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8/7/2019 Endosporas_exosporas

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2.2 La celula procariota 79

Carboxisomas. En algunas bacterias autotrofas se encuentran carboxiso-mas. Son estructuras poliedricas del tamano de cabezas de fagos, que ade-mas de algo de DNA contienen al enzima ribulosa-hifosfato-carboxilasa.

Hay carboxisomas en Nitrosomonas, Thiobacillus y muchas cianobacterias.

2.2.8 End6sporas y formas de persistencia

Solo un pequeno grupo de bacterias es capaz de formar endosporas. Laenorme importancia de las endosporas se basa en su resistencia al calor.Mientras que calentando a 80nC durante 10 min (pasteurizacion) mueren

todas las demas bacterias y tambien las celulas vegetativas de los forma-dores de esporas, las end6sporas termorresistentes soportan un calenta-miento considerablemente superior; algunas esporas soportan incluso lacoccion durante horas. La laboriosa y costosa tecnica de esterilizaciontiene como fin la eliminacion de las endosporas. La termorresistencia delas esporas ofrece por otra parte la posibilidad singular del enriqueci-miento selectivo de esporulados; se calienta tierra 0 material de otro habi-tat 10 min a 80"C 0 IOO"C, con 10 que mueren todas las celulas vegetati-vas; solo permanecen viables las esporas termorresistentes, que germinanen una incubacion posterior sabre el medio de cultivo adecuado.

Clasificaci6n de las bacterias formadoras de end6sporas. Con una solaexcepcion las bacterias formadoras de endosporas son bacterias bacilaresGram positivas. La mayorfa son moviles mediante flagelos de insercionperitrica. Los pertenecientes al genera Bacillus son aerobicos estrictos 0

facultativos. En los generos Clostridium y Desulfotomaculum se reunen

los formadores de esporas anaerobicos. EI sistema de obtencion de ener-gfa de los c1ostridios es exclusivamente fermentativo; Desulfotomaculunl

puede obtener energfa por respiracion anaerobica con sulfato como acep-tor de electrones. Sporolactobacillus pertenece a las bacterias del acidolactico. Sporosarcina tiene celulas esfericas, pero por sus caracterfsticasfisiologicas pertenece al genera Bacillus. EI contenido en GC de los for-madores de esporas es sorprendentemente bajo; los clostridios, con uncontenido en GC del 22 al 27% se encuentran en el extrema inferior de la

lista de los contenidos en GC de los pracariotas.

Reconocimiento de las end6sporas. Al microscopista las esporas Ie Ha-

man la atencion por su elevado fndice de refraccion; corresponde al de unaprotefna deshidratada, e indica que en la espora hay una gran cantidad dematerial rico en protefna concentrado en un pequeno espacio. La esporacontiene casi toda la materia seca de la celula materna, pero tiene tan soloun decimo de su volumen. En casos de duda puede determinarse por tin-

cion de esporas si de hecho existe una verdadera endospora. Si se hierveun frotis bacteriano fijado al calor en carbolfucsina, las esporas toman el

Schlegel, H.G., 1997. Microbiologia General, Barcelona: Omega.

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80 2. La celula y su estructura

colorante, y no 10 ceden ni siquiera con etanol 0 acido acetico I molar.mientras que se decolora el resto del espacio celular.

Esporulacion. Las esporas se forman en el interior de la bacteria. La espo

rulaci6n se inicia con una concentracion de material proteico; aumenta el

fndice de refraccion de la zona de la espora; utilizando las sustancias dereserva presentes (acido p o l i - ~ - h i d r o x i b u t f r i c o en los aerobicos, 0 polisacaridos en los anaerobicos) tienen lugar numerosas transformaciones de

sustancias. Durante las primeras cinco horas de la esporulacion se degrada gran parte de las protefnas de la celula materna. Como sustancia especffica de la espora se forma acido dipicolfnico (piridfn-2,6-dicarbonico).En las celulas vegetativas no se presenta este acido. Durante la sfntesis del

acido se captan preferentemente iones calcio; en las esporas maduras elacido esta en forma de quelato caIcico, y puede representar de un 10 a un

15% del peso seco. El acido dipicolfnico se localiza en el protoplasto dela espora, y solo en endosporas termorresistentes (Fig. 2.47 Y2.48).

