CLASE #13: MORFOLOGIA Y ESTRUCTURA BACTERIANA

Respecto a la morfologa bacteriana se presentan dos formas: la vegetativa y la de

esporas. La vegetativa es la que siempre est presente en las bacterias. Algunas de

ellas (bacillus y los clostridium) van a tener los 2 estadios de vegetativo a esporas y

viceversa en un solo ciclo.

Las clulas que se multiplican, se reproducen en forma viva son las clulas

vegetativas. Las que forman un estado de resistencia a los agentes fsicos y qumicos

se le llama espora, y se forma en el momento en que la cantidad de nutrientes y agua

disminuye en el ambiente, tanto que forma la espora. Este ciclo de forma vegetativa a

espora es el nico ciclo que tiene la clula bacteriana, aunque no lo tienen todas las

bacterias, solo las que esporulan.

Las formas bacterianas bsicas son:

- Cocos: Forma redonda. Tienen tamao de 0.5 a 1 mm o de 1-2 mm.

- Bacilos: Forma de bastones. Pueden ser curvados como el bacilo del clera

Vibrio cholerae.

- Espirilos: Forma espirilar. Se notan diferencias, hay unas que se colorean y se

pueden distinguir.

- OTROS: Micoplasmas (no tiene pared celular, no tiene morfologa definida, son

polimorfas por no tener pared), chlamydias y nickettsias (no se vern en

microscopio de luz corriente, ambas estn dentro de las clulas en donde ellas

son parasitas.)

Hay dos tipos de microscopios: De luz corriente y el electrnico de barrido que sirve

para ver estructuras bacterianas, como la pared celular.

Las bacterias son las clulas ms pequeas. Miden 1 m de dimetro y son

procariotas porque tienen un nuclolo o nucleoide en donde se encuentra su

informacin gentica, no tienen membrana nuclear. El cromosoma de una bacteria

tpica, como Escherichia coli, es una molcula nica circular con dos cadenas de cido

desoxirribonucleico (ADN), que contiene aproximadamente unos 5 millones de pares

de bases. El nuclolo se encuentra en el citoplasma.

Adems, las bacterias no poseen: mitocondrias, aparato de Golgi, retculo

endoplasmatico, cloroplastos, peroxisomas. Las procariotas se reproducen por divisin

binaria. Los organelos que si poseen son los ribosomas.

Antony van Leeuwenhoek fue la primera persona en observar bacterias en el

siglo XVII.

Christian Gram: Coloracin de gram en el siglo XVIII. En el momento se

desconoca que la razn por la que las bacterias se coloreaban o no era por la

pared celular diferente de estos grupos de bacterias.

La tincin de Gram es una prueba rpida, potente y sencilla que permite al

clnico distinguir entre dos clases fundamentales de bacterias, establecer un

diagnstico inicial e iniciar el tratamiento basndose en las diferencias

inherentes entre las bacterias.

BACTERIAS GRAM POSITIVAS

Se tien de morado porque el colorante queda atrapado en una gruesa capa de

peptidoglucano a modo de malla entrelazada, que rodea a la clula. En la pared de

clulas bacterianas Gram positivas hay una pared celular compuesta del 50% por

peptidoglucano que es degradada por lisozima.

El peptidoglucano es un exoesqueleto en forma de malla con una funcin semejante

a la del exoesqueleto de los insectos. Sin embargo, el peptidoglucano de la clula es

lo suficientemente poroso como para permitir la difusin de los metabolitos a la

membrana plasmtica. El peptidoglucano es un elemento clave para la estructura, la

replicacin y la supervivencia de la clula en las condiciones normalmente hostiles en

las que proliferan las bacterias.

La malla de peptidoglucano est formada por un polmero de polisacrido de N-

acetilglucosamina y N-acetilmuramico (esos son los dmeros que se repiten) cruzado

por puente peptdico. Los pptidos estn entrecruzados a travs de un puente

peptdico existente entre la d-alanina (d-Ala) terminal de una cadena y una lisina (Lys)

(o bien otro aminocido de tipo diamino) de otra cadena. En Staphylococcus aureus,

un puente de pentaglicina (gly5) se encarga de ampliar el entrecruzamiento.

