Las bacterias son la forma de vida más antigua

Las bacterias

La forma de vida más antigua

L

as bacterias son la forma de vida más an-tigua de la Tierra y quizá la más abun-dante. En tu organismo hay millones de bacterias como flora normal, e incluso hay más bacterias que células. Pueden encontrarse 40 millones de bacterias en un gramo de tierra y un millón en un mililitro de agua dulce. Se calcula que en total hay aproximadamente 5×1030

bacterias en el mundo.

Estos microorganismos poblaron la Tierra mucho antes que ningún otro grupo de seres vivos. Se han encontrado restos fósiles de bacterias en rocas de hace 3 800 millones de años. Esas primeras bacterias habitaron los océanos primitivos del planeta cuando el ambiente aún era inhóspito: carente de oxígeno para respirar, con temperaturas extremadamente ele-vadas y altos niveles de radiación ultravioleta proce-dente del Sol. Las bacterias descendientes de las pri-migenias se encuentran hoy en todos los ecosistemas del planeta, desempeñando un papel clave en el equilibrio ecológico. La mayoría ha experimentado cambios y hoy sería incapaz de sobrevivir en las du-ras condiciones que caracterizaban a la Tierra primi-tiva. Aunque hay otras, llamadas arqueobacterias, que no han cambiado mucho.

Microfotografía electrónica de 50 000 aumentos de dos estafilococos áureos, bacterias que suelen formar parte de la flora de la mucosa nasal humana, pero que en ciertas circunstancias pueden volverse infecciosas.

Son organismos extraordinarios porque se adap-tan a ambientes extremos y hostiles. Habiadap-tan en toda la biosfera, especialmente en zonas de la atmósfera carentes de oxígeno. Podemos encontrar bacterias en cualquier lugar de la Tierra: en el agua, en aguas residuales, en el suelo, en el polvo, en muchos ali-mentos, incluso en los llamados ambientes extremos, como las aguas termales, las aguas saturadas de sales o las profundidades oceánicas.

Algunas pueden sobrevivir y prosperar en am-bientes más rigurosos, como manantiales calientes, pozas ácidas, desechos radiactivos, las profundidades de la corteza terrestre o en temperaturas de hasta 250 ºC. Algunas bacterias soportan incluso el frío y el vacío extremos del espacio exterior.

Las bacterias que viven en las fuentes termales o en las grietas hidrotermales de las profundidades marinas, lo hacen gracias a que su metabolismo de-pende del azufre. Otras bacterias no pueden estar en contacto con el oxígeno y sólo resisten en un medio anaerobio, es decir, carente de oxígeno, como el in-testino o el lodo del fondo de marismas, ciénagas o pantanos. También se han encontrado bacterias re-sistentes a la radiactividad. Marisma. Terreno pantanoso a orillas de cuerpos de agua. Microfotografía de 400 aumentos de una muestra de cerebro de ratón teñida, infectada por clamidias del género Chlamydophila psittaci.

De acuerdo con su forma de vida, las bacterias se clasifican en saprofitas, simbiontes, comensales, mu-tualistas y parásitas.

Las saprofitas son importantes en el aspecto eco-lógico porque descomponen la materia orgánica en sus elementos esenciales, que son utilizados como alimento por las plantas. Económicamente también tienen importancia porque son responsables de al-gunas alteraciones y deterioros que sufren los vege-tales durante su almacenamiento y transporte, como la podredumbre, algunas manchas y marcas superfi-ciales, el agrietado o el marchitado.

Las simbiontes viven asociadas con otro organis-mo: ambos obtienen algún beneficio. Muchas bacte-rias son simbiontes en el tracto digestivo del cuerpo humano y otros organismos; son la flora intestinal, que se alimenta de los desechos del huésped, y a cambio lo ayudan a digerir los alimentos.

El tracto digestivo de la mayoría de los animales está colonizado por una mezcla compleja de bacte-rias. Una excepción la constituye la sanguijuela me-dicinal (Hirudo meme-dicinalis), que se ha usado para tra-tar la hipertensión, y que sólo presenta un tipo de bacteria, la Aeromonas veronii, que por sí sola causa enfermedades como la gangrena (muerte de un teji-do) o la septicemia (presencia de organismos pató-genos en la sangre, que conduce a la muerte en muy poco tiempo).

