones extremas) sólo en Gram+ formadoras de esporas

Otras Estructuras

• Cápsula: Capa gruesa de polisacáridos – Protección antifagocítica
• Capa S: Matriz proteica paracristalina – Mantener integridad celular
• Glicocálix: Película de polisacáridos extracelulares – Adherencia a superficies
• Ribosomas: Coeficiente de sedimentación 70S
  • Subunidad mayor 50S: ARNr 5S y 23S, 31 proteínas
  • Subunidad menor 30S: ARNr 16S, 21 proteínas
• Función principal: síntesis de proteínas
• Sitios de acción de antibióticos como cloranfenicol, eritromicina, gentamicina
• Citoplasma: Matriz acuosa que contiene ribosomas, enzimas, metabolitos. 80% agua
  • Incluye: Reservorios de polifosfatos, gránulos de azufre, gránulos de PHB
• Mesosomas: Invaginaciones de la membrana – Sitios de replicación del ADN, división celular
• Sistemas de secreción: Complejos proteicos que transportan proteínas al exterior.

Nutrición y Crecimiento

Clasificación según fuente de energía: quimiótrofas (compuestos orgánicos) o fotótrofas (luz).

Macronutrientes: C, N, S, P principales elementos requeridos

Micronutrientes: Fe, Mg, Ca, Zn, Co, etc. requeridos como cofactores enzimáticos

Fuentes de obtención de C: CO2 (autótrofos) u orgánicos (heterótrofos) o mixótrofas.

Medios de Cultivo

• Ricos (complejos)
• Selectivos (inhiben bacterias indeseadas)
• Diferenciales (distinguen colonias)
• Sintéticos: composición química definida.
• Complejos: composición compleja e indefinida.
• Líquidos o sólidos con agar.
• Clasificados por uso: nutritivos, enriquecimiento, selectivos, diferenciales, etc.

Curva de Crecimiento

• Definición y cinética: Aumento poblacional, tiempo de generación.
• Latencia (sin división), exponencial, estacionaria (agotamiento de nutrientes), muerte
• Cultivo continuo: Quimiostato mantiene fase exponencial prolongada.

Factores Ambientales que Afectan el Crecimiento

• Temperatura: Rango óptimo, efectos por debajo y por encima.
• pH: Regulación interna y externa, efecto en transporte de iones.
• Actividad de agua: Disponibilidad de agua libre, influenciada por solutos.
• Potencial redox: Aerobios, anaerobios tolerantes y estrictos. Enzimas detoxificadoras de especies reactivas de oxígeno.
• CO2: Las bacterias capnofílicas requieren altas concentraciones de CO2.

Metabolismo

Reacciones químicas para producir ATP para sobrevivir, multiplicarse, mutar, etc.

ATP: pierde fosfato para generar energía

Engloba Anabolismo (síntesis, producto final es LPS, peptidoglicano, a través de nutrientes se generan macromoléculas por el uso de ATP) y Catabolismo (degradación de moléculas orgánicas para generar ATP a la vía anabólica, libera CO2).

Fermentación

• Sustrato orgánico → ácidos orgánicos/alcoholes (sin aceptor externo de e-) Oxidación parcial con dador y aceptor de electrones orgánicos.
• Tipos: alcohólico, homoláctica, heteroláctica, ácido propiónico, mixta, butanodiol, butírica.
• Bajo rendimiento de ATP sólo por glucólisis.
• Restaura el pool de NAD+ para continuar la glucólisis.

Respiración Aerobia

• O2 como receptor final de e- en cadena transportadora. El piruvato de la glucólisis ingresa al ciclo de Krebs para oxidación completa a CO2.
• Se generan NADH y FADH2 que alimentan la cadena transportadora de electrones.
• Por quimioósmosis se genera un gradiente electroquímico que impulsa la síntesis de ATP.
• Rendimiento alto de ~38 moléculas de ATP por molécula de glucosa.

Respiración Anaerobia

• Otros aceptores finales (NO3-, SO4-2, CO2, etc) Utilizan aceptores finales de electrones distintos al O2 (nitratos, sulfatos, etc).
• Menor rendimiento de ATP que la respiración aerobia al no completar el ciclo de Krebs.

Fotosíntesis

• Conversión de luz en energía química (ATP), realizada por bacterias fotosintéticas

Ciclo de Krebs

• Vía anfibólica clave que genera NADH, FADH2, CO2

Metabolitos importantes son peptidoglicano, lipopolisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos.

Organización de Genes

• Los genes bacterianos se encuentran en el cromosoma haploide de ADN circular.
• Se organizan en operones, que son unidades transcripcionales que contienen genes estructurales (codificantes) y genes reguladores.
• Ejemplo del operón lac: contiene genes para enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa (β-galactosidasa, permeasa, transacetilasa), regulados por el promotor, operador y genes reguladores.

Replicación del ADN

• Proceso semiconservativo, cada hebra parental sirve de molde para una nueva hebra.
• Inicia en un origen de replicación OriC y procede bidireccionalmente mediante horquillas de replicación.
• Involucra helicasas, topoisomerasas, proteínas de unión a la hebra simple, primasa, DNA polimerasa III, DNA ligasa.
• Los fragmentos de Okazaki son sintetizados en la hebra retrasada.
• La replicación coordina con la división celular por fisión binaria.

