Organización y enfoque de la
asignatura
Integración de las actividades teórico-prácticas
Nivel creciente de exigencia, profundidad e integración de contenidos
Observación, investigación, realización de informes, planteo y resolución de problemas prácticos
Análisis crítico de la información recibida
Contenidos: estructura, genética, diversidad microbiana, crecimiento bacteriano y su
Que los alumnos aprendan:
Principios generales de estructura y función de células
procarióticas
Principios generales de clasificación y diversidad de
microorganismos, procesos bioquímicos que ocurren en ellos y bases genéticas del crecimiento y evolución microbiana
Mecanismos de intercambio y adquisición de información
genética en bacterias; causas, consecuencias y uso de las mutaciones.
Métodos de control del crecimiento microbiano. Antibióticos y
resistencia
Usos de microorganismos en alimentación, agricultura, procesos
industriales y biotecnológicos.
Relación huésped-parásito, evasión de la respuesta inmune y
patogenia
Organización y enfoque de los
Trabajos Prácticos
Seminarios de Trabajos
Prácticos
Fundamentos teóricos Discusión de
cuestionarios y trabajos científicos
Ejercicios de Laboratorio
Explicación de metodologías Instrucciones detalladas
Grupos de trabajo
Evaluación
Parcialitos
Ciencia biológica básica: suministra algunas de las
herramientas de investigación más versátiles para
determinar la naturaleza de los procesos característicos de la vida. Ya que las células microbianas comparten con los organismos pluricelulares muchas propiedades bioquímicas, alcanzan elevadas densidades de
población y son fácilmente manipulables para estudios genéticos, lo que los convierte en modelos adecuados para comprender funciones celulares en animales y plantas
Ciencia biológica aplicada: en campos diversos
Período especulativo (desde la
antigüedad hasta primeros microscopios)
Primeros microscopistas (1675
-mediados del s. XIX)
Cultivo de microorganismos (hasta
finales del siglo XIX)
Siglo XX hasta la actualidad: Disciplinas
y ciencias relacionadas: Inmunología Virología, etc
Período especulativo
Enfermedades infecciosas “miasmas” “humores”
Lucrecio (s. I a. C.): “semillas de enfermedad” Frascatorius (1546): gérmenes vivos
Alimentos y bebidas fermentados (queso,
Los primeros descubrimientos
Antonij van Leeuwenhoek:
Microscopio simple Descubrimiento de los
microorganismos
(“animálculos” en gota de estanque, 1675)
Describe bacterias
(1683)
Describe protozoos
Robert Hooke:
Microscopio compuesto Describe hongos
Primeros dibujos de bacterias
El debate sobre la generación espontánea
Aristóteles
Redi (1668): experimentos que descartan la
generación espontánea de animales “Omne vivo ex ovo”
Spallanzani vs. Needham
Los experimentos se interpretan
erróneamente (Needham) como que al
La solución de Pasteur
Experimentos con frascos
abiertos al aire dotados de largos cuellos curvados (“cuellos de cisne”).
Una vez llevados a
ebullición, solamente aparecen
Las fermentaciones
Dos teorías sobre el origen de las fermentaciones:
química y biológica
Pasteur (1857) es llamado a resolver un
problema de las destilerías de Lille
1857: bacterias que producen ferm. láctica 1860: levaduras producen ferm. alcohólica Descubre la fermentación butírica y la vida en
ausencia de aire (anaerobiosis)
Reconciliación de las dos teorías: Buchner aísla un
Cultivos puros
Dos teorías sobre forma de microorganismos:
pleomorfismo y monomorfismo
Su resolución dependió de cultivos puros
(laboratorio de Robert Koch)
Medios sólidos a base de rodajas de papa Medios sólidos a base de gelatina
Medios sólidos a base de agar-agar
Petri (en el laboratorio de Koch) inventa la placa
que lleva su nombre
Medios de enriquecimiento y medios diferenciales
Microscopía y tinciones
Koch colabora con la industria alemana del
vidrio (Schott) y pide ayuda a expertos en óptica (Abbé, Zeiss)
