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BACTERIAS

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BACTERIAS
Fisiología bacteriana
Permite conocer el modo de vida y el hábitat de diferentes especies bacterianas.
Además, permite formular medios de cultivo para el aislamiento e identificación de los patógenos participantes
comprende el estudio de las funciones realizadas por los microorganismos
Eficiencia de las bacterias
Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida todos sus componentes celulares, siendo la mayoría autosuficientes a pesar de su simpleza estructural. Para que esto ocurra, en la bacteria se desencadenan una serie de procesos químicos que en su conjunto constituyen el metabolismo bacteriano.
Metabolismo
Se refiere al conjunto de reacciones químicas que se producen en la célula y tiene tres funciones específicas.
Obtener energía química del entorno y almacenarla, para luego usarla en diferentes funciones celulares.
Convertir los nutrientes exógenos en unidades precursoras de los componentes macromoleculares de la célula bacteriana.
Formar y degradar moléculas necesarias para cumplir funciones celulares específicas, por ejemplo: movilidad y captación de nutrientes

Anabolismo
Proceso por el cual la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes.
Resulta en la producción de nuevo material celular; también se denomina biosíntesis.
Catabolismo
Conjunto de reacciones degradativas de los nutrientes para obtener energía o para convertirlos en unidades precursoras de la biosíntesis
Clases de Nutrientes
OTROS CONCEPTOS
Autotrofas estrictas
son aquellas bacterias incapaces de crecer usando materia orgánica como fuente de carbono.
REQUERIMIENTOS DE pH
nutrición y crecimiento
La capacidad de captación de nutrientes y de síntesis de nuevos productos es muy variable entre distintas especies bacterianas Todas las bacterias necesitan para desarrollar ciertos elementos básicos como ser C, P, S, N y agua
Nutrición bacteriana es el proceso mediante el cual las bacterias captan nutrientes a partir del medio que las rodea. Dichos nutrientes deben estar en solución, aún aquellos que son gaseosos.
Macronutrientes
división de bacterias según fines de aprovisionamiento de energía
HIDRÓGENO
OXÍGENO
AZUFRE
CARBONO
NITROGENO
FOSFATO
CATIONES
litótrofas
organotrofas
requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes...).
Son aquellas que sólo requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH2 S0, NH3, NO2-, Fe, etc
división de bacterias según fines biosinteticos
autotrofas
heterotrofas
su fuente de carbono es orgánica (si bien otros elementos distintos del C pueden ser captados en forma inorgánica).
crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas sencillas. Ahora bien, habitualmente el concepto de autotrofía se limita a la capacidad de utilizar una fuente inorgánica de carbono, a saber, el CO2.
Micronutrientes
OLIGOELEMENTOS
COFACTORES ENZIMATICOS
intervienen en reacciones catabolicas
mantenimiento de estructuras
CO, Zn, Mo, Cu, Mn
FACTORES DE CRECIMIENTO
AMINOACIDOS ESENCIALES
VITAMINAS
BASES PURICAS Y PIRIMIDICAS
FACTORES X
METABOLITOS ESENCIALES
ACETIL CoA
PIRUVATO
Mixotrofas
son aquellas bacterias con metabolismo energético litotrofo (obtienen energía de compuestos inorgánicos), pero requieren sustancias orgánicas como nutrientes para su metabolismo biosintético.
En la naturaleza, estos elementos se encuentran combinados, formando parte de sustancias orgánicas o inorgánicas. Algunos de los nutrientes serán incorporados para construir macromoléculas y estructuras celulares; otros solo sirven para la producción de energía, y no se incorporan directamente como material celular; finalmente, otros pueden ejercer ambos papeles.
aquellos que son requeridos por todos los procariotas): agua, CO2, fosfatos y sales minerales;
Universales
PARTICULARES
FACTORES DE CRECIMIENTO
Los factores de crecimiento son moléculas orgánicas específicas que, en muy pequeña cantidad, algunas bacterias necesitan para crecer. Suelen ser coenzimas o sus precursores, vitaminas, que determinadas bacterias no pueden fabricar por sí mismas, al carecer de parte o toda una ruta biosintética.
Las bacterias necesitan grandes cantidades de agua
el principal constituyente del protoplasto bacteriano;
el medio universal donde ocurren las reacciones biológicas;
un reactante en exceso (es decir, un producto resultante de algunas reacciones bioquímicas).
las fuentes de agua pueden ser:
endógena: procedente de procesos de oxido-reducción;
exógena (la más importante): procedente del medio, y que difunde a través de las membranas.
La disponibilidad de agua se mide por un parámetro llamado actividad de agua o potencial de agua, indicativo del agua libre, y que se expresa como

