“Procariotas”

(Escherichia coli)


Integrantes: Pablo Alarcón
Bárbara Aguirre
David Barría
Karol Herrera
María Fernanda Jorquera
Ítalo León
Evelyn Moraga
Chantal Norziglia

Profesora: Sylvia Ortiz


Las bacterias
Son seres generalmente unicelulares de tamaño variable. Tienen una estructura menos compleja que la de las células de los organismos superiores: son células procariotas (su núcleo está formado por un único cromosoma y carecen de membrana nuclear). Igualmente son muy diferentes a los virus, que no pueden desarrollarse más dentro de las células y que sólo contienen un ácido nucleico.
Las bacterias juegan un papel fundamental en la naturaleza y en el hombre: la presencia de una flora bacteriana normal es indispensable, aunque algunos gérmenes son patógenos. Análogamente tienen un papel importante en la industria y permiten desarrollar importantes progresos en la investigación, concretamente en fisiología celular y en genética. El examen microscópico de las bacterias no permite identificarlas, ya que existen pocos tipos morfológicos, cocos (esféricos), bacilos (bastón), espirilos (espiras), grampositivas, gramnegativas, etc., y es necesario por lo tanto recurrir a técnicas que se detallarán más adelante. El estudio mediante la microscopia óptica y electrónica de las bacterias revela la estructura de éstas.
En la actualidad son muchos los casos en que los antibióticos parecen ser la solución los problemas que nos causan las bacterias patógenas, sin embargo veremos a continuación, que la industria se está viendo con serias dificultades, ya que las bacterias cada ves se vuelven más resistentes a los medicamentos ya existente, por lo cual trabajan arduamente para lograra fármacos con nuevas compuestos que logren mayor efectividad. Por otra parte al utilizar indiscriminadamente antibióticos y antibacterianos, lo único que logramos es que las bacterias se vuelvan cada vez más resistentes.
Ahora bien, ¿Qué esta sucediendo con la Helicobacter pylori?, cómo se ha descubierto que produce úlceras pépticas, aún los investigadores no están seguros como se ingiere a esta bacteria, sin embargo presumen que puede ser a través de los alimentos o el agua. Todas estas situaciones serán objeto de nuestro trabajo, y trabajaremos en cada punto para redescubrir el fascinante mundo de las bacterias.


1. Generalidades. La clasificación de los procariotas

La palabra procariota proviene del griego πρό, pro = antes de y κάρυον, karion = núcleo, se les conoce por procariotas a las células sin núcleo celular diferenciado, es decir, cuyo ADN no se encuentra confinado dentro de un compartimiento limitado por membranas, sino libremente en el citoplasma. Casi sin excepción los organismos basados en células procariotas son unicelulares. No está aceptado que las células procariotas del dominio Archaea fueron las primeras células vivas, aunque se conocen fósiles de hace 3.500 millones de años. Se caracterizan entre otras cosas, por su gran diversidad de metabolismo, tipos de nutrición, formas, etc. Se cree que todos los organismos que existen actualmente derivan de una forma unicelular procariótica. Las procariotas derivaron en células más complejas, las eucariotas, probablemente por la combinación de dos o más procarióticas. Entre las características de las células procariotas que las diferencian de las eucariotas, podemos señalar: ADN principal desnudo (sin un denso acompañamiento de proteínas) y lo más a menudo en forma de una sola hebra circular; división celular por fisión binaria sin un mecanismo complejo de reparto comparable a la mitosis de los eucariotas; carece de orgánelos membranosos en el citoplasma. El citoplasma no posee objetos reconocibles, salvo granos de reserva, de composición variada y agregados moleculares, visibles sólo con las mayores ampliaciones del microscopio electrónico, como ribosomas o carboxisomas. Suelen tener pared celular (compuesta por peptidoglicano), diferente a las de las eucarióticos que poseen.