La cualidad de estos aminocidos que los unen es que se van a encontrar D y

tambin L. Los L se encuentran en todos los seres vivos, pero los aminocidos D

son exclusivos de las bacterias y la cantidad de ellos varan entre las especies

bacterianas.

Posee tambin otros componentes:

- Protenas

- cidos teicoicos: Polmeros hidrosolubles de fosfatos de poliol que estn unidos

al peptidoglucano mediante enlaces covalentes y son fundamentales para la

viabilidad celular. constituyen unos sealados factores de virulencia.

- cidos Lipoteicoicos: Poseen un cido graso y se encuentran unidos a la

membrana citoplsmica. Son antgenos de superficie.

- Polisacridos complejos: Denominados polisacridos C.

Las Gram positivas tienen dos tipos de protenas, que utilizan los taxnomos para

tipificarlos:

Protena M: En la pared celular de los estreptococos virulentos.

Protena R: En los staphylococos.

BACTERIAS GRAM NEGATIVAS

Tienen una capa de peptidoglucano ms delgada, que no retiene el violeta cristal, de

forma que las clulas se tien con la safranina empleada como contraste y se ven

rojas.

La delgada capa de peptidoglucano que representa tan slo entre un 5% y un 10% del

peso de la pared celular. Adems, la pared celular gramnegativa no contiene cidos

teicoicos ni lipoteicoicos. En la parte externa de la capa de peptidoglucano se halla la

membrana externa, la cual es exclusiva de las bacterias gramnegativas.

La pared celular de los gramnegativos est atravesada tambin por distintos sistemas

de transporte, que incluyen los dispositivos de secrecin de tipos I, II, III, IV y V

Las bacterias que no se pueden clasificar en funcin del resultado con el Gram

incluyen las micobacterias, que tienen una cubierta externa de tipo creo y que se

distinguen bien con la tincin de cido-alcohol resistencia, y los micoplasmas, que no

tienen peptidoglucanos.

La membrana citoplasmica tiene enzimas y protenas estructurales. Los beta

lactamicos (grupo funcional de la penicilina) actan a nivel de pared celular, la bacteria

no los sintetiza y la bacteria se lisa.

Por su agrupacin se le da el nombre de estreptococo a los cocos en cadena que

pueden ser GRAM positivos o negativos. Tambin existe la clasificacin de diplococos.

Espacio periplsmico. El espacio entre las membranas interna y externa, conocido

como espacio periplsmico contiene la capa de peptidoglucano y una solucin de

protenas que se comporta como un gel. El espacio periplsmico representa casi 20 a

40% del volumen celular, lo que de ninguna manera es insignificante. Las protenas

periplsmicas incluyen protenas fijadoras de sustratos especficos (p. ej.,

aminocidos, azcares, vitaminas, y iones), enzimas hidrolticas que ayudan a

dijeren y absorben (p. ej., fosfatasa alcalina y 5-nucleotidasa) desdoblan en sustratos

no transportables hacia otros transportables adems de incluir enzimas

destoxificadoras (p. ej., lactamasa y fosforilasa de aminoglucsidos) que inactivan

ciertos antibiticos.

Lipopolisacarido tiene que ver con la patognesis bacteriana, tambin se le llama

endotoxina bacteriana. Se libera o se despega de la bacteria y causa fiebre alta,

dolor. Los libros anteriormente decan que se liberaba esta endotoxina bacteriana

cuando se lisa pero tambin que la endotoxina se desprende y se libera al exterior.

Investigar cual es la parte antignica de endotoxina y la parte toxica

La endotoxina Contiene tres partes:

- Lpido A (disacrido fosfatado ms lpidos de cadena corta)

- Ncleo (estructura de polisacridos)

- Polisacrido O, de cuerpo o somtico (residuos de oligosacridos)

El lpido A est formado por un disacrido de de dos unidades de glucosamina

fosforilada unidas por enlace (16), esterificado con cidos grasos; los ms

comunes son el cido caproico, cido lurico, cido mirstico, cido

palmtico ycido esterico. El lpido A es la endotoxina bacteriana, y es el

responsable del desencadenamiento de la respuesta inmunitaria en el sujeto

infectado y, por tanto, de la fiebre y el malestar.

El ncleo o Core es un oligosacrido que se puede dividir en una regin interna,

compuesta por cido 3-desoxi-D-manooctulosnico, y una externa formada por

hexosas (glucosa, galactosa y N-acetilglucosamina).