aW= PS/PW

donde PS es la presión parcial de vapor de agua en la solución problema y PW es la presión parcial de vapor del agua destilada.
El anhidrido carbónico es requerido por todo tipo de bacterias:
Las autotrofas lo requieren como fuente de carbono, y lo reducen usando como fuente de energía la luz (en el caso de las fotoautotrofas) u oxidaciones de determinadas sustancias inorgánicas (los quimioautolitotrofos).
Las arqueas metanogénicas pueden usar el CO2 como aceptor de los electrones procedentes de la oxidación del H2, proceso por el que obtienen su energía de modo litotrofo
Normalmente, las bacterias crecen a la concentración de CO2 atmosférico (0.03%), pero algunas bacterias (Neisseria, Brucella), cuando se aislan por primera vez, requieren atmósferas enriquecidas, con 5-10% de CO2. Ello parece deberse a que poseen alguna enzima con baja afinidad hacia el carbónico; sin embargo, tras varios subcultivos, suelen adaptarse a crecer a tensiones normales.
fósforo
Suele requerirse en forma de fosfatos, sea orgánicos o inorgánicos. Las bacterias que pueden usar los fosfatos orgánicos (merced a la posesión de fosfatasas) no dependen absolutamente de ellos, ya que pueden recurrir igualmente a los fosfatos inorgánicos. Los fosfatos orgánicos son hidrolizados por fosfatasas extracelulares o (en las Gram-negativas) periplásmicas (p.ej., la fosfatasa alcalina).
sales minerales
Las sales minerales son la fuente de aniones (p. ej. el Cl-) y de cationes para la célula. Los siguientes cationes, concretamente, se necesitan en cantidades relativamente grandes: K+, Mg++, Ca++, Fe++.
El ión potasio (K+):
interviene en la activación de una variedad de enzimas, incluyendo las que participan en la síntesis de proteínas.
magnesio
calcio
hierro
manganeso
cobalto
zinc
molibdeno
niquel
NITRÓGENO Y AZUFRE
Los elementos N y S (que requieren todos los seres vivos) pueden ser captados por las bacterias de modos muy distintos, dependiendo de sus capacidades biosintéticas.
La atmósfera contiene enormes cantidades de nitrógeno no combinado (libre) en estado gaseoso: el nitrógeno molecular o dinitrógeno (N2), que procede de microorganismos desnitrificantes
La fijación del N2 es un proceso de reducción que convierte el nitrógeno molecular en amoniaco, según la siguiente ecuación:

N2 + 8H+ + 8e + 18 ATP ---------> 2NH3 + H2 + 18 (ADP + Pi)
Ejemplos: las bacterias del género Brucella requieren como factores de crecimiento en sus medios de cultivo la biotina, niacina, tiamina y ácido pantoténico. Haemophilus necesita suplementos de grupos hemo y piridín-nucleótidos.
ESCRIBA AL MENOS 5 EJEMPLOS MAS
TEMPERATURA DE CRECIMIENTO
Bacterias Mesófilas: desarrollan mejor a temperaturas intermedias, entre 20 - 45ºC (Staphy-lococcus, Streptococcus)

Bacterias Termófilas: son capaces de soportar altas temperaturas, de 55ºC o más (Bacterias no patógenas)

Bacterias Estenotérmicas, son mesófilas pero sólo desarrollan y sobreviven en rangos es-trechos de temperatura, entre 35 - 36ºC (Neisseria)

Bacterias Euritérmicas: son capaces de sobrevivir en amplios rangos de temperatura, entre 0- 44ºC. (Enterococcus)

Bacterias Psicrófilas: soportan bajas temperaturas, entre 0 - 20ºC (Pseudomonas, Listeria)

Neutrófilas: entre 5,5 - 8,0 (Staphylococcus, enterobacterias)

Acidófilas: entre 0,0 - 5,5 (Lactobacillus)