La clasificación de las procariotas:

El término procariota hace referencia a los organismos del imperio Prokaryota, cuyo concepto coincide con el reino Mónera de las clasificaciones de Copeland o Whittaker, que aunque obsoletas, son aún muy populares. Se reparten entre los dominios Bacteria y Archaea. La división se justifica en las grandes diferencias que presentan ambos grupos a nivel bioquímico. Las bacterias, son microorganismos unicelulares, que miden entre 0,5 y 5 μm y se presentan en diversas formas incluyendo esferas, barras, y espirales. Algunas poseen cilio y flagelos. Se pueden encontrar en todo tipo de hábitat, incluso en los más extremos. Hay típicamente 40 millones de células bacterianas en un gramo de tierra y un millón de células bacterianas en un mililitro de agua dulce. En total, hay aproximadamente 5×1030 bacterias en el mundo.
Las bacterias son imprescindibles para el reciclaje de los nutrientes (como el caso de los saprofitos, o las que participan del ciclo biogeoquímicos), pero existe un gran número de bacterias que todavía no ha sido descrita.
Hay tantas células bacterianas como células humanas en el cuerpo humano, con una gran cantidad de bacterias en la piel y en el tracto digestivo. Pero gracias al sistema la gran mayoría de estas bacterias son inofensivas o beneficiosas. Pero hay algunas que producen enfermedades. En los países desarrollados se utilizan antibióticos para tratar las infecciones bacterianas y también se usan extensamente en la agricultura y la ganadería, lo que ocasiona que se esté generalizando la resistencia de las bacterias a los antibióticos. En la industria, las bacterias son importantes en procesos tales como el tratamiento de aguas residuales, la producción de queso y yogur, y en la fabricación de antibióticos y de otros productos químicos.
Las archaea (o arqueas) son microorganismos unicelulares, que carecen de núcleo (procariontas). Sin embargo, las diferencias a nivel molecular entre archaeas y bacterias son tan fundamentales que se las clasifica en grupos distintos. De hecho, estas diferencias son mayores de las que hay, por ejemplo, entre una planta y un animal. Actualmente se considera que las archaea están filogenéticamente más próximas a los eucariontes que a las bacterias.
Las archaea fueron descubiertas originariamente en ambientes extremos, pero desde entonces se las ha hallado en todo tipo de hábitats. Algunas especies son hipertermófilas y pueden sobrevivir y prosperar a temperaturas ligeramente superiores a los 100°C y se las ha encontrado en géiseres, respiraderos hidrotermales y pozos de petróleo. Otras especies se encuentran en agua hiper-salina, ácida o alcalina. Sin embargo, otras especies son mesófilas o psicrófilas y prosperan en ambientes tales como marismas, aguas residuales, agua de mar y el suelo. Otras archaea son metanógenas y se las puede encontrar en el tracto digestivo de animales tales como rumiantes, termitas y seres humanos. Se considera que las condiciones de crecimiento semejan a las existentes en los primeros tiempos de la historia de la Tierra por ello a estos organismos se los denominó arqueobacterias (del griego arkhaios = antiguo).
No se conocen patógenos para los seres humanos (aunque se ha propuesto alguna relación entre los metanógenos y los trastornos periodentales humanos).
Si bien lucen como bacterias, como ya lo mencione anteriormente, poseen características bioquímicas y genéticas que las alejan de ellas. Por ejemplo, que no poseen paredes celulares con peptidoglicanos, presentan secuencias únicas en la unidad pequeña del ARNr, poseen lípidos de membrana diferentes tanto de las bacterias como de los eucariotas

Membranas celulares:

Los lípidos presentes en las membranas son únicos desde el punto de vista químico, a diferencia de los eucariotas y las bacterias, en que los enlaces éster son los responsables de la unión entre los ácidos grasos y glicerol, los lípidos de las Archaea poseen enlaces éter para la unión del glicerol con cadenas laterales hidrofóbicas. En lugar de ácidos grasos poseen cadenas laterales formadas por unidades repetitivas de una molécula hidrocarbonada como el isopreno.
Los principales tipos de lípidos son los diéteres de glicerol. En algunos éteres las cadenas laterales (fentanil) se unen entre sí por enlaces covalentes formando una monocapa en lugar de la bicapa característica de las membranas, siendo más estables y resistentes, siendo habituales por lo tanto en las hipertemófilas.

