Las Bacterias

Las bacterias se comunican entre ellas a través de señales eléctricas, de la misma forma que lo hacen las neuronas en el cerebro. Una colaboración entre la Universidad Pompeu Fabra (UPF) y la Universidad de California en San Diego publica en la revista Nature un estudio que ofrece “una perspectiva radicalmente nueva” de cómo se pudo originar el sistema nervioso en los humanos y el resto de animales, cuenta Jordi García-Ojalvo, el único autor español y director del Laboratorio de Dinámica de Sistemas Biológicos de la UPF.

Los científicos sometieron a huelga de hambre a una colonia de bacterias de la especie Bacillus subtilis dispuestas en un biofilm, una estructura similar a aquella película pringosa que se engancha en el fregadero después de lavar los platos. Las bacterias situadas en el centro del biofilm mandaron impulsos eléctricos a sus compañeras de la periferia para comunicar la situación de estrés. Las bacterias vecinas amplificaron la señal hasta llegar a las células más exteriores –las primeras en recibir los pocos nutrientes que les suministraban los investigadores–, que dejaron de crecer para que las bacterias centrales pudiesen alimentarse.

Se trata de “un conflicto social entre el centro y la periferia”, resume Garcia-Ojalvo sobre una auténtica guerra metabólica para conseguir alimento. Pero en esta batalla nadie muere. La comunidad bacteriana del biofilm oscila y para de crecer durante un rato para dar tiempo a las células centrales de picar algo. “Es como si el biofilm respirara”, describe, sobre el movimiento que hace sobrevivir a las bacterias centrales para que las más exteriores puedan continuar creciendo.

Estas colonias de bacterias son una de las causas más importantes de infección en los hospitales, donde por mucho que laven y desinfecten hay películas de bacterias que cuesta mucho eliminar

La observación inédita de este mecanismo de comunicación entre bacterias es muy similar al de las neuronas, aunque mucho más simple y lento que una sinapsis. Por un lado, el potasio es la única moneda de cambio de estos microorganismos mientras que las células nerviosas se sirven de potasio y sodio para comunicarse. Por el otro, el diálogo bacteriano dura horas mientras que las neuronas se comunican en cuestión de milisegundos.

“Estamos viendo el antecedente evolutivo del comportamiento neuronal”, García-Ojalvo lanza una hipótesis que podría ayudar a entender mejor las auras asociadas a la migraña y la epilepsia. Si los dos sistemas son similares, la comunicación bacteriana en un biofilm permitiría diseñar un sistema experimental más sencillo para analizar los precursores de estos comportamientos patológicos en el cerebro.

Esta observación es la primera prueba de comunicación eléctrica entre bacterias, unos microorganismos que hasta ahora se habían analizado en el laboratorio de forma aislada y sobre fluidos. En cambio en biofilms, “el contexto nativo” de estas células, los científicos han podido observar cómo se comunican entre ellas gracias al potencial eléctrico de la membrana celular donde se encuentran los canales iónicos, que ya se habían descrito en bacterias. “Pero no sabíamos porqué los tenían”, admite García-Ojalvo.

El hallazgo que se publica hoy en Nature es la segunda parte de una investigación anterior, publicada hace tres meses por el mismo equipo de investigación, que observó la dinámica de la colonia bacteriana para sobrevivir a amenazas exteriores y el porqué las bacterias del centro nunca mueren.

Estas colonias de bacterias son una de las causas más importantes de infección en los hospitales, donde por mucho que laven y desinfecten hay películas de bacterias que cuesta mucho eliminar. “Estos microorganismos pueden generar resistencia sin necesidad de mutar, solo con su capacidad de estar unidas en una estructura como un biofilm”, describe García-Ojalvo sobre la naturaleza de estos microorganismos.