Alcalófilas: entre 8,0 - 11,5 (Vibrio)
Absorción de Nutrientes
La encargada de la absorción selectiva de nutrientes es la membrana citoplasmática ya que la pared es porosa e impide solo el paso de elementos de gran tamaño insolubles o particulados.
La absorción de nutrientes se realiza a través de la membrana plasmática mediante los siguientes mecanismos de transporte:
OBTENCIÓN DE ENERGÍA
Para poder desempeñar los procesos metabólicos, las bacterias, como todos los seres vivos deben producir y almacenar energía para luego poder reutilizarla.
El proceso general de obtención y consumo de energía puede sintetizarse como sigue
RESPIRACIÓN AERÓBICA
OXIDACIÓN
Ocurre en presencia de oxígeno, es decir en aerobiosis. El sustrato es la glucosa u otro azúcar y el aceptor final de electrones es el oxígeno molecular
Glucosa + O2 CO2 + H2O+ 38 ATP

1.Glucólisis
2.Decarboxilación oxidativa
3.Ciclo de Krebs
4.Transporte de electrones
RESPIRACIÓN ANAERÓBICA
Ocurre en ausencia de oxígeno. El sustrato es la glucosa u otros azúcares y los aceptores finales de electrones son iones inorgánicos.
Glucosa + S CO2 + SH2 + 34 ATP

1.Glucólisis
2.Decarboxilación oxidativa
3.Ciclo de Krebs
4.Transporte de electrones
Oxígeno y peróxido de hidrógeno
peroxidasa y superoxidasa dismutasa
Oxígeno y agua
Este mecanismo es utilizado por las bacterias anaerobias obligadas y las anaerobias facultativas en anaerobiosis.
FERMENTACIÓN
Es un proceso que ocurre en ausencia de oxígeno. El sustrato es la glucosa u otros azúcares y los aceptores finales de electrones son moléculas orgánicas.

Glucosa + NADH Piruvato + NAD+ + ATP
1.Glucólisis
2.Degradación del piruvato
3.Productos con alta energía: ácido láctico, propiónico, butírico, acético, alcohol etílico, etc.

Este mecanismo es utilizado por las bacterias anaerobias estrictas y anaerobias facultativas en anaerobiosis.
REQUERIMIENTO DE OXIGENO
Bacterias microaerófilas: sólo necesitan alrededor de un 5% de oxígeno para desarrollar. Mayores concentraciones inhiben su desarrollo. (Campylobacter, Helicobacter)
Bacterias anaerobios obligadas o estrictas: son incapaces de sobrevivir en presencia de oxígeno, es decir requieren un 0% de oxígeno (Fusobacterium, Clostridium)
Bacterias anaerobias aerotolerantes: pueden sobrevivir, aunque no crecer, en presencia de hasta un 0,5% de oxígeno. (Actinomyces, Propionibacterium)