Lo interesante de esta asociación radica en que la

Aeromonas veronii es patógena para todos los

organis-mos excepto para la sanguijuela, lo que sugiere que

Las bacterias se clasifican en

saprofitas, simbiontes, comensales,

mutualistas y parásitas

Simbionte.

Organismo asociado con otro u otros, que obtiene beneficio de dicha asociación.

Sanguijuelas en el bazar egipcio de Estambul.

esta relación debe de convenirles a las dos. Los posi-bles beneficios que se han propuesto son: 1) que la bacteria produce sustancias que digieren la sangre y extraen las proteínas, para que la sanguijuela las pue-da absorber; 2) que la bacteria le pue-da a la sanguijuela los nutrientes que la sangre no le proporciona (dada su mala calidad nutritiva), y 3) que debido a la utili-dad que la bacteria representa para la sanguijuela, esta última secreta un antibiótico que elimina a las posibles competidoras de su compañera. Esta asocia-ción entre dos especies tan distintas sigue asombran-do a los científicos, debiasombran-do al cuidaasombran-do con que la naturaleza la ha protegido por tanto tiempo.

Las bacterias comensales viven en su huésped sin obtener beneficio. Pueden crecer en animales, plan-tas e incluso sobre cualquier superficie. Se pueden encontrar en el intestino y otros tejidos del cuerpo humano; producen vitaminas y sustancias que impi-den la proliferación de bacterias patógenas que pu-dieran invadir el organismo. Debido al abuso y mal uso de los antibióticos, se puede eliminar a las bac-terias comensales, lo que permite la proliferación de microorganismos patógenos, o que éstos se vuelvan resistentes. En general, las bacterias comensales pue-den considerarse benéficas para el organismo; sin embargo, en determinadas circunstancias causan al-gunas enfermedades. Por ejemplo, alal-gunas bacterias de la flora normal del tracto respiratorio superior, en condiciones especiales, pueden afectar el corazón, probablemente debido a que intercambian material genético con bacterias patógenas como el

Streptococ-cus pneumoniae y a que se han vuelto resistentes a

algunos antibióticos.

El abuso de antibióticos puede

eliminar a las bacterias comensales

Colonias de la bacteria Burkholderia pseudomallei en un cultivo de laboratorio. Hongos de la penicilina, el primer antibiótico, aumentados 600 veces.

Una de las diferencias entre las células procariontes y las eucariontes es que las primeras carecen de un núcleo definido por una membrana.

Las bacterias mutualistas forman asociaciones con otros organismos sin los cuales no sobrevivirían. Ciertas hormigas mantienen cultivos de hongos para alimentar a toda la colonia. Pero, como cualquier jardinero, tienen que luchar contra los molestos pa-rásitos que invaden sus cultivos. Para eso cuentan con otros organismos que las auxilian: las bacterias, que se alojan en cavidades especializadas de su cuer-po y a las cuales nutren cuer-por medio de secreciones glandulares. Cada especie de hormiga mantiene dis-tintos tipos de bacterias.

Otro ejemplo de comensalismo lo constituye la relación entre la Pogonophora, un gusano marino que vive a profundidades mayores de 200 metros, en grietas oceánicas hidrotermales de origen volcánico,

Célula procarionte

Flagelo

No presentan membrana nuclear

ricas en compuestos azufrados, y las bacterias que consumen azufre. Como el gusano carece de boca y tubo digestivo, las bacterias le proporcionan la ener-gía que requiere para nutrirse y a cambio reciben un lugar seguro donde vivir: en su interior.

Las bacterias parásitas viven a expensas de otro or-ganismo, utilizando sus nutrientes. Son las responsa-bles de un gran número de enfermedades en el ser humano, los animales y las plantas. En nuestra especie causan enfermedades como tétanos, fiebre tifoidea, difteria, sífilis, cólera, intoxicaciones alimentarias, le-pra y tuberculosis. Algunas bacterias (Pseudomonas

aeruginosa, Mycobacterium avium) son patógenos

opor-tunistas, ya que causan enfermedades en personas cu-yas defensas se encuentran bajas.

Centriolos

Membrana nuclear

Célula eucarionte

Estos hongos,

desarrollados a expensas del tronco, son un ejemplo de parasitismo.

¿Pero qué son las bacterias?