La esporulacion es uno de los procesos mas complejos de diferenciacionde la celula bacteriana. Se inicia con una division celular especial y desi-gual (Fig. 2.47). Por estrangulamiento de la membrana citoplasmatica se

separa una parte del protoplasto de la celula materna. Este protoplasto dela espora contiene una parte del material nuclear. esto es, un genoma. Eneste caso no se produce, como en el caso de la division celular normaL laformaci6n de una pared celular entre los dos protoplastos; el protoplastode la espora es rodeado por la membrana citoplasmatica de la celulamaterna y es englobado. EI resultado es que el protoplasto de la esporaesta rodeado por dos membranas citoplasmaticas; las dos estan implicadasen la sfntesis de la pared de la espora. La membrana del protoplasto de la

e

rtHaaG "N GOOH

ac. dipicolfnico

Fig. 2.47 Esquema de la esporulaci6n y de la constituci6n de las esporas

maduras. a-b formacion del septa; c-e formacion de fa prespora; f espora madura.

Ci =citoplasma, Mc =membrana citoplasmatica, Pc =pared celular de la celula ger

minativa, Co =cortex de la espora, Eie =envuelta interna de la espora, Eee =envuelta externa de la espora, Ex =exosporia (segun W.G. MURREL).


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-3 -2 -1 o 2 3 4 5 7 Heras

Fig. 2.48 Cambios morfol6gicos y fisiol6gicos durante la esporulaci6n de bac-terias esporogenas aer6bicas. EI proceso se desencadena cuando se ha consu-mido la glucosa (tiempo cero). La formaci6n de las esporas puede seguirse por el

incremento en el contenido en calcio 0 en acido dipicolfnico, asi como por el aumen-

to en el numero de esporas resistentes a la temperatura y en la refringencia. Los

cambios bioqufmicos son paralelos a los morfol6gicos; los estadios 1a VII se repre-sentan esquematicamente en la parte superior.

espora sintetiza hacia el exterior la pared celular germinal; la: membranaprocedente de la celula madre sintetiza hacia el interior la corteza de laespora (cortex). Esta compuesto por una capa gruesa de glucopeptido, quees parecido a la murefna de la pared celular de las celulas vegetativas,diferenciandose, entre otras cosas, por el grado de enlaces transversales.La cubierta extema de la espora esta formada por la celula materna; secompone fundamentalmente de polipeptidos. La celula materna formatambien una fina envuelta polipeptfdica, el exosporio; solo se da en pocas

bacterias (p. ej. Bacillus cereus), y rodea a la espora como una envueltasuelta en forma de globo. Atendiendo a esta doble formacion de capasenvolventes resulta comprensible que las envueltas representen aproxima-damente el 50% del volumen 0 del peso seco de la espora madura.

Inducci6n de la esporulaci6n. Las esporas no representan en absoluto un

estadio obligado en el cicio biologico de los bacilos; bajo condiciones denutricion favorables, los bacilos tambien se reproducen durante un tiempo

ilimitado como celulas vegetativas. La formacion de las esporas no sedesencadena hasta que faltan nutrientes 0 cuando se acumulan productos


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metab61icos; s610 se forman cuando 10 permiten las condiciones genera-les; la desecaci6n no provoca la esporulaci6n. Si se trasladan celulas vege-tativas a agua destilada tiene lugar una "esporulaci6n endotr6fica", esto

es, una formaci6n de esporas a costa de las sustancias de reserva almace-nadas intracelularmente. Aparentemente la esporulaci6n se desencadenapor falta de un sustrato externo. La inducci6n de la esporulaci6n se mani-fiesta a 10 largo de varias homs. Si, por ejemplo, a una suspensi6n de celu-las vegetativas de Bacillus cereus var. mycoides se Ie afiade glucosa dura-te las cinco primeras horas siguientes a haberlos transferido a agua, no se

realiza la esporulaci6n: el sustrato afiadido reprime la esporulaci6n. Si laadici6n de glucosa tiene lugar despues de mas de seis homs, es menos efi-

caz, no se da la represi6n; la inducci6n (desrepresi6n) se mantiene, yentre

las homs decima y decimotercera despues de la transferencia a agua habraesporulado aproximadamente el 90% de las celulas. Segun esto, La espo-ruLaci6n esta reguLada por factores ambientales.