El antgeno O o antgeno somtico es la estructura ms externa de la bacteria.

Permite clasificar a las especies que lo poseen en serogrupos. Est formado por

polmeros de oligosacridos de longitud variable. Acta como receptor para

muchos bacterifagos, y en el hospedador evita el reconocimiento del lpido A por

parte de los macrfagos. El antgeno O sirve como base para hacer

serotipificaciones para evaluar el tipo de microorganismo.

Estructura citoplasmica:

El citoplasma de la clula bacteriana contiene ADN cromosmico, ARNm, ribosomas,

protenas y metabolitos. A diferencia del cromosoma de los eucariotas, el cromosoma

bacteriano se compone de una nica molcula circular de doble cadena que no est

contenida en un ncleo, sino en una zona definida conocida como nucleoide.

Asimismo, este cromosoma carece de histonas que mantengan la conformacin del

ADN y este no forma nucleosomas. La clula puede tambin poseer plsmido. Los

plsmidos son pequeos pedacitos de ADN extracromosomal, que no tienen que ver

con la funcin de la bacteria, estosleproporcionan cualidades adquiridas por la bacteria

en su vida vegetativa. Los plsmidos son los encargados de dar la resistencia frente

a uno o ms antibiticos.

La ausencia de membrana nuclear simplifica las necesidades y los mecanismos de

control de la sntesis de protenas. La falta de esta membrana nuclear conlleva el

acoplamiento de los procesos de transcripcin y de traduccin; en otras palabras, los

ribosomas se fijan al ARNm y fabrican protenas a medida que se est sintetizando el

ARNm an unido al ADN.

El ribosoma bacteriano consta de dos subunidades de 30S y 50S que forman un

ribosoma 70S. Este ribosoma es distinto del ribosoma 80S (subunidades 40S y 60S)

de los eucariotas tales como los protozoarios. Las protenas y el ARN del ribosoma

bacteriano son muy distintos de los observados en los ribosomas de los eucariotas y

constituyen un sealado objetivo de los frmacos antibacterianos.

Las bateras que no tiene pared celular, en el caso de micoplasmo la membrana tiene

la capacidad de conferir a la bacteria estabilidad mediante esta presin.

Las bacterias pueden perder la pared celular la cualidad para poder vivir sin la pares

es que debe encontrarse en un ambiente isoosmoticos por su misma osmolaridad.

PARED CELULAR

La estructura nica de la pared previene la lisis osmtica y determina la forma.

La pared celular bacteriana debe su resistencia a una capa compuesta de diversas sustancias conocidas peptidoglucanos (todos son sinnimos). La mayor parte de las bacterias se clasifican como grampositivas o gramnegativas con base en su respuesta al procedimiento de tincin de Gram.

La tincin de Gram depende de la capacidad de ciertas bacterias (grampositivas) para retener un complejo de cristales de color violeta (un colorante de color violceo) adems de yodo despus de un breve lavado con alcohol o acetona. Las bacterias gramnegativas no retienen el complejo de colorante-yodo y se vuelven translcidas, pero pueden volverse a teir con safranina (un colorante de color rojo). As, las bacterias grampositivas adquieren un aspecto violceo bajo el microscopio, en tanto que las bacterias gramnegativas se ven de color rojo. La diferenciacin entre estos dos grupos refleja diferencias fundamentales en sus envolturas celulares.

Adems de brindar proteccin osmtica, la pared celular desempea una funcin esencial en la divisin celular, tambin sirve como preparador para su propia biosntesis. Varias capas de la pared son sitios de determinantes antignicos mayores

dela superficie celular y uno de sus componentes (los lipopolisacridos de las paredes celulares de bacterias gramnegativas) son causantes de la actividad endotxica inespecfica de las bacterias gramnegativas. En trminos generales, la pared celular no muestra permeabilidad selectiva; sin embargo, una capa de la pared gramnegativa (la membrana externa) evita el paso de molculas relativamente grandes.