CONCEPTOS

• Coco (del griego kókkos, grano): de forma esférica.
• Diplococo: cocos en grupos de dos.
• Tetracoco: cocos en grupos de cuatro.
• Estreptococo: cocos en cadenas.
• Estafilococo: cocos en agrupaciones irregulares o en racimo.
• Bacilo (del latín baculus, varilla): en forma de bastoncillo.
• Formas helicoidales:
• Vibrio: ligeramente curvados y en forma de coma, judía o cacahuete.
• Espirilo: en forma helicoidal rígida o en forma de tirabuzón.
• Espiroqueta: en forma de tirabuzón (helicoidal flexible).

 La membrana citoplasmática bacteriana tiene una estructura similar a la de plantas y animales. Es una bicapa lipídica compuesta fundamentalmente de fosfolípidos en la que se insertan moléculas de proteínas.

Estructuras extracelulares

Las bacterias disponen de una pared celular que rodea a su membrana citoplasmática. Las paredes celulares bacterianas están hechas de peptidoglicano (llamado antiguamente mureína). Esta sustancia está compuesta por cadenas de polisacárido enlazadas por péptidos inusuales que contienen aminoácidos D.

^{Las micoplasmas son una excepción, pues carecen de pared celular. La mayoría de las bacterias tienen paredes celulares Gram-negativas; solamente son Gram-positivas Firmicutes y Actinobacteria. Estos dos grupos eran antiguamente conocidos como bacterias Gram-positivas de contenido GC bajo y bacterias Gram-positivas de contenido GC alto, respectivamente.}

^{Las fimbrias son filamentos finos de proteínas que se distribuyen sobre la superficie de la célula. Las fimbrias son filamentos finos de proteínas que se distribuyen sobre la superficie de la célula.}

^{Ciertos géneros de bacterias Gram-positivas, tales como Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter y Heliobacterium, pueden formar endosporas[}

 

APORTE PERSONAL

Las bacterias son esa clase de organismos que lamentablemente se hacen populares a base de mala fama. Bien es cierto que no pocas especies de bacterias son responsables de severas enfermedades que nos afectan a los humanos (tan graves como el cólera o la tuberculosis), y que precisamente una de las primeras cosas que se conocieron de las bacterias es que causaban enfermedades. La primera impresión es la que cuenta y a pesar de que con el paso del tiempo las virtudes y ayudas que las bacterias han supuesto para la Humanidad son innegables, siguen arrastrando una connotación negativa en su nombre que hace que cualquiera ponga muecas cuando se le habla del tema. Hay bacterias en el agua insalobre, bacterias que contaminan las heridas, bacterias apostadas siniestramente en los aires acondicionados… sin embargo, cada vez es más popular el conocimiento de otros beneficios de las bacterias, hasta el punto que publicitar yogures infestados de ellas es una estrategia de márketing exprimida hasta el ridículo. Esto se debe al hecho de que las bacterias no sólo forman parte de nuestros ecosistemas en abundante proporción (que no las veamos no significa que no estén ahí), sino que forman parte de nuestro organismo y gracias a ellas somos capaces de digerir y procesar alimentos que por nosotros mismos no podríamos (de ahí a las mágicas propiedades de los yogures con bacterias, eso sí, hay un trecho).

La existencia de microorganismos fue conjeturada a finales de la Edad Media. En el Canon de medicina (1020), Abū Alī ibn Sīnā (Avicena) planteaba que las secreciones corporales estaban contaminadas por multitud de cuerpos extraños infecciosos antes de que una persona cayera enferma, pero no llegó a identificar a estos cuerpos como la primera causa de las enfermedades. Cuando la peste negra (peste bubónica) alcanzó al-Ándalus en el siglo XIV, Ibn Khatima e Ibn al-Jatib escribieron que las enfermedades infecciosas eran causadas por entidades contagiosas que penetraban en el cuerpo humano.^11 12 Estas ideas sobre el contagio como causa de algunas enfermedades se volvió muy popular durante el Renacimiento, sobre todo a través de los escritos de Girolamo Fracastoro.¹³