Lentes acromáticas mejoradas
Iluminación inferior con condensador Objetivo de inmersión (1878)
Koch colabora con industria química BASF: Tinciones para observar bacterias (azul de
metileno, fuchsina, violeta de genciana, etc), 1877 y siguientes
Teoría microbiana de las enfermedades
Pasteur es llamado a Provenza para resolver una
enfermedad del gusano de seda (pebrina)
En 1869 identifica al protozoo Nosema bombycis
como el responsable
Davaine (1863-1868): la sangre de ganado
Koch (1876): con su técnica de cultivo puro aísla y
propaga experimentalmente por primera vez una bacteria patógena (la responsable del carbunco o ántrax)
Primeras microfotografías de Bacillus anthtracis
teñido con azul de metileno
Confirma que esta bacteria presenta una fase
resistente (endosporas)
La enfermedad se puede reproducir
experimentalmente al reinocular bacilos a animales de laboratorio
Teoría microbiana de las enfermedades:
postulados de Koch (1882)
El agente patógeno debe estar
presente en los individuos enfermos
El microorganismo debe poder
aislarse del huésped enfermo en cultivo puro
El microorganismo crecido en
cultivo puro, al inocularse en animales sanos, induce en ellos la enfermedad
De estos animales
La escuela de Koch aísla numerosos
agentes patógenos
Cólera (1883)
Difteria (1884)
Tétanos (1885)
Neumonía (1886)
Meningitis (1887)
Peste (1894)
Sífilis (1905)
Asepsia, quimioterapia
La introducción de anestesia (mediados siglo
XIX) trae infecciones quirúrgicas
Lister introduce el uso del fenol y de sales de
mercurio (asepsia en quirófano)
Paul Ehrlich: idea de las “balas mágicas”
Colabora con industria química y descubre el salvarsán, contra la sífilis
“Quimioterapia”
Domagk (1935): rojo de prontosilo contra
neumococos
Antibioticoterapia
Fleming (1929): extracto crudo de penicilina (del
hongo Penicillium notatum)
Chain y Florey (1940): purificación penicilina. Uso
en 2ª Guerra Mundial
Descubrimiento estreptomicina (Waksman, 1944)
de Streptomyces griseus
Tras la Guerra, se descubren numerosos
Auge de la microbiología general:
litotrofía y autotrofía
Sergei Winogradsky
1888: Bacterias del hierro
crecen en medios minerales
1889: Bacterias del azufre
oxidan sulfuros o S y obtienen energía de ello litotrofía
1890: Bacterias nitrificantes
fijan CO2 con la energía de la oxidación del amonio o
Los microorganismos dentro de la
clasificación de los seres vivos
Mitad del s. XX: la organización celular de las
bacterias y “algas verdeazuladas” es muy diferente al del resto de seres vivos
8ª edición del Manual Bergey´s (1974) Reino Prokaryotae, dividido en
Cyanobacteria (antiguas cianofíceas) Bacteria
Reino Eukaryotae
En los años 70 se descubre que los procariotas
constan de dos grupos muy distintos:
Eubacterias (hoy Bacteria)
Membrana
citoplasmática
Membranas internas
Ribosomas
Estructura y organización del citoplasma
Procariota Habitualmente sin esteroles, pueden existir hopanoides Sencillas, limitadas a grupos específicos Eucariota Generalmente con esteroles, ausencia de hopanoides Complejas; Retículo endoplasmático, aparato de Golgi
Orgánulos
membranosos
Sistema respiratorio
Pigmentos
fotosintéticos
Estructura y organización del citoplasma
Generalmente presente, con peptidoglucano, otros polisacáridos, proteínas, glicoproteínas
Presente en plantas, algas, hongos
Sin peptidoglucano
Pared celular
Citoesqueleto Filamentos de
FtsZ: a- localización del anillo Z en la zona central de B. subtilis
b- filamentos autoensamblados inducidos por GTP; c- comparación de estructuras tridimensionales.
FtsZ: homóloga de tubulina, responsable de división celular, formación de anillo Z, reclutamiento de otras proteínas en
Ensamblado en orden (intermediarios
MreB y Mbl: homólogos bacteriano de actina,
determinantes de la forma celular, autoensamblado en estructuras filamentosas helicoidales (a y b) en B. subtilis. Isoformas: Mbl, MreBH.