MEMBRANA CITOPLASMTICA

La membrana contiene muchas protenas de transporte que permiten la captacin de

metabolitos y la liberacin de otras sustancias, as como bombas de iones (para

mantener un potencial de membrana) y enzimas. La cara interna de la membrana se

encuentra tapizada de filamentos proteicos tipo actina tambin posee metoso ms

hacia el interior del citoplasma los cuales participan en la determinacin de la forma de

la bacteria y el lugar de formacin del tabique en la divisin celular.

Las principales funciones de la membrana citoplasmtica son:

1. Permeabilidad selectiva y transporte de solutos; 2. Transporte de electrones y fosforilacin oxidativa en especies aerobias 3. Excrecin de exoenzimas hidrolticas; 4. Transporte de enzimas y molculas que participan en la biosntesis de DNA,

polmeros de la pared celular y lpidos de la membrana, 5. Portar receptores y otras protenas quimiotcticas y otros sistemas sensoriales

de transduccin.

CPSULA Y GLUCOCLIZ Su principal funcin es antifagoctica (importante factor de virulencia), sirven para adherencia de la bacteria a alguna clula o estructura corporal.

Muchas bacterias sintetizan grandes cantidades de polmeros extracelulares cuando crecen en sus ambientes naturales. Los trminos cpsula y capa mucilaginosa con frecuencia se utilizan para describir capas de polisacridos; tambin se utiliza el trmino ms incluyente, glucocliz que se define como el material que se encuentra fuera de la clula y que contiene polisacridos. Una capa condensada, bien definida que rodea en forma estrecha a la clula y que excluye partculas, como la tinta china, se conoce como cpsula. Si el glucocliz tiene una asociacin laxa con la clula y no excluye partculas, se le denomina capa mucilaginosa. Los polmeros extracelulares son sintetizados en la superficie de la clula bacteriana. Estos polmeros se denominan homopolmeros. Los polmeros que contienen ms de un tipo de monosacridos se denominan heteropolmeros. La cpsula contribuye a la capacidad de invasin de la bacteria patgena; las clulas encapsuladas estn protegidas de la fagocitosis a menos que estn cubiertas con anticuerpos anticapsulares. El glucocliz participa en la

adherencia bacteriana a las superficies en su entorno, lo que incluye clulas hospedadoras vegetales y animales. Como las capas de polisacridos externas se unen a una cantidad significativa de agua, la capa de glucocliz puede participar en la resistencia a la desecacin.

Otras estructuras: FLAGELOS: Son rganos de locomocin para las estructuras que los poseen. Se conocen tres tipos de disposicin:

- monotrico (flagelo polar nico) - lofotrico (mltiples flagelos polares) - peritrico (flagelos distribuidos sobre la totalidad de la clula).

Un flagelo bacteriano est constituido por varios miles de molculas de subunidades protenicas denominadas flagelina. La flagelina de diferentes gneros bacterianos probablemente difiera de otra en cuanto a su estructura primaria. Son muy antignicas (antgeno H) y algunas de las respuestas inmunitarias a la infeccin se dirigen contra estas protenas. Los flagelos se unen al cuerpo celular bacteriano por una estructura compleja formada por un gancho y un cuerpo basal. El gancho es una estructura curvada corta que parece actuar como articulacin universal entre el motor en la estructura basal y el flagelo. Los cuerpos basales cuentan con un grupo de anillos, un par en las bacterias grampositivas y dos pares en las bacterias gramnegativas. Los anillos marcados con L y P estn ausentes en las bacterias grampositivas. FIMBRIAS (PILIS): A diferencia de los flagelos que son gruesos y largos, los pilis o fimbrias son proyecciones delgadas y cortas formadas por una protena llama pilina. Dos tipos:

1. Pilis ordinarios o comunes, son mltiples y rodean toda la bacteria. 2. Pilis sexuales, nicos y suelen ser ms largos que los pilis ordinarios.

Funciones:

- Los pilis ordinarios tienen la funcin principal de adhesin pero se les han reconocido tambin funcin toxica, antifagoctica y de evasin del sistema inmune.

- El pilis sexual se encarga del intercambio de material gentico, del traslado de plsmidos de una clula a otra.

