Los Microorganismos

Como su nombre bien indica se tratan de seres vivos diminutos, los cuales no pueden ser vistos, sin la ayuda del microscopio. Constituyen un grupo bastante diverso y complejo de seres vivos que, a diferencia de  los organismos superiores multicelulares, ya que pueden llevar a cabo todos los procesos vitales, de crecimiento, relación, reproducción, bien como células individuales o  formando agrupaciones simples…

Una de sus características principales es su gran diversidad, y es que conforman un conjunto heterogéneo de organismos, los cuales tienen en común las siguientes características:

Su tamaño es microscópico, tienen capacidad para desarrollar las funciones vitales, bien como células individuales o bien como agrupaciones simples de células, y la metodología empleada para su estudio.

Generalmente  se distribuyen en tres Reinos:

Moneras como las Bacterias con organización típicamente procariota.

Protistas: como protozoos, algas microscópicas y hongos, con organización Eucariota.

Y los Virus, que aunque tienen organización acelular están incluidos dentro de los microorganismos.

Antes de avanzar recordaremos la diferencia entre una célula Procariota y célula Eucariota.

Célula Procariota: son las células más primitivas y se caracterizan por la ausencia de orgánulos membranosos (compartimentos) como por ejemplo la membrana nuclear que rodea al núcleo,  (y que esta célula no tiene).

Célula Eucariota: Son las células mas evolucionadas y que poseen orgánulos membranosos y les da la posibilidad de realizar muchísimas más funciones respecto a la célula procariota, estas poseen el núcleo diferenciado y no disperso…

Como bien se sabe la célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos, y puede realizar las funciones vitales, sin embargo los virus son acelulares, pertenecen a los microorganismos, siendo una excepción pues estos no realizan todas las funciones vitales.

Los virus solamente se relacionan, ni se nutren, ni se reproducen por si solos, solamente son capaces de reconocer al tipo de célula a infectar, y utilizan el metabolismo de la célula para reproducirse, por lo que podrían considerarse parásitos obligados.

Además solo se considera ser vivo, cuando se encuentra dentro de una célula, ya que fuera de esta se comportan como simples minerales, por lo tanto  estos alternan una fase extracelular inerte y una fase intracelular activa.

Son acelulares y extremadamente simples.

No tienen Metabolismo ya que usan el de la célula infectada, para su replicación.

Composición y estructura de un virus:

Esta constituidos por un fragmento de acido nucleíco, encerrado en una cubierta proteica llamada cápsida.

Alguno de estos virus se encuentra recubierto de una bicapa lipídica, que proviene de la célula infectada con anterioridad o célula hospedadora, estos son los llamados virus con envoltura, en contraposición de los virus desnudos, que carecen de dicha envoltura.

Dicho fragmento de ácido nucleíco puede ser de ADN o ARN, la mayoría de las veces la información puede contenerse en una sola cadena de ARN o ADN, siendo una cadena Monocatenaria, pero si se encuentra en una cadena doble se llama bicatenaria. Puede estar en una sola cadena o en varios fragmentos, como sucede con el virus de la gripe.

La cápsida está formada por capsómeros, unidades estructurales constituidas por una o varias subunidades proteicas denominadas protómeros.

Las proteínas de la cápsida se organizan regularmente alrededor del ácido nucleído, de manera que la nucleocápsida  (cápsida + ácido nucleído) presenta una simetría determinada, que caracteriza la morfología del virión o virus.

Pueden clasificarse tres tipos de virus según simetría:

Virus con simetría helicoidal: Son virus con forma de varilla en los que los capsómeros, por lo general están constituidos por un solo tipo de proteína. Estos se disponen helicoidalmente alrededor del ácido nucleíco.

Virus con simetría icosaédrica: Tienen forma de icosaedro, en la que cada cara (capsómero) está formada por cinco o seis subunidades proteicas llamadas protómeros. Dicha cápsida puede presentar proyecciones o espículas.