EL numero de celulas esporuladas se incrementa en muchos casos cuando

se afiaden aL medio sales de manganeso.

Por otra parte, la capacidad de formar end6sporas se pierde paulatina-mente cuando se resiembran frecuentemente ceLulas vegetativas. Como

las suspensiones de los formadores de esporas contienen por Lo generaltanto esporas como celulas vegetativas, se acostumbran a calentar breve-

mente antes de resembrarlas. Esta medida ayuda al mantenimiento 0 incre-mento de la capacidad de formar esporas.

Caracteristicas de las esporas maduras. Las esporas se liberan por auto-lisis de las celulas maternas. Las esporas maduras no presentan ningunaactividad metab61ica. Disponen de un elevado grado de resistencia frente ala acci6n del calor, radiaciones y productos qufmicos. La resistencia frenteal calor se atribuye al contenido hfdrico extremamente bajo. Las esporas deBacillus megaterium contienen aproximadamente un 15% de agua, algo asfcomo la lana 0 la casefna seca. Las celulas bacterianas vegetativas liofili-zadas son tambien muy resistentes al calor. Ademas, la termorresistencia

de las esporas es casi proporcional al contenido en acido dipicolfnico.

La resistencia frente a las radiaciones es superior en las esporas que en Las

celulas vegetativas. Es mas 0 menos proporcional al contenido en puentesdisulfuro de las capas proteicas externas. La envuelta de la espora contienefundamentalmente una protefna rica en cistefna, semejante a la queratina.La resistencia qufmica de las end6sporas hay que atribuirla a la impennea-bilidad de La cubierta de la espora frente a muchos productos qufmicos.

Germinacion de las esporas. En medios de cultivo apropiados germinan

La mayorfa de Las esporas. Mediante un tratamiento previa adecuado,almacenamiento y por caLentamiento se eleva el numero (porcentaje) de


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esporas que germinan. Para Bacillus subtilis se considera como tratamiento 6ptimo para la esporulaci6n un perfodo de reposo de siete dfas, yun calentamiento en agua a 60°C durante 5 minutos. Otras esporas pueden

activarse por una ebullici6n breve (10 min a IOO"C). El tratamiento porshock termico ha de ser inmediatamente anterior a la siembra de las esporas, ya que el proceso de activaci6n es reversible. La germinaci6n de lasesporas va precedida de una captaci6n de agua y de una hidrataci6n. Lagerminaci6n de las esporas activadas requiere en algunos casos la presencia de glucosa. aminoacidos, nucle6sidos y otras sustancias. Durante la germinaci6n se suceden profundas modificaciones fisiol6gicas: aumentanrapidamente la respiraci6n y las actividades enzimaticas; se excretan ami

noacidos, acido dipicolinico y peptidos; la perdida de peso seco de lasesporas durante la germinaci6n supone del 25 al 30%. Durante la germinaci6n las esporas pierden la resistencia termica. EI tubo germinativo quesurge de la espora parece estar rodeado por una pared celular incompleta,muy delgada, de fOffi1a que los protoplastos incluso pueden captar DNA(vease Transformaci6n). La aparici6n del tubo germinativo puede ser polaro lateral, rasgandose 0 perforandose las cubiertas de la espora (Fig. 2.49).

Fig. 2.49 Esporas en germina-

cion. 1 Germinaci6n polar de una

espora de Clostridium (con exos-

porio); 2 germinaci6n polar de una

espora de Bacillus megaterium; la

cubierta de la espora ha quedado

pegada; 3 germinaci6n lateral de

esporas de Bacillus, 3a B. cereus,

3b B. subtilis.