Muchas bacterias gramnegativas poseen apndices superficiales rgidos denominados pilosidades o fimbrias Son ms cortos y ms finos que los flagelos y al igual que stos, se componen por subunidades protenicas estructurales denominadas pilinas. Algunas pilosidades contienen un tipo nico de pilina en tanto que otras tienen ms de

una. Las protenas menores denominadas adhesinas se ubican en la punta de las pilosidades y participan en sus propiedades de unin. Pueden distinguirse dos clases:

- Pilosidades ordinarias, que participan en la adherencia de bacterias sintticas y patgenas con las clulas del hospedador y

- Pilosidades sexuales, que participar en el mecanismo de unin de clulas donadas y receptoras para la conjugacin bacteriana.

La motilidad a travs de pilosidades es completamente diferente del movimiento flagelar. Las molculas de pilina muestran disposicin helicoidal para formar un cilindro recto que no rota y que carece de un cuerpo basal completo. Su punta se adhiere fuertemente a superficies distantes a la clula. Ms tarde, las pilosidades sufren despolimerizacin desde el extremo interno y de esta forma sufren retraccin al interior de la clula. El resultado es que la bacteria se mueve en la direccin en que se adhiere la punta. Este tipo de movimiento superficial se denomina fasciculaciones y se observa a menudo en bacterias con pilosidades. A diferencia de los flagelos, las pilosidades crecen desde el interior de la clula hacia el exterior. La virulencia de ciertas bacterias patgenas depende de la produccin de toxinas y tambin de antgenos de colonizacin, los cuales son pilosidades ordinarias que proporcionan a las clulas propiedades de adherencia. Al igual que las cpsulas, las pilosidades inhiben la capacidad fagoctica de los leucocitos. ENDOSPORAS: Son estructuras de resistencia, no son estructuras de multiplicacin como en los hongos.

Cuando las condiciones no son ptimas las clulas producen las esporas y se destruyen, estas esporas quedan ah hasta que las condiciones se vuelvan favorables para volver a ser una clula vegetativa. Las bacterias que producen esporas tienen un ciclo de vida que puede alternar entre una clula de estado vegetativo y una espora.

Las esporas pueden ayudar a resistir a la clula inclemencias ambientales como el calor, desecacin y la presencia de algunos agentes qumicos que a una clula en su estado vegetativo podran destruir.

Esta resistencia a agentes qumicos se debe especialmente a una estructura de la espora que se conoce como capa o cubierta porque en esta se encuentra una protena muy parecida a la queratina que impermeabiliza la piel, esta protena impermeabiliza la espora y con ello evita la entrada de agentes qumicos que puedan daar la estructura interna.

En el ncleo de la espora se forma abundante cantidad de dipicolinato de Ca, este compuesto hace que esta bacteria sea muy resistente tanto al calor como a la desecacin.

En el centro hay una porcin de citoplasma muy deshidratada, material gentico, ribosomas y algunas enzimas que se encargan de la maquinaria gentica cuando se activa la clula, rodeando todo est la membrana de la espora que ser la membrana plasmtica de la clula y la pared de la espora que pasara a ser la pared celular. La

mayora de las bacterias que producen esporas son grampositivas. La posicin de las esporas cambia segn la especie de bacteria.

AGRUPACIN BACTERIANA

Las bacterias se pueden clasificar por su morfologa.

- Si la bacteria tiene una forma alargada o de bastn se conoce con el nombre de BACILO.

- Si tiene forma esfrica o redondeada se le da en nombre de COCO. - Si es de forma espiral es ESPIROQUETA.

Bacilo-Coco-Espiroqueta formas bsicas

Arreglos:

Ej. Diplobacilos (dos clulas unidas), estreptobacilos (cadena de bacilos), cocobacilos (bacilos muy cortos).

Modificaciones por multiplicacin:

- Si se dividen transversalmente y quedan las clulas acumuladas unas tras otras forman cadenas (ej. estreptococos).

- Si se dividen en grupos de cuatro, es decir divisin en dos planos entonces forman tetrales.

- Las divisiones pueden ser mltiples y formar estructuras cubicas que se conocen como sarcinas o forman estructuras que asemejan racimos como en los staphylococcus (staphyle= racimos).

Modificacin de forma:

La forma ms comn son las espiroquetas pero hay unas bacterias que tienen menor cantidad de hlices que son modificaciones de espiroquetas que siempre tienen forma helicoidal pero en menor medida y se conocen como espirilos, otras que no forman hlices sino ms bien forman estadios puros que son caractersticos de un grupo de bacterias del genero Vibrio.