Las primeras bacterias fueron observadas por el holandés Anton van Leeuwenhoek en 1683 usando un microscopio de lente simple diseñado por él mismo.¹⁴ Inicialmente las denominó animálculos y publicó sus observaciones en una serie de cartas que envió a laRoyal Society de Londres.^15 16 17 Marc von Plenciz (s.XVIII) afirmó que las enfermedades contagiosas eran causadas por los pequeños organismos descubiertos por Leeuwenhoek. El nombre de bacteria fue introducido más tarde, en 1828, por Ehrenberg, deriva del griego βακτήριον -α, bacterion -a, que significa bastón pequeño.¹⁸ En 1835 Agostino Bassi, pudo demostrar experimentalmente que la enfermedad del gusano de seda era de origen microbiano, después dedujo que muchas enfermedades como el tifus, la sífilis y el cólera tendrían un origen análogo. En las clasificaciones de los años 1850 se ubicó a las bacterias con el nombre Schizomycetes dentro del reino vegetal y en 1875 se las agrupó junto a las algas verdeazuladas en Schizophyta.¹⁹

Enfermos de cólera.

Louis Pasteur demostró en 1859 que los procesos de fermentación eran causados por el crecimiento de microorganismos, y que dicho crecimiento no era debido a la generación espontánea, como se suponía hasta entonces. (Ni las levaduras, ni los mohos, ni los hongos, organismos normalmente asociados a estos procesos de fermentación, son bacterias). Pasteur, al igual que su contemporáneo y colega Robert Koch, fue uno de los primeros defensores de la teoría germinal de las enfermedades infecciosas.²⁰ Robert Koch fue pionero en la microbiología médica, trabajando con diferentes enfermedades infecciosas, como el cólera, el carbunco y la tuberculosis. Koch logró probar la teoría germinal de las enfermedades infecciosas tras sus investigaciones en tuberculosis, siendo por ello galardonado con el premio Nobel en Medicina y Fisiología, en el año1905.²¹ Estableció lo que se ha denominado desde entonces los postulados de Koch, mediante los cuales se estandarizaban una serie de criterios experimentales para demostrar si un organismo era o no el causante de una determinada enfermedad. Estos postulados se siguen utilizando hoy en día.²²

Aunque a finales del siglo XIX ya se sabía que las bacterias eran causa de multitud de enfermedades, no existían tratamientosantibacterianos para combatirlas.²³ En 1882 Paul Ehrlich, pionero en el uso de tintes y colorantes para detectar e identificar bacterias, descubre la tinción del bacilo de Koch (tinción de Ziehl Neelsen) que poco después es perfeccionada por Ziehl y Neelsen independientemente.²⁴ En 1884 se descubre la tinción Gram. Erlich recibió el premio Nobel en 1908 por sus trabajos en el campo de la inmunología y en 1910 desarrolló el primer antibiótico por medio de unos colorantes capaces de teñir y matar selectivamente a lasespiroquetas de la especie Treponema pallidum, la bacteria causante de la sífilis.²⁵

Un gran avance en el estudio de las bacterias fue el descubrimiento realizado por Carl Woese en 1977, de que las arqueas presentan una línea evolutiva diferente a la de las bacterias.²⁶ Esta nueva taxonomía filogenética se basaba en la secuenciación del ARN ribosómico 16S y dividía a los procariotas en dos grupos evolutivos diferentes, en unsistema de tres dominios: Arquea, Bacteria y Eukarya.