L

as bacterias son organismos compuestos de una sola célula; es decir, unicelulares. No son observa-bles a simple vista, ya que su tamaño promedio es de cinco micras (una micra equivale a la milésima parte de un milímetro); esto es, aproximadamente 300 ve-ces más pequeñas que la cabeza de un alfiler. Sólo se pueden observar con la ayuda de un microscopio que aumente por lo menos 500 veces su tamaño aparente. Algunas son tan pequeñas que sólo resultan visibles si se amplían mil veces.

Los científicos las han clasificado en el reino

lla-Componentes estructurales de una bacteria. Flagelos ADN Ribosomas Pared celular

mado monera, el más primitivo, que agrupa a todos los organismos procariontes (los que carecen de un núcleo verdadero, característica que los diferencia de las células vegetales y animales); junto con las ciano-bacterias (antes algas verdeazuladas), son las formas más abundantes de este reino.

Las bacterias no tienen membranas que delimi-ten un núcleo. Por ello, su material genético se en-cuentra en el citoplasma y se denomina nucleoide. Además, algunas bacterias contienen pequeñas mo-léculas de ácido desoxirribonucleico (adn),

inde-pendientes del cromosoma bacteriano, que guardan información importante, como la que les confiere resistencias a los antibióticos. Su citoplasma, al igual que el de nuestras células, contiene principalmente agua, proteínas y ribosomas (estructura donde se lle-va a cabo la producción de proteínas). Algunas pro-ducen vacuolas, que sirven para almacenar sustancias de reserva, como azufre. Otras, como las cianobacte-rias, producen vesículas internas de gas que utilizan para regular su flotabilidad y así alcanzar la profun-didad exacta del agua donde la intensidad de la luz y la concentración de nutrientes son óptimos.

La envoltura que rodea el citoplasma de las bac-terias es la membrana plasmática, que está formada, como la de los seres humanos, por lípidos, sólo que algunos son diferentes a los nuestros. A los lípidos “no les gusta” el agua, así que nunca se mezclan con ella, lo cual permite que la membrana plasmática se-pare a las bacterias del medio ambiente y regule el paso de nutrientes, proteínas y demás componentes que necesitan para vivir.

El material genético de las bacterias

se encuentra en el citoplasma

Cianobacterias. Microorganismos unicelulares que presentan membranas internas llamadas laminillas fotosinteti-zadoras (lo que los hace autótrofos). También se les llama algas verdeazuladas. Son las únicas algas procariotas.

Rodeando la membrana plasmática se localiza la pared celular, que es rígida y resistente. Es distinta a la de las plantas, los hongos y las arqueobacterias, ya que está formada de carbohidratos y proteínas. Ge-neralmente, la rigidez de su pared celular determina su forma, que puede ser como bastón curvo o recto, esférica o en espiral.

La pared celular las protege de la deshidratación y de los cambios que se producen en el medio que las rodea; además, evita que entre más agua de la necesaria y engorden hasta reventar. En algunos ca-sos, la pared celular también las protege contra el ataque de las células de defensa del organismo que invaden. En algunas bacterias la pared es muy fina, mientras que en otras es muy gruesa. Finalmente, algunas poseen una cápsula que rodea su pared

ce-lular, la cual les sirve para protegerse de las células de defensa y para retener agua. El tamaño y la composición de la cápsula son variables,

pero en general se parece a una gelatina. Las bacterias que pueden moverse lo hacen por medio de flagelos. Si compraras un globo en el parque, el hilo que lo sujeta sería el fla-gelo, y el globo su cuerpo. Algunas bacterias poseen un solo flagelo; otras tienen uno en cada extremo; otras más tienen grupos de flagelos, y otras los tie-nen distribuidos sobre toda su superficie. Los flage-los les permiten moverse hacia delante o cambiar de dirección, haciendo una especie de movimientos de nado sincronizado. De esta manera se pueden acer-car a sustancias alimenticias o alejarse en busca de mejores lugares, cuando las condiciones ambientales son adversas.

Las bacterias presentan formas diferentes de acuerdo con la rigidez de su pared celular.