Bacterias anaerobias facultativas: son capaces de crecer en una atmósfera tanto con o sin oxígeno. (Streptococcus, Staphylococcus, Enterobacteriaceae)
Bacterias aerobios estrictas: necesitan una concentración de alrededor del 21% de oxígeno para poder desarrollar. (Pseudomonas, Mycobacterium, Corynebacterium)
Bacterias capnófilas: son bacterias aerobias que necesitan además para crecer un 5-10% de CO2. (Neisseria, Haemophilus)
energía
medios de cultivo
Definición
Se denomina medio de cultivo al conjunto de sustancias que permiten el crecimiento de los microorganismos bajo determinadas condiciones de incubación (Tiempo, temperatura y oxígeno). Éstos deben reunir los nutrientes mínimos indispensables para que las bacterias puedan sobrevivir y desarrollarse.
según su consistencia
según su composición
según su finalidad
según sus propiedades
clasificación
medios líquidos
también llamados caldos
medios solidos
poseen una sustancia solidificante que generalmente es agar-agar, una sustancia que solidifica a temperatura ambiente y sólo sirve de soporte para los nutrientes.
medios sintéticos o simples
poseen composición exactamente conocida, sólo contienen sustancias orgánicas e inorgánicas conocidas. Por ejemplo: agar glucosa, indicador de pH.
medios complejos
poseen una composición que sólo se conoce en parte ya que algunos de los ingredientes posee una composición variable Por ejemplo: medios con sangre, suero equino, yema de huevo, extracto de carne, etc. También se denominan medios enriquecidos.
medios de enriquecimiento
son medios líquidos en los cuales se siembra inicialmente la muestra para aumentar el número de bacterias antes de ser subcultivado a un medio sólido. Son ejemplos de medios de enriquecimiento los siguientes: Caldo selenito, Caldo Cerebro-Corazón, Caldo Tioglicolato
medios de identificación
son medios líquidos o sólidos que permiten estudiar alguna carac-terística metabólica de la bacteria como ser producción de enzimas. Son ejemplos de me-dios de identificación los siguientes: Agar triple azúcar hierro (TSI), Agar citrato, Agar urea, etc.
medios para aislamiento primario
Son medios sólidos que se usan para obtener bacterias aisladas a partir de una muestra. Son ejemplos de medios de aislamiento primario los siguientes: Agar nutritivo, Agar sangre, Agar chocolate, Agar Eosina-Azul de Metileno (E.M.B.), Agar Salmonella-Shigella (S.S.), Agar Manitol Salado, etc.
medios selectivos
Permiten el crecimiento de sólo determinado tipo de bacteria presente en la muestra, impidiendo el desarrollo de otras debido a que contienen sustancias (antibióticos, colorantes, sales, etc.) que inhiben el desarrollo de ciertas bacterias. Por ejemplo: agar manitol salado (alta concentración de ClNa), Agar Thayer-Martin (presencia de antibióticos), agar EMB (contiene eosina y azul de metileno que inhiben a las bacterias gram positivas), etc.
medios diferenciales
Poseen sustancias que permiten diferenciar entre grupos bacterianos según determinadas características biológicas (hemólisis, fermentación de azúcares, precipitación de sales, etc) y permiten realizar una identificación presuntiva inicial de las bacterias presentes en la muestra. Son ejemplos: agar sangre (hemólisis), agar EMB (fermentación de lactosa), etc
Una vez obtenida la muestra, para realizar el diagnóstico etiológico de la enfermedad infecciosa, o sea, para aislar al agente, es necesario sembrar (inocular) la muestra en medios de cultivo sólidos (y eventualmente líquidos si se desea realizar un enrique-cimiento previo)
El objetivo de este paso es obtener colonias bacterianas aisladas. Se denomina colonia al conjunto de bacterias que provienen de una misma célula madre y en los medios de cultivo aparecen como acúmulos de miles de bacterias que pueden observarse a simple vista.
Las colonias aisladas se obtienen diseminando la muestra sobre la superficie del agar con ayuda de un ansa bacteriológica.
El aislamiento de cepas puede llevarse a cabo utilizando las técnicas empleadas normalmente en microbiología, siguiendo el siguiente esquema a partir de una muestra de suelo
El procedimiento de selección puede ser acelerado frecuentemente probando la actividad biológica de los aislados iniciales directamente.
aislamiento primario
Los microorganismos presentan una gran variedad metabólica por lo que en distintos aislados microbianos se pueden encontrar una amplia variedad de compuestos. Una de las tareas de la biotecnología es desarrollar procedimientos que permitan el aislamiento y selección de microorganismos de interés industrial. A fin de tener éxito, los métodos de selección deben constituir una actividad interdisciplinaria que combine actividades de microbiología, química, bioquímica, ingeniería y bibliográficas.
1.- La muestra de suelo se resuspende en agua estéril.
2.- El sobrenadante se diluye 10-1 a 10-10 veces.
3.- Muestras de estas series de diluciones (c.a. 100 µL) se siembran sobre varios medios de cultivo (dependiendo del tipo de microorganismos que queramos aislar) y luego se incuban.
4.- Se aislan colonias separadas de distinta morfología y se purifican por resiembra.5.- Los cultivos puros se mantienen en tubos de ensayo como cultivos en medio sólido listos para realizar las pruebas de selección.