Las bacterias presentan una amplia variedad de tamaños y formas. La mayoría presentan un tamaño diez veces menor que el de las células eucariotas, es decir, entre 0,5 y 5 μm. Sin embargo, algunas especies como Thiomargarita namibiensis y Epulopiscium fishelsoni llegan a alcanzar los 0,5 mm, lo cual las hace visibles al ojo desnudo.⁴⁵ En el otro extremo se encuentran bacterias más pequeñas conocidas, entre las que cabe destacar las pertenecientes al género Mycoplasma, las cuales llegan a medir solo 0,3 μm, es decir, tan pequeñas como los virus más grandes.⁴⁶

La forma de las bacterias es muy variada y, a menudo, una misma especie adopta distintos tipos morfológicos, lo que se conoce como pleomorfismo. De todas formas, podemos distinguir tres tipos fundamentales de bacterias:

Estructura de la célula bacteriana

Estructura de la célula bacteriana. A-Pili; B-Ribosomas; C-Cápsula; D-Pared celular; E-Flagelo; F-Citoplasma; G-Vacuola; H-Plásmido; I-Nucleoide; J-Membrana citoplasmática.

Las bacterias son organismos relativamente sencillos. Sus dimensiones son muy reducidas, unos 2 μm de ancho por 7-8 μm de longitud en la forma cilíndrica (bacilo) de tamaño medio; aunque son muy frecuentes las especies de 0,5-1,5 μm.

Al tratarse de organismos procariotas, tienen las características básicas correspondientes como la carencia de un núcleodelimitado por una membrana aunque presentan un nucleoide, una estructura elemental que contiene una gran molécula circular de ADN. El citoplasma carece de orgánulos delimitados por membranas y de las formaciones protoplasmáticas propias de las células eucariotas. En el citoplasma se pueden apreciar plásmidos, pequeñas moléculas circulares de ADN que coexisten con el nucleoide, contienen genes y son comúnmente usados por los procariontes en la conjugación. El citoplasma también contiene vacuolas (gránulos que contienen sustancias de reserva) y ribosomas (utilizados en la síntesis de proteínas).

Una membrana citoplasmática compuesta de lípidos rodea el citoplasma y, al igual que las células de las plantas, la mayoría posee una pared celular, que en este caso está compuesta por peptidoglicano (mureína). La mayoría de bacterias, presentan además una segunda membrana lipídica (membrana externa) rodeando a la pared celular. El espacio comprendido entre la membrana citoplasmática y la pared celular (o la membrana externa si esta existe) se denominaespacio periplásmico. Algunas bacterias presentan una cápsula y otras son capaces de desarrollarse como endosporas, estados latentes capaces de resistir condiciones extremas. Entre las formaciones exteriores propias de la célula bacteriana destacan los flagelos y los pili.

En contraste con los organismos superiores, las bacterias exhiben una gran variedad de tipos metabólicos.⁹⁰ La distribución de estos tipos metabólicos dentro de un grupo de bacterias se ha utilizado tradicionalmente para definir su taxonomía, pero estos rasgos no corresponden a menudo con las clasificaciones genéticas modernas.⁹¹ El metabolismo bacteriano se clasifica con base en tres criterios importantes: el origen del carbono, la fuente de energía y los donadores de electrones. Un criterio adicional para clasificar a los microorganismos que respiran es el receptor de electrones usado en la respiración.