Pared celular:

Algunas arqueobacterias metanogénicas poseen la pared celular formada por un compuesto similar al peptidoglicano de las bacterias, por lo que denomina pseudopeptidoglicano, con enlaces glucosídicos 1,3 en lugar de los 1,4 de los peptidoglicano. En otras archaeas la pared se compone de polisacáridos, glicoproteínas o proteínas.
El tipo de pared más común es la capa superficial paracristalina (capa S) formada por proteína o glucoproteína, de simetría hexagonal.
La pared celular impide la lisis celular y le confiere la forma a la célula. Las paredes de las Archaea son resistentes naturalmente a la lisozima, debido a la ausencia de peptidoglicano.
La única arqueobacteria que carece de pared es Thermoplasma.

Grupos filogenéticos:

Sobre la base del análisis de la subunidad pequeña del ARN, las Archaea consisten en dos grupos filogenéticamente diferentes: Crenarchaeota y Euryarchaeota. Se diferencias por el tipo particular de ARN que presentan y por el ambiente en que habitan. Las Crenarchaeota (crenotas) es un grupo fisiológicamente homogéneo de hábitats enteramente hemofílicos. En cambio las Euryarchaeota (euryotas) son un grupo fenotípicamente heterogéneo, que incluye a las metanogénicas, halófilas, etc.
Basados en su fisiología se distinguen: metanogénicas, halófilas extremas. Estos procariotas tienen atributos bioquímicos que le permiten adaptarse a estos ambientes extremos. Las Crenarchaeota son principalmente hipertermofílicos dependientes del sulfuro y los Euryarchaeota son metanogénicos y halófilos extremos.

Metanogénicas: Son anaerobias estrictas, que no toleran el . Su ubicación incluye sedimentos marinos y de agua dulce, pantanos y suelos profundos, tracto intestinal de animales y plantas de tratamiento de líquidos cloacales. En el proceso de construcción de material celular desde H2 y CO2, Las metanogénicas producen metano (CH4) en un único proceso generador de energía. El producto final es el gas metano, que se acumula en el ambiente.

Halófilas extremas: Viven en ambientes naturales como el mar Muerto, el Great Salt Lake (Colorado USA), o en estanques de evaporación de agua salada, donde la concentración de sal es muy alta (hasta 5 molar o 25 por ciento de NaCl). Estos procariotas requieren la sal para el crecimiento, sus paredes celulares, ribosomas y enzimas se estabilizan con el ión Na+. Halobacterium halobium, (predominante en Great Salt Lake), se adapta al ambiente altamente salino por el desarrollo de una "membrana púrpura", que toma esta coloración por la presencia del pigmento del tipo de rodopsina llamado bacteriorodopsina que reacciona con la luz y permite la síntesis de ATP. Estos organismos son heterótrofos y aerobios, que debido a la gran concentración de NaCl en el ambiente limita la disponibilidad de O2 para la respiración, pero se ayuda de la bacteriorodopsina.

Termófilas extremas (Termoacidófilas): Requieren temperaturas muy altas (80º - 105º grados Celsius) para crecer. Sus membranas y enzimas son inusualmente estables a estas temperaturas. La mayoría de ellas requiere sulfuro para crecer, algunas son anaerobias y usan el sulfuro como aceptor de electrones en la respiración. Otras son litotróficas y oxidan sulfuro como fuente de energía, crecen a bajo pH (< pH 2) dado que acidifican su ambiente oxidando sulfuro a ácido sulfúrico. Son habitantes de ambientes calientes, ricos en sulfuro asociados a los volcanes, como los manantiales clientes, géiseres, en respiraderos termales y en fracturas del piso oceánico.