Virus complejos: Son virus con formas y simetrías muy diferentes, por ejemplo los virus bacterianos, como por ejemplo el bacteriófago T4, están constituidos por cápsidas icosaédricas y colas con simetría helicoidal.

Ciclos de vida de los virus:

Dentro de los ciclos de vida podemos encontrar 2 tipos de ciclos, el ciclo lítico y el ciclo lisogénico.

Existen cuatro fases que podemos diferenciar dentro del ciclo de vida lítico (animación):

1. Entrada del virus en la célula hospedadora.

La penetración del virus, este une las proteínas de la cápsida a unos receptores específicos de la célula hospedadora, es lo que llamamos la fase de adsorción.

Existen cierto tipo de virus, sobre todo que afectan a los vegetales, que no se fijan a una zona concreta de la célula, sino que penetran directamente a través de zonas de rotura, o por la acción de artrópodos transmisores, principalmente insectos.

2. La penetración del virus, puede llevarse a cabo de varias formas, por inyección del ácido nucleíco viral, como ocurre con los bacteriófagos y ciertos virus de animales desnudos como la polio, mediante endocitosis, mecanismo en el cual el virus penetra completo en el interior de una vesícula de endocitosis y es liberado posteriormente en el citoplasma por fusión de las envoltura viral con la membrana plasmática de la célula, como ocurre con los virus envueltos, o directamente a través de poros o zonas de rotura de la superficie célula, como sucede con muchos virus vegetales.

En aquellos células en las que penetra el virus con la cápsida, cuando ya ha penetrado el virus, el acido nucleíco es liberado mediante la rotura de la cápsida es lo que llamamos como descapsidación.

3. Replicación y síntesis de los componentes virales:

Una vez el ácido nucleíco es liberado en el citoplasma de la célula hospedadora, se produce la replicación del ácido nucleíco, y la síntesis de las proteínas virales, utilizando el metabolismo de la célula hospedadora.

Generalmente las proteínas que se sintetizan son las siguientes: Proteínas de replicación, proteínas estructurales de la cápsida, y proteínas que intervienen en el proceso de maduración y liberación de los viriones. Pudiéndose desarrollar en una o dos fases, (temprana y tardía) y siempre se da en el citoplasma de la célula infectada.

Replicación del ácido nucleíco viral: puede ocurrir en el citoplasma (generalmente se da en virus con ARN), o se da en el núcleo de la célula infectada, esto se da en  virus que posean ADN, salvo algunas excepciones.

Una vez sintetizados los componentes de los nuevos virus, las cápsidas se ensamblan con el ácido nucleíco.

4. La liberación:

Cuando el ciclo de multiplicación finaliza, los nuevos virus salen de la célula, bien provocando una lisis de esta o lentamente por gemación.

Durante la fase de liberación, los virus envueltos adquieren su membrana a partir de la célula hospedadora, después de insertar en ellas proteínas especificas codificadas por el genoma viral.

Ciclo Lisogénico:

La mayoría de los bacteriófagos son muy virulentos debido a que siguen un ciclo de vida lítico.

Sin embargo los virus atemperados (todos con ADN) pueden seguir un ciclo lisogénico, en el cual no se producen partículas virales. Debido a que el virus puede insertar su ADN al de la célula hospedadora, es lo que llamamos que el virus se encuentra en estado de profago, y replicarse con el sin que se produzca la síntesis de los componentes virales.

Solo ciertos agentes inductores provocan la separación del ácido nucleíco del virus, que seguirá entonces un ciclo lítico.

El ciclo de vida del virus del Fago Lambda (λ), generalmente es de tipo lítico, este infecta a la bacteria de la Escherichia coli.

Sin embargo el Virus del Sida es un retrovirus, y suele tener un ciclo de vida Lisogénico, que pasaremos a explicar más detalladamente ya que tiene unas características algo especiales:

El virus del Sida como cualquier otro localiza la célula a infectar, en concreto localiza a los linfocitos T4.