selección de microorganismos
Selección de microorganismos productores de antibióticos y otros agentes inhibidores del crecimiento
Los microorganismos productores de antibióticos se encuadran dentro de las bacterias (Bacillus, Pseudomonas y fundamentalmente actinomicetos) y hongos (Penicillium). Los parámetros que se utilizarían para seleccionar estos microorganismos productores de antibióticos serían:
Temperatura: Hongos 20-22°C; Actinomicetos 28°C
pH: Hongos pH ácido; Bacterias pH neutro
Oxígeno: Todos los productores son aerobios
Carbono: Actinomicetos glicerol, quitina, almidón
Nitrógeno: Actinomicetos caseina, arginina, asparragina; En general amonio o nitrato.
Selección de microorganismos productores de vitaminas y otros factores de crecimiento
Necesitamos, al igual que para la detección de antibióticos, un microorganismo test que posea un requerimiento absoluto para el factor de crecimiento que nos interesa (auxótrofos). Estos microorganismos pueden ser bien mutantes naturales o mutantes provocados por la acción de agentes mutágenos. El screening se realiza de forma similar al de la producción de antibióticos, aunque en este caso al medio de cultivo le falta el factor de crecimiento buscado, de tal manera que el microorganismo test sólo crecerá alrededor de las colonias que produzcan este factor de crecimiento (halo de crecimiento).
A escala industrial y de forma general se utilizan como microorganismos productores de aminoácidos a las bacterias y como microorganismos productores de vitaminas a los eucariotas (levaduras y hongos filamentosos). Esta premisa nos sirve de orientación para elegir los medios selectivos y de enriquecimiento para aislar inicialmente a los microorganismos productores, bacterias u hongos.
Selección de microorganismos productores de enzimas
Debido a la dificultad que entraña el manejo de microorganismos, siempre que sea posible, se recurre a utilizar las enzimas producidas por éstos en lugar de las células enteras. A la hora de realizar el screening se debe utilizar en el medio de enriquecimiento como fuente de carbono el sustrato del enzima que se busca (Amilasas ----> Almidón; Celulasas ----> Celulosa).
fase de latencia
Las bacterias se adaptan al medio en el que se encuentran, en este período el número de células no varía. El tiempo de adaptación es variable para las diferentes bacterias. En esta etapa, por ejemplo, las esporas bacterianas se transforman en células vegetativas
fase exponencial
Es aquí donde se inicia la multiplicación bacteriana, el número de bacterias aumenta exponencialmente y es aquí donde se liberan las enzimas y toxinas
fase estacionaria
Llega un momento en que existe una competencia por los nutrientes ya que estos van disminuyendo en su concentración y las bacterias dejan de crecer. En este período las bacterias esporuladas comienzan a esporular. Algunas bacterias mueren pero otras se dividen por lo que el número de células se mantiene sin variaciones.
fase de muerte
El número de bacterias comienza a disminuir debido a que las bacterias que mueren supera al número de bacterias que se dividen.
cinética
Debido a que las bacterias se duplican en cada generación, la población bacteriana a través del tiempo aumentará en forma exponencial de 2.
Si se presenta el número de bacterias en función del tiempo, se tiene una curva exponencial pero si se representa el ciclo vital de un grupo de bacterias se tiene cuatro fases (Ver figura siguiente):
Screening (Búsqueda): Detección y aislamiento de microorganismos de interés industrial de entre una población compleja de organismos utilizando procedimientos selectivos.
Screening Primario: Detección y aislamiento de microorganismos potencialmente útiles
Screening Secundario: Estudio de los microorganismos aislados en el screening primario para separar los que tienen interés potencial de los que tienen interés real y mejorar estas cepas seleccionadas
Para llevar a cabo un screening primario generalmente se parte de una población mixta (suelo, fermentaciones naturales, etc.) donde existe tanto una gran cantidad como variedad de microorganismos potencialmente útiles a seleccionar. Para ello lo primero es utilizar medios selectivos donde crezca el tipo de microorganismo que interesa aislar. A este medio se le pueden añadir inhibidores para eliminar los que no interesan. Por ejemplo, si se quiere obtener un microorganismo aerobio se hará crecer en presencia de O2 con lo que los anaerobios no crecerían; Los parámetros generales que deben tomarse en cuenta son la fuente de carbono, fuente de nitrógeno, aireación, temperatura, pH e inhibidores. Posteriormente se reaislan en cultivo puro aquellos microorganismos que se han aislado para su posterior estudio.
duplicación bacteriana
En organismos multicelulares la multiplicación celular se traduce en aumento del tamaño del individuo pero en organismos unicelulares el crecimiento se traduce en aumento del número de individuos. La duplicación bacteriana se produce por fisión binaria en la que la división del ADN y la división celular se llevan a cabo simultáneamente
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