La pared celular rodea

la membrana plasmástica

Estafilococos

Vibrio

Coco

A pesar de ser menos complejas que otros orga-nismos, como animales, plantas, parásitos y hongos, su éxito evolutivo y amplia distribución se deben en parte a su gran diversidad metabólica; pueden basar su dieta en casi cualquier nutriente, incluyendo compuestos muy simples, por lo que en ellas se pue-den encontrar todos los mecanismos posibles de ob-tención de energía y de carbono. Según la fuente de carbono que utilicen, se dividen en autótrofas y he-terótrofas, y según la fuente de energía, en fotótrofas y quimiótrofas.

Las fotoautótrofas utilizan la luz como fuente de energía y el CO₂ (dióxido de carbono) como fuente de carbono. Las cianobacterias, que realizan la

foto-síntesis y liberan oxígeno a partir de CO₂, pertene- Formas de obtención de carbono y energía. Fotoautótrofas células Quimioautótrofas células Fotoheterótrofas células Quimioheterótrofas células Flagelo.

Cada una de las prolongaciones de los seres unicelulares, que usan para desplazarse.

Compuesto

cen a este grupo. A ellas se debe la transformación de la atmósfera terrestre hostil, que contenía altos niveles de CO₂.

Las bacterias quimioautótrofas utilizan compues-tos inorgánicos como fuente de energía y el CO₂ como fuente de carbono. Las bacterias del suelo, que juegan un papel muy importante en los ciclos bio-geoquímicos, como los del carbono y el nitrógeno, pertenecen a este grupo.

Gracias a las bacterias nitrificadoras, el nitrógeno es aprovechado por las plantas. Después vuelve a incorporarse a la atmósfera con ayuda de las bacterias desnitrificadoras. Bacterias desnitrificadoras Bacterias nitrificadoras Atmósfera Suelo

Las fotoheterótrofas utilizan la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente de carbono. Finalmente, las quimioheterótrofas utilizan un compuesto químico como fuente de carbono y de energía. La mayoría de las bacterias cultivadas en el laboratorio y también las bacterias patógenas per-tenecen a este grupo.

Muchas bacterias deben vivir en presencia de oxígeno (aerobias), al igual que el ser humano; otras viven en ausencia de oxígeno (anaerobias) y otras más pueden hacerlo en presencia o ausencia de oxí-geno (anaerobias facultativas). Las bacterias que vi-ven en las grietas hidrotermales son anaerobias, así como muchas de las especies que causan intoxica-ciones alimentarias.

La mayoría subsiste a temperaturas de entre 10 y 45 °C (mesófilas). Sin embargo, algunas pueden cre-cer a temperaturas mayores (termófilas), como las que se encuentran en las fuentes termales, o a tem-peraturas menores (psicrófilas), como las que se en-cuentran en el hielo de Siberia, Canadá o la Antár-tida.

Las bacterias juegan un papel fundamental en la naturaleza, en la industria y en el ser humano. En la naturaleza son parte importante de los ciclos bio-geoquímicos. Por ejemplo, algunas fijan el nitrógeno de la atmósfera y lo transforman en compuestos que las plantas pueden absorber a través de sus raíces. Sin ellas, el ciclo del nitrógeno no podría existir.

En la industria también juegan un papel impor-tante, ya que se emplean para producir queso (son

Muchas bacterias deben

vivir en presencia de oxígeno

(aerobias)

Las bacterias también tienen importancia en nuestra vida porque se utilizan para la elaboración de quesos, en la

fabricación de antibióticos y en laboratorios de investigación.

Cultivo de bacterias en una caja de Petri.

responsables, por ejemplo, de los hoyos del queso gruyer) y yogur, así como en la fabricación de anti-bióticos y otros productos químicos. En el trata-miento de aguas residuales, eliminan la materia or-gánica. También se utilizan en laboratorios de investigación para estudiar algunas funciones celula-res y genéticas, debido a que no son tan complejas como las células eucariontes.

En el ser humano, su presencia como flora bacte-riana normal en diferentes partes del cuerpo (boca, intestino, vías respiratorias o vagina, entre otras) es indispensable. En el intestino ayudan a digerir los alimentos y algunas producen sustancias, como vita-minas, que el organismo absorbe de ellas porque no las puede producir. Finalmente, en cualquier parte del cuerpo donde se encuentren impiden la

prolife-Microfotografía electrónica con colores realzados que muestra a la especie Salmonella typhimurium (células rojas), que causa la salmonelosis, invadiendo células humanas en cultivo.