El virus del sida fusiona su membrana con el de la célula infectada e introduce su material genético, el ARN vírico.

Es entonces cuando entra en juego la enzima transcriptasa inversa, que genera una cadena de ADN vírica a partir de la cadena de ARN, para posteriormente introducirse dentro del ADN de la célula.

Es así como el virus entra en fase lisogénica y la persona infectada pasa a ser portadora del sida, llegando a transcurrir un intervalo de tiempo que en algunos casos se prolonga hasta los 10 o 15 años.

 Cuando el virus entra en fase lítica, este se ha reproducido con los demás Linfocitos y es cuando sale la cadena de ADN de la célula infectada llevándose parte de la membrana de los linfocitos T4. Es cuando las proteínas vuelven a traducir la cadena de ADN a ARN y el virus madura fuera de la célula.

Una vez Maduro vuelve a infectar a los linfocitos T4.

BACTERIAS

Son organismos con organización celular procariota, generalmente se presentan como células aisladas o formando agrupaciones o filamentos, pero realizando todas las funciones vitales.

La estructura de una célula procariota es muy simple caracterizada mayoritariamente por tres factores:

La ausencia de orgánulos membranosos, por tanto las funciones celulares no se encuentran compartimentalizadas.

El material genético se encuentra en el centro de la célula, formando el nucleoide, disperso por el citoplasma, en ausencia de membrana nuclear, razón por la que se le considera que no poseen núcleo verdadero.

Presentan una pared celular, exclusivamente de estos organismos, situada externamente a la membrana plasmática.

Poseen un citoplasma de aspecto granuloso, debido a los ribosomas que se encuentran dispersos por el citoplasma.

Algunas de estas pueden presentar flagelo.

A pesar de extremada sencillez pueden distinguirse varias formas y agrupaciones bacterianas:

Cocos de forma esférica, los cuales pueden formar agrupaciones de dos llamadas Diplococos, en un grupo de cuatro, llamados Tétradas, Estreptococos sí presentan aspecto de cadena o Estafilococos si se presentan en un grupo de forma irregular.

Bacilos con forma de bastoncillo, se pueden presentar aislados, o en parejas llamados Diplobacilos, o Estreptobacilos si se presentan en forma de cadena.

Espirilos con forma ondulada, Espiroquetas con forma espiral, o Vibrios con forma de coma.

La pared celular Procariota:

La pared celular es una estructura rígida, situada externamente con respecto a la membrana plasmática, y que rodea completamente a la célula.

La pared celular es imprescindible en todas las bacterias, ya que sin esta no pueden vivir la mayoría. Debido a la existencia de una alta concentración de solutos en el interior de la célula bacteriana en relación con el medio externo,  hace que aparezca una considerable presión de turgencia. Dicha pared celular ayuda a soportar dicha presión previniendo la lisis Osmótica, además de otorgarle forma y rigidez a excepción de estas,  los micoplasmas, son un grupo de parásitos intracelulares carentes de pared celular. Hay bacterias que pierden su pared celular y se vuelven amorfas…

La pared celular de las bacterias no se visualiza fácilmente al microscopio, pero se observa con claridad en cortes finos en el MET (Microscopio Electrónico de Transmisión)

Para el estudio de las bacterias se tiñeron con una tinte que utilizo Christian Gram y al cual debe su nombre, y se distinguieron  dos tipos de bacterias en función de la respuesta que ofrecían al ser teñidas, las grampositivas se mostraron en color morado, mientras que las gramnegativas se mostraron de color rosa.

En la imagen se muestran cocos gram positivos y bacilos de Escherichia coli  negativos.

Ambas bacterias poseen peptidoglicano o mureína, (polisacárido  + cadena corta de aminoácidos) formado por dos azúcares: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM), unidos entre ellos por un enlace glucosídico y unido al NAM los cuatro aminoácidos.