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Duradon de la vida de las esporas. En forma de esporas las bacteriaspueden permanecer durante largos lapsos de tiempo en estado de vidalatente. En la tierra adherida a las plantas del herbario del Jardin de Kew(Inglaterra), almacenadas secas durante 200 a 320 aiios, s610 pudierondemostrarse unas pocas esporas viables de Bacillus subtilis y B. licheniformis. En muestras de hace 50 a 100 afios se encontraron ademas B. coa-gulans y B. circulans. Al valorar experimentos de este tipo se vio que en50 aiios perdfan la viabilidad el 90% de las esporas almacenadas en tierraseca. Segun esto, una tonelada de tierra seca todavia tendrfa algunas esporas viables despues de 1000 aiios.

En estado de sequedad se mantiene durante alios la viabilidad de muchas bacterias,

sino todas SI la mayorfa. Para conservar las bacterias en colecciones por 10 gene

ral se secan celulas vegetativas congeladas (liofilizaci6n) y se guardan a temperatura ambiente, 0 a temperaturas inferiores bajo vacfo. Tal como ya calcul6 BEQUEREL,


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los microorganismos pueden mantenerse durante millones de arios a temperaturas

pr6ximas al cero absoluto; experimentos a corto plaza con nitr6geno Ifquido. y su

extrapalaci6n, parecen confirmar esta suposici6n. Las bacterias sensibles a la Iio-

filizaci6n pueden mantenerse en suspensiones durante arias a la temperatura delnitr6geno Ifquido.

Otras formas de perdurabilidad (cistos, exosporas, mixosporas). Lasend6sporas son las formas de perdurabilidad de las bacterias mas resistentes frente al calor, la desecaci6n, la radiaci6n y las influencias qufmicas. Ademas de las end6sporas se encuentran en algunas otras pocas bacterias diferentes celulas de perdurabilidad: las ex6sporas y los cistos. La

fonnaci6n de ex6sporas s610 se ha visto hasta ahora en la bacteria oxidadora del metano Methylosillus trichosporium; las ex6sporas surgen porgemaci6n de la celula materna, y tienen las caracterfsticas de las end6sporas de Bacillus. Algunas bacterias forman celulas esferaidales de paredgruesa, que se Haman cistos. En la formaci6n de los cistos al agotarse losnutrientes, se transforma la celula vegetativa bacilar entera en un cisto, y

no s610 una parte de la celula, como en la formaci6n de las end6sporas.Los cistos de las especies del genera Azotobacter y Methylocystis son

resistentes frente a la desecaci6n, al tratamiento mecanico y a las radiaciones, pera no frente al tratamiento termico. Una transformaci6n semejante se da tambien en la formaci6n de mix6sporas a partir de las celulasvegetativas bacilares de los generas Myxococcus y Sporocytophaga.

Las celulas del genera Arthrobacter (A. globiformisl son pleom6rficas.Cuando disponen de abundante sustrato crecen en forma de bacilos; cuando se agota el sustrato aparecen celulas cocoidales. Arthrobacter pertene

ce a las bacterias que resisten la desecaci6n del suelo en estado de reposodurante un cierto tiempo; no se conoce ninguna diferenciaci6n estructural.

2.2.9 Pigmentos de las bacterias y los hongos

Muchas colonias bacterianas y de hongos Haman la atenci6n por su coloraci6n caracterfstica, bien debido a una excreci6n de un colorante al

medio, 0 bien por la pigmentaci6n de las celulas. La capacidad de sintetizar sustancias coloreadas esta determinada geneticamente y es por tantocaracterfstica. Las formas coloreadas se reconocen e identifican facilmente. Los pigmentos son derivados de distintas clases de sustancias: carotenoides, pirroles, azaquinonas, antocianos, etc. (Fig. 2.50).

Efecto protector frente a la luz y la radiacion UV. En las placas de Petrique contienen agar nutritivo complejo y que estan expuestas durante un

cierto tiempo a aire con polvo, aparecen frecuentemente colonias coloreadas. Predominan los tonos amarillos, naranja y rajo debidos a carotenoi-


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