Las bacterias se utilizan para

estudiar algunas funciones celulares

ración de organismos patógenos. Por ello, no se debe abusar de los antibióticos, ya que eso las mata y per-mite el desarrollo de aquellas bacterias que sí pue-den causar daño.

Si una persona enferma y el médico le receta al-gún antibiótico, debe terminar el tratamiento y no exceder el tiempo. Muchas personas, cuando ya se sienten bien, dejan de tomar el antibiótico, lo que provoca que las bacterias de la flora normal y de la patógena se vuelvan resistentes a los antibióticos. Esto ha causado que enfermedades como la tuber-culosis, que antes se curaban con tratamiento, ahora sean nuevamente una amenaza mortal.

La mayoría de las bacterias son útiles para la vida. Sin embargo, algunas son patógenas, ya que causan enfermedades como el cólera, la sífilis, el ántrax, la lepra o la peste bubónica. Las enfermedades bacte-rianas mortales más comunes son las de las vías res-piratorias. Cerca de dos millones de personas mue-ren cada año en el mundo a causa de la tuberculosis, sobre todo en África.

Una de las tareas de las bacterias

es impedir la proliferación de

organismos patógenos

No terminar un tratamiento

con antibióticos puede provocar que la bacteria se vuelva resistente a éstos.

La génesis de las bacterias

F

ue Charles Darwin quien tuvo la idea de que el origen de los seres vivos podía representarse con la forma de un árbol. Posteriormente, se sugirió que un pariente lejano y antiguo de las bacterias pudo haber sido el ancestro común a partir del cual surgie-ron las bacterias, las arqueas y los eucariontes. Esta célula debió de haber compartido características com-binadas con los otros tres, como la replicación del

adn, la producción (síntesis) de proteínas, el tipo de

metabolismo, la división celular, los mecanismos para reparar el adn y la respuesta al medio ambiente.

Los eucariontes aparecieron hace aproximada-mente dos mil millones de años y se caracterizan por la presencia de un núcleo y microtúbulos. Las células eucariontes contienen mucho más adn (unas

720 veces más nucleótidos) que las bacterias y éste se encuentra organizado en cromosomas, los cuales se resguardan dentro del núcleo. Su citoesqueleto (si-milar a un esqueleto, pero microscópico) está cons-tituido por diferentes estructuras tubulares que se distribuyen en la célula. Estos tubos o filamentos es-tán compuestos por una proteína llamada actina y sirven principalmente para darle forma a la célula, mientras que los microtúbulos participan en el trans-porte de los organelos a diferentes regiones de la célula y dirigen a los cromosomas durante la divi-sión celular hacia extremos opuestos, repartiéndolos por partes iguales dentro de las células hijas.

Primer borrador del árbol evolutivo de Chales Darwin donde describe las relaciones entre organismos. Este árbol sugiere que existe un ancestro común que dio origen a las bacterias, las arqueas y los eucariontes

Primer borrador del árbol evolutivo de Charles Darwin, donde describe las relaciones entre

organismos. Este árbol sugiere un ancestro común que dio origen a las bacterias, las arqueas y los eucariontes.

Darwin pensó que el origen de los

seres vivos podía representarse con

Las arqueas son un grupo de organismos que ha-bitan en lugares poco usuales y en condiciones ex-tremas. Frecuentemente se encuentran en ambientes caracterizados por la abundancia de compuestos ri-cos en energía generada por geoquímica, los cuales pudieron haber estado presentes desde hace 3 400 millones de años. Las arqueas no tienen un núcleo como los eucariontes, pero sí cuentan con una pared celular (como algunos eucariontes), la cual no está compuesta del mismo material (peptidoglicanos) que la pared celular de las bacterias.

Por último, las bacterias con un linaje muy anti-guo, de más de 3 800 millones de años, tienen una amplia diversidad y un gran poder evolutivo. Una característica importante, aunque no exclusiva de ellas, es el desarrollo de una pared celular o segunda membrana, la cual les confiere rigidez y les da la

Árbol filogenético que sugiere el origen de las bacterias y el resto de los organismos a partir de un ancestro común. Microtúbulos. Estructuras tubulares que flotan en el citoplasma. Forman una especie de rieles que transportan sustancias y organe-los dentro de la célula.

Organelos.

Estructuras limitadas por una membrana, presentes en el citoplasma de los eucariontes; cada una tiene una función específica.