Los peptidoglicanos se van superponiéndose unidos por enlaces glucosídicos formando cadenas, pero cuando adquieren realmente una consistencia como para formar la pared celular es cuando se superponen varias cadenas de peptidoglicanos, y se forman enlaces entre los grupos aminos generándose una especie de red, son enlaces intercatenarios entre tetrapeptidos de las cadenas polisacarídas adyacentes.

La mayor parte de las Eubacterias (bacterias verdaderas) tienen como componente principal el peptidoglicano, sin embargo las arqueobacterias son un grupo bacteriano de características muy peculiares, dentro de los organismos procariotas, pues pueden presentar paredes de naturaleza más variable… que explicaremos más adelante….

Pared bacteriana GRAMPOSITIVA

Paredes celulares grampositivas: Formada por una gruesa capa de peptidoglicano (con varias capas superpuestas e interconectadas de mureína) a la que se unen ácidos teicoicos o lipoteicoicos. Los cuales son responsables de la carga negativa de la pared celular.

Pared Bacteriana GRAMNEGATIVA

Paredes celulares gramnegativas: Este tipo de bacterias presenta una estructura formada por capas, en las que se diferencian tres tipos de capas:

Membrana Externa: Constituida por una bicapa lipídica con varias proteínas asociadas. Posee una elevada proporción de lipolisacáridos (LPS) entre los componentes lipídicos de su cara externa.

Periplasma: Se trata de un material con consistencia de gel, situado entre la membrana externa de la pared  y la membrana plasmática de la célula, que contiene distintos tipos de proteínas receptoras y enzimas hidrolíticas.

Fina capa de Peptidoglicano (una o dos capas) unida a la membrana externa por lipoproteínas que atraviesan el periplasma.

Mantiene la forma de la célula, y previene la lisis osmótica.

Posee componentes con capacidad antigénica…

Regula el intercambio con el exterior, principalmente la membrana externa de las paredes gramnegativas.

Proporciona carga negativa a la superficie celular, gracias a los ácidos teicoicos en paredes grampositivas y lipolisacáridos en paredes gramnegativas.

Envueltas externas a la pared celular que presentan algunas bacterias:

Son cubiertas formadas por polisacáridos y en ocasiones por proteínas y pueden ser de dos tipos, si se adhieren firmemente y son gruesas se les denomina como cápsula y si por el contrario son más finas o laxas se les llama capas mucosas.

La función que cumplen las capas son las siguientes:

Protegen a la bacteria de factores tóxicos, de la fagocitosis por otras células, y en el caso de las patógenas esta impide que sean fagocitadas por los macrófagos, aumentando de esta forma el poder de invasión.

Evitan que la bacteria se deseque, reteniendo gran cantidad de agua.

Permiten la adherencia a superficies, a otras células, este es un matiz bastante importante, ya que de dicha peculiaridad es importante pues la vida de  algunas bacterias dependen de ello, como las bacterias intestinales, o patógenas que necesitan adherirse a los tejidos del hospedador.

El citoplasma: El citoplasma de la célula procariota está formado por el protoplasma, una matriz gelatinosa de aspecto granuloso, junto con ribosomas característicos de dichas células…

El Nucleoide: El material genético no se encuentra dentro de una membrana, pero cuando lo observamos al microscopio electrónico (MET), se observa una zona de aspecto fibrilar en la parte central donde se localiza el material genético.

Generalmente el material genético está constituido por:

Un cromosoma principal, formado por ADN bacteriano, circular y superenrollado, este es estabilizado por unas proteínas estructurales, aunque no presentan histonas que son la principal  proteína que forma la cromatina.

Y uno o varios Plásmidos, son pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico que se replica de forma independiente al cromosoma principal.

Este plásmido no es esencial para el crecimiento celular, sin embargo aporta características genéticas adicionales, como la resistencia a antibióticos o a sustancias toxicas, algunos están implicados en procesos de conjugación.

Apéndices externos:

Flagelos implicados en el movimiento, pueden disponer de uno o varios flagelos…

Flagelación monotrica, con un solo flagelo.

Flagelación politrica, con varios flagelos.