Bacterias

1. 1. PROCARIOTAS - MONERA
2. 2. Eucariotas Protista – Fungi – Plantae - Animalia
3. 3. Características  Procariotas.  Unicelulares.  Carecen de organelos rodeados por membranas.  Pared celular de peptidoglucano.  DNA en forma de anillos – plásmidos.  No tienen cromosomas.
4. 4. Características  Autótrofas (prod. su propio alimento)  Fotosintéticas o quimiosintéticas  Heterotrofas  Absorben nutrientes del ambiente  Hábitat  Suelo, aire, cuerpos de agua  Condiciones normales o extremas
5. 5. MORFOLOGÍA • Bacilos • Estreptococos • Estafilococos. • Diplococos • Espirilos • Vibrios
6. 6.  Pared celular: compuesta por peptidoglicano, que es un polímero complejo de aminoazúcares y diferentes tipos de proteínas. En dependencia del tipo de bacteria pueden además encontrarse lípidos, polisacáridos y otros componentes ácidos, lipoprotéicos y lipopolisacáridos  Cromosoma bacteriano  Ribosomas: Gránulos que participan en la síntesis de proteínas y dan el aspecto granuloso del citoplasma
7. 7.  Reproducen por fisión binaria (duplicación: dar origen a dos células o más).  Presentan estructuras especializadas Pili (Intercambio de material genético) Flagelos (Movimiento) Cápsulas (Protección del medio ambiente)
8. 8. Los pelos se encuentran en la APÉNDICES  superficie de las células, son cortos y gruesos, están constituidos por proteínas y pueden situarse en uno o ambos extremos de la célula o alrededor de ella  Los flagelos no son visibles al microscopio óptico excepto con tinciones especiales; están formados por tres cadenas de una proteína globular (flagelina) que se enrollan helicoidalmente y dejan una zona central hueca. Su disposición y número tiene valor taxonómico. La movilidad representa la ventaja de huir o acercarse.
9. 9. CONJUGACION BACTERIANA
10. 10. BACTERIAS Impacto : • Enfermedades • Descomposición y biorremediación, • Síntesis de vitaminas y antibióticos, • Industria de alimentos (Yogurt), • Equilibrio ecológico,fijación de nitrógeno, • Flora natural del cuerpo entre otros.
11. 11. Control de crecimiento bacteriano  IMPORTANCIA:  Bacterias crecen en una variedad de ambientes  Crecimiento descontrolado o en exceso puede causar daños ambientales o enfermedades.  AGENTES DE CONTROL BACTERIANO:  Antibióticos  Antisépticos  desinfectantes
12. 12.  Antibióticos  Químico producido por una bacteria u hongo que puede controlar el crecimiento de otra bacteria u hongo.  Antiséptico  Controla crecimiento bacteriano en tejidos vivos.  Desinfectantes  Controla el crecimiento bacteriano en objetos inanimados.
13. 13. Los antisépticos y desinfectantes no matan todas la bacterias como ocurre en esterilización. Reducen el número de bacterias en la superficie.

Las bacterias presentan la capacidad de anclarse a determinadas superficies y formar un agregado celular en forma de capa denominado biopelícula o biofilme, los cuales pueden tener un grosor que va desde unos pocos micrómetros hasta medio metro. Estas biopelículas pueden congregar diversas especies bacterianas, además de protistas y arqueas, y se caracterizan por formar un conglomerado de células y componentes extracelulares, alcanzando así un nivel mayor de organización o estructura secundaria denominada microcolonia, a través de la cual existen multitud de canales que facilitan la difusión de nutrientes.^51 52 En ambientes naturales tales como el suelo o la superficie de las plantas, la mayor parte de las bacterias se encuentran ancladas a las superficies en forma de biopelículas.⁵³ Dichas biopelículas deben ser tenidas en cuenta en las infecciones bacterianas crónicas y en los implantes médicos, ya que las bacterias que forman estas estructuras son mucho más difíciles de erradicar que las bacterias individuales.⁵⁴

Por último, cabe destacar un tipo de morfología más compleja aún, observable en algunos microorganismos del grupo de lasmixobacterias. Cuando estas bacterias se encuentran en un medio escaso en aminoácidos son capaces de detectar a las células de alrededor, en un proceso conocido como percepción de quórum, en el cual todas las células migran hacia las demás y se agregan, dando lugar a cuerpos fructíferos que pueden alcanzar los 0,5 mm de longitud y contener unas 100.000 células.⁵⁵ Una vez formada dicha estructura las bacterias son capaces de llevar a cabo diferentes funciones, es decir, se diferencian, alcanzando así un cierto nivel de organización pluricelular. Por ejemplo, entre una y diez células migran a la parte superior del cuerpo fructífero y, una vez allí, se diferencian para dar lugar a un tipo de células latentes denominadas mixosporas, las cuales son más resistentes a la desecación y, en general, a condiciones ambientales adversas.⁵