Bacterias esféricas: no poseen homólogo MreB. ParM: requerida para la separación activa de
Eucariota Ausentes
Flagelos
No flagelar
Endosporas
Estructura y organización del citoplasma
Procariota
Presentes (solo en géneros Gram +) Muy
termorresistentes
Formas de motilidad
Compuestos de un solo tipo de proteína,
anclados a pared y membrana,
rotación
Deslizamiento; vesículas de gas
Comparación entre célula procariótica y eucariótica
Organización del material genético
Procariota Ausentes Ausente No Raro Parcial, transferencia unidireccion al de DNA
Eucariota Presentes Presente Si Frecuente Meiosis y fusión de gametos
Membrana nuclear y
Nucleolo
Complejo DNA/ Histonas Desarrollo de mitosis
Intrones
Microscopía y tinciones Estudios poblacionales Movimiento Browniano
Efecto Tyndall (dispersión de la luz,
turbidez)
Aumento de la viscosidad del medio Migración en campo eléctrico
Aglutinación y precipitación con
La relación Superficie/volumen es
muy alta
Mayor contacto directo con el
medio (reciben de modo inmediato
las influencias ambientales)
Gran tasa de entrada de
nutrientes
Altas tasas de crecimiento
Gran tasa de salida de productos
Composición química básica
>95% de macromoléculas
La mitad de las macromoléculas son
proteínas
Proporción de ARN superior a eucariotas
En bacterias, macromoléculas exclusivas
que no existen en eucariotas:
Peptidoglucano
For
mas p
ro
cario
tas
típic
A) Un solo plano de división De dos células:
Diplococos Diplobacilos
Cadenas de varias células
Estreptococos Estreptobacilos
B) Dos o más planos de división (en cocos)
Dos planos perpendiculares: tétradas
Tres planos ortogonales: sarcinas (paquetes
cúbicos)
Muchos planos aleatorios: estafilococos
Cápsula
Conceptos generales
Composición química y estructura Funciones y papeles biológicos
Capa S (paracristalina) Vainas
cápsulas en sentido estricto son
rígidas e integrales
las capas mucilaginosas son flexibles
y periféricas
glucocálix: capas superficiales
compuestas de polisacárido
Sirven para adhesión entre células, y
colonización de nichos
En muchas patógenas sirven,
Composición química
cápsulas polisacarídicas
heteropolisacáridos aniónicos
heteropolisacáridos neutros (levanos, dextranos, celulosa)
alginatos
cápsulas polipeptídicas (en Bacillus)
Constituyen el antígeno capsular K
Funciones de la cápsula
mejora difusión nutrientes
protección contra la desecación
protección frente a la predación
Cápsula:
adhesión a sustratos:
Sustratos inertes: microcolonias de la misma
especie y consorcios de diferentes especies, con ventajas metabólicas. Responsables de:
corrosión de cañerías, formación de placa dental y caries
formación de biofilms en catéteres y prótesis
Sustratos vivos: actúan como adhesinas
efectos benéficos: colonización de flora autóctona en intestino de mamíferos
Capa S
•Arreglo cristalino macromolecular de subunidades proteicas, común en archaeas y bacterias
•Compuesta de una única proteína o glicoproteína, recubre la superficie celular
•Las subunidades se autoensamblan en solución o sobre superficies, formando un arreglo regular
•Representa del 10 al 15% de las proteínas celulares totales
Extracción con agente caotrópico
Diálisis Arreglo regular en superficie
Proteína de capa S
Residuos glicosídicos
Glicosilación
La glicosilación es la principal modificación en las
proteínas de capa S
Los primeros indicios datan de mediados de la década
del 70
El grado de glicosilación en las proteínas varía entre 2 y
Funciones de la capa S
En arqueas:
hace las funciones de la pared celular (
forma y rigidez).
En bacterias:
tamiz molecular protector frente a ag.
Antibacterianos
Protección frente a fluctuaciones iónicas,
de pH, etc
En algunas patógenas, protección frente
Vainas y botones de anclaje Vainas
Tubos a base de heteropolímero, que engloba
un conjunto de células bacilares que forman cadenas.
En Sphaerotilus y Leptothrix se recubren de óxidos e hidróxidos de Fe y Mn
Botones de anclaje
acúmulos de polisacáridos ácidos segregados
en puntos concretos (como extremos de
Visualización de la localización de cápsula (C), capa S (S) y peptidoglucano (P) en
Pared celular bacteriana: composición química del
Pared celular bacteriana: entrcruzamiento del peptidoglucano, diferencias entre Gram positivas
Pared celular bacteriana: Gram positiva
Porinas
Estructura de porina
Omp32 de C. acidovorans
A- Vista superior y lateral del monómero. Extremo N- terminal en azul, C-terminal en rojo
MC: funciones en procariotas
Barrera de permeabilidad selectiva
Transporte de nutrientes y residuos
Localización de muchos procesos
metabólicos: respiración,
fotosíntesis
Flagelos bacterianos, distribución y movimiento
A - Polar monótrico Vibrio cholerae
B- Lofótricos Bartonella bacilliforme
C- Anfítricos Spirillum serpens
Nitrocystis oceanus
Nitrificante Ectothiorhodospira mobilisFotosintética
Matriz citoplasmática: cuerpos de inclusión
Almacenamiento de energía:
Poli-beta hidroxibutirato (PHB, poliester)
Glucógeno
Polifosfatos (gránulos de volutina, metacromáticos)
Matriz citoplasmática: cuerpos de inclusión
Carboxisomas
Magnetosomas
Cuerpos parasporales
Matriz citoplasmática: cuerpos de inclusión
A- Gránulos de PHB; b- cuerpo parasporal en BT; c- carboxisomas en
TEM de Aquaspirillum magnetotacticum; MP: partículas de magnetita (Fe3O4), rodeadas por membrana. Otras bacterias poseen greigita (Fe3S4) o pirita (FeS2).