Y según su posición en la célula puede ser polar, subpolar o peritrica…

Polar cuando se sitúan a los polos de la célula.

Subpolar cuando se encuentran desplazados ligeramente de los polos de la célula.

O peritrica cuando se disponen regularmente por toda la superficie celular.

La estructura del flagelo es la siguiente:

Poseen un filamento rígido y curvado constituido por flagelina un tipo de proteína.

Un codo o gancho que une el filamento a la superficie de la célula.

Una estructura basal compuesta por una serie de anillos que están como insertados en la pared celular y la membrana plasmática.

Fimbrias o pelos:

Son apéndices externos que no intervienen en el movimiento de la célula

Las fimbrias son prolongaciones cortas, finas y numerosas en algunas bacterias y cumplen con la función de adherirse a otras células o superficies.

Los pelos de mayor longitud, generalmente son poco numerosos y están implicados en la unión de dos células durante la conjugación bacteriana

La fisiología y el metabolismo bacteriano se caracterizan por su gran variedad, como las bacterias quimiotrofas que obtienen la energía a partir de compuestos químicos, tanto orgánicos como inorgánicos, bacterias fototrofas que obtienen la energía a partir de la luz.  Otras emplean el dióxido de carbono como fuente de carbono, o ingieren algún compuesto orgánico como fuente de carbono.

Algunas de dichas bacterias son facultativas, o lo que es lo mismo, tienen capacidad para utilizar distintas fuentes de energía o de carbono en función de los requerimientos ambientales.

Debido a su pequeño tamaño, rápido crecimiento y variedad en su capacidad metabólica, es fácil encontrarla distribuida por todo el ecosistema.

Es por tanto que pueden desarrollarse en ambientes  extremos con excesiva temperatura como en fuentes termales.

La reproducción de las bacterias generalmente suele ser asexual, Bien por bipartición, gemación o esporulación.

La bipartición consiste en la duplicación del material genético y la citocinesis de la célula madre dando lugar a dos células hijas exactamente iguales.

La mayor parte de las bacterias utilizan este mecanismo para reproducirse. La Escherichia coli puede llegar a dividirse 1 vez cada 20 min.

La gemación consiste en una duplicación general del ADN que se separa hasta formar una protuberancia de la célula donde queda la copia del material genético, pudiéndose separar completamente o ir creciendo junto a la célula madre creando una colonia.

Si nos fijamos el material genético no cambia, se duplica y se transmite intacto de generación en generación…

Ver animación Flash pincha AQUI

¿Cómo es posible que existan algunas bacterias con genotipos diferentes?

Pues esto es posible por que poseen otros tipos de reproducción llamados Parasexuales, en los que hay recombinación genética…

Puede haber tres tipos de mecanismos:

Transformación: en el cual una célula dona un fragmento de ADN a otra célula si que exista contacto entre ambas.

Transducción: en la que se transfieren fragmentos de ADN a través de un virus.

Conjugación: se transfieren los plásmidos conjugativos, que a veces puede estar integrado en el cromosoma principal, mediante el contacto entre las células, que puede ser de dos formas dependiendo de la naturaleza de la bacteria.

Si es una bacteria grampositiva lo hace a través del contacto directo, si es una bacteria gramnegativa, transfieren su material genético a través de pelos sexuales.

Podemos distinguir cuatro grupos de bacterias:

Las bacterias gramnegativas experimentan procesos de diferenciación celular, como el desarrollo de yemas o apéndices-hifas, incluso la formación de cuerpos fructíferos, o presentan ciclos celulares complejos.

También son grampositivas las bacterias fotosintéticas como las cianobacterias, contienen clorofila, llevando a cabo una fotosíntesis oxigénica, sin embargo existen otro tipo de bacterias que llevan a cabo una fotosíntesis anoxigénica, en la que no se genera oxigeno.