Expresión Génica

• Transcripción: Síntesis de ARN (mensajero, transferente y ribosómico) a partir del molde de ADN.
• Traducción: Síntesis de proteínas en ribosomas a partir del ARNm, con participación de ARNt.

Transcripción

• Iniciación: Reconocimiento del promotor, formación del complejo de transcripción con ARN polimerasa y factor sigma.
• Elongación: Síntesis del ARN complementario al ADN molde, con liberación del factor sigma.
• Terminación: Señales que provocan la disociación de la ARN polimerasa.
• Modificaciones postranscripcionales según tipo de ARN.

Traducción

• Iniciación con el codón AUG en el sitio P del ribosoma.
• Elongación por adición sucesiva de aminoácidos según codones del ARNm.
• Terminación por codones de parada que liberan la cadena polipeptídica.

Regulación de la Expresión Génica

• Represión por unión de proteínas represoras al operador que impiden la transcripción.
• Atenuación por regulación de la eficiencia de terminación de la transcripción.

Paredes Celulares Bacterianas

Gram Positivos

• Múltiples capas gruesas de peptidoglucano
• Contiene ácidos teicoicos lipídicos y murales (carga negativa)
• Crecimiento por engrosamiento, formación de tabique y separación de células hijas.

Gram Negativos

• Una capa de peptidoglucano más delgada en el periplasma.
• Membrana externa con lipopolisacáridos, porinas y otras proteínas
• Crecimiento por elongación y formación de septo.

Crecimiento en Gram Positivos

• Se forma una banda ecuatorial engrosada de nueva síntesis de peptidoglucano.
• Bajo esta banda se deposita más material formando el tabique transversal que avanza hacia adentro.
• El tabique de doble grosor se divide por autolisinas, dejando una nueva pared para cada célula hija.

Crecimiento en Gram Negativos

• Fase de elongación: las PBP allanan las cadenas nacientes de peptidoglucano, entrecruzándolas circunferencialmente.
• Fase de división: La proteína FtsZ se polimeriza formando un anillo en la membrana interna que contrae formando un septo donde actúa PBP3.
• El septo de peptidoglucano se extiende hacia el exterior arrastrando la membrana externa para completar la división.

Bacterias Resistentes al Ácido-Alcohol

• Como Mycobacterium tuberculosis
• Pared con peptidoglucano y bicapa de ácidos micólicos hidrofóbicos

Formas sin Pared

• Protoplastos (gram +) y esferoplastos (gram -) por eliminación de pared
• Formas L son variantes con capacidad de crecimiento sin pared rígida
• Los micoplasmas carecen completamente de pared celular.

Importancia Clínica

• Formas L pueden persistir causando infecciones crónicas al evadir defensas
• Beneficio selectivo con antibióticos que inhiben la síntesis de pared.

Membrana Citoplasmática

• Bicapa lipídica de fosfolípidos (modelo de mosaico fluido)
• Proteínas periféricas (enzimas, estructura) e integrales (transportadores)
• Glucoproteínas y glucolípidos para protección y lubricación.
• Funciones: permeabilidad selectiva, transporte de electrones/fosforilación, excreción de enzimas, biosíntesis de pared/membrana, receptores quimiotácticos

Transporte a Través de la Membrana

• Pasivo: Por difusión simple (O2, CO2, H2O, glicerol), sin gasto de energía.
• Activo: Contra gradiente, implica gasto energético
  • Por iones: uniport, simport, antiport
  • Con casetes de unión a ATP

Procesos Especiales de Transporte

• Sideróforos para captar hierro
• Transporte de electrones y fosforilación oxidativa en aerobios.
• Excreción de exoenzimas: dependiente e independiente del sistema Sec
• Transporte de biomoléculas para síntesis de pared, membrana y ADN.
• Transportadores y receptores quimiotácticos

Postulados de Koch

Los postulados de Koch son un conjunto de cuatro principios propuestos en 1890 por el bacteriólogo alemán Robert Koch para establecer una relación causal entre un microorganismo y una enfermedad infecciosa específica. Estos postulados son:

1. El microorganismo debe estar presente en todos los casos de la enfermedad y ausente en casos sanos.
2. El microorganismo debe poder aislarse del huésped infectado y cultivarse in vitro.
3. Cuando este cultivo puro es inoculado en un huésped sano susceptible, debe ser capaz de reproducir los síntomas de la enfermedad original.
4. El mismo microorganismo debe poder reaislarse del huésped experimental inoculado y ser identificado como siendo idéntico al originalmente aislado del caso natural.

Función del LPS (GRAM -)

• Integridad estructural: El LPS contribuye a la estabilidad y rigidez de la membrana externa, protegiendo a la bacteria contra agentes externos como detergentes y algunos antibióticos.
• Patogenicidad: El lípido A, que es el componente lipídico del LPS, puede desencadenar una fuerte respuesta inflamatoria en el hospedero al activar su sistema inmune a través de moléculas como el factor de necrosis tumoral.
• Inmunogenicidad: La porción polisacárida del LPS, conocida como antígeno O, es un importante determinante antigénico en bacterias gram negativas. Estimula la producción de anticuerpos específicos contra cepas bacterianas particulares por parte del sistema inmunológico del hospedero.
• Permeabilidad selectiva: Las largas cadenas de polisacáridos del LPS contribuyen a la permeabilidad selectiva de la membrana externa, permitiendo el paso de nutrientes hidrofílicos a través de las porinas.