Este tipo de bacterias con fotosíntesis anoxigénica no tienen una clorofila como la de las plantas sino una propia de las bacterias, pueden ser rojas o purpúreas e incluso verdes, utilizando como elementos donadores de electrones compuestos reducidos del azufre como el H2S, el hidrogeno molecular, o compuestos orgánicos.

Dentro del grupo de las gramnegativas se incluyen bacterias con metabolismo quimiolitotrofo, que obtienen energía de elementos químicos inorgánicos como el amonio o nitrito,  siendo este tipo de metabolismo exclusivo de las bacterias…

Existen otro tipo de bacterias con metabolismo quimiorganotrofo, como las del genero pseudómonas, capaces de metabolizar compuestos orgánicos, algunos de ellos difícilmente biodegradables…

A este último grupo de bacterias las quimiorganotrofas pertenecen las bacterias del tracto intestinal, muchas de ellas beneficiosas para los humanos, animales  y otras no tan beneficiosas…

Todas las bacterias Grampositivas poseen metabolismo quimiorganotrofo, aunque también tienen una gran variedad de tipos de metabolismo energético, pudiendo llevar respiración aerobia, anaerobia, fermentativas e  incluso ambos tipos de metabolismo. Por ejemplo, las bacterias lácticas producen ácido láctico por la fermentación, mientras  que las especies que las pertenecientes al género Bacillus  realizan casi siempre un metabolismo respiratorio aerobio y Costridium, uno anaerobio estricto.

Costridium botulinum

Algunas como Bacillus y Costridium, producen endosporas, formas de resistencia que soportan condiciones ambientales adversas como a altas temperaturas, radiaciones desecación, dichas endosporas se pueden situar en cualquier parte de la célula y en algunos casos pueden llegar a deformar la pared de la célula en la que se encuentran.

Las endosporas no presentan un metabolismo apreciable, se encuentran cubiertas de una gruesa pared esporal. Una vez liberadas de la célula pueden resistir durante largos periodos de tiempo, hasta que las condiciones ambientales sean favorables, germine, crezca y se reproduzca.

Dentro de las bacterias grampositivas figuran también los actinomicetos, con formas bacilares o filamentosas, a menudo ramificadas. Algunas veces los filamentos constituyen entramados parecidos al micelio de los hongos, tanto es así que incluso en un principio fueron incluidos en erróneamente en este grupo. Algunos, los representantes del género Streptomyces, son importantes productores de antibióticos.

Micoplasmas

Son bacterias que poseen la capacidad de presentarse de diferentes formas en función de las condiciones ambientales, carecen de pared celular y son parásitos obligados del ser humano, los animales y las plantas.

Algunos micoplasmas contienen esteroles en su membrana, lo cual le proporciona a esta estructura una rigidez mayor.

Se encuentran entre las bacterias de menor tamaño y relacionadas filogenéticamente con las bacterias grampositivas.

Las Arqueobacterias:

Presentan características muy diferentes al resto de las bacterias. Los rasgos más importantes son los siguientes:

Presentan una organización general procariota, como el resto de las bacterias.

La pared celular nunca contiene peptidoglicano.

Su membrana presenta lípidos exclusivos en los que el glicerol se une por enlaces de tipo éter a las cadenas laterales hidrofóbicas.

Algunas Arqueobacterias encontradas en hábitats de elevada temperatura contienen lípidos especiales que forman monocapas muy rígidas, constituidas por dos moléculas de glicerol unidas covalentemente entre sí por lípidos, lo que hace a las membranas más rígidas y estables en estos ambientes.

Realizan un metabolismo fundamentalmente respiratorio, aerobio o anaerobio.

Se encuentran en ambientes extremos. Esta característica permite distinguir tres grupos de arqueas: halófilas que se desarrollan en medios hipersalinos, hipertermófilas, propias de ambientes con temperaturas extremas y, a menudo, altamente ácidos, y  metanógenas, bacterias que producen metano en ambientes anaerobios, como por ejemplo, el estomago de los rumiantes, en el que contribuyen, junto con otras comunidades bacterianas, a la digestión de los productos vegetales.