2. La célula procariótica
Con excepción de unas pocas especies, la células procariotas están rodeadas por una pared celular que las protege y determina su forma. Esta formada por Mureina (peptidoglicano (azúcar unido a un péptido)), no presente en la pared celular de hongos, plantas u otros eucariontes.
A su vez la pared bacteriana esta rodeada de una capsula o capa mucosa que es una estructura gelatinosa que no la producen todas las bacterias y que funcionan como receptores de virus y como mediadores en las interacciones celulares y en la adherencia a superficies (ejemplo ereptococcus mutans, que se adhiere a través de una capsula a la superficie de los dientes provocando caries, sin al capsula este microorganismo se elimina fácilmente con al saliva). En el caos de las bacterias patógenas las capsulas las protegen del ataque del sistema inmune del hospedador, y determinan al capacidad de invasión de los fagotitos y de otros agentes antibacterianos.
A continuación de la pared celular, se encuentra la membrana plasmática. Ésta esta constituida por una bicapalipidica con proteínas (no glucolisadas) incluidas, y su función es controla el paso de sustancias desde el interior al exterior de la célula y viceversa. La mayor parte de las membranas no contiene colesterol como la célula animal (la célula animal posee colesterol y gracias a ello puede aumentar la T° en que la membrana plasmática es fluida). Las bacterias fotoautótrofas poseen unos pliegues en al membrana en que contiene pigmentos fotosintetizadotes, que son capaces de captar la luz solar y realizar fotosíntesis. Otras procariotas poseen pliegues de membrana internos, que son los mesosomas, que participan en la división celular y en la respiración celular.
En el interior de la célula esta el citoplasma, que es una sustancia acuosa (puesto que el 80% de éste es ) rica en sales disueltas, nutrientes, enzimas y otras moléculas. Posee varios ribosomas 70S (unidad de coeficiente de sedimentación (Svedberg)), cuya función es la síntesis de proteínas. Con excepción de los ribosomas, estos organismos, carecen de organelos membranosos, como por ejemplo el núcleo, mitocondrias, cloroplastos, retículos endoplasmaticos, aparato reticular de Golgi, etc.
El material genético es constituido por una molécula de ADN circular, sin proteínas que le acompañan, ubicado en algún lugar de la membrana plasmática, que no se encuentra separado del citoplasma. Generalmente las bacterias se reproducen de forma asexual por fisión binaria ( que se explicará mas adelante). Algunas formas endosposras, que es una estructura de pared muy gruesa que les hace resistir condiciones extremas (como se dijo anteriormente), por un periodo largo de tiempo. En la superficie puede poseer organulos filamentosos, tales como fimbrias (algunas participan en la conjugación, las fimbrias sexuales) o pelos, que ayudan a la bacteria a sujetarse a las superficies o algunas poseen flagelos. Los flagelos de las procariotas son semirrigidos, presentes en algunas especies de bacterias, cuya función consiste en proporcionar movimiento a las células.
Los flagelos parten de la membrana plasmática, cruzan la pared celular y se extienden hasta el exterior de la célula. El número y la posición van variando según cada especie, al igual que la forma y el diámetro. Este ultimo varia entre 12 y 18 nm.
Posición y números de Flagelo










Filamento: Es la parte mas externa del flagelo, esta constituido por una proteína especifica llamada flagelina. Ésta, forma cadenas helicoidales alrededor de una región central hueca. Las proteínas se sintetizan en al base del flagelo y se desplazan a través del orifcio central hasta el extremo donde se incorporan.
Gancho: Tiene forma curva, y se une a la célula.
Cuerpo basal: Se encuentra en el interior de la membrana plasmática y se inserta por medio de una serie de anillos (L, P, S, M). En las bacterias gram-positivas sólo existen los anillos M y P.
El movimiento del flagelo comienza en la base de él, hacia el extremo. Depende del sentido de la marcha, es helicoidal, que normalmente se da en sentido de las agujas del reloj., pero cuando la bacteria cambia de sentido, el movimiento de rotación se produce en sentido contrario a las agujas del reloj








Características
Célula Procariótica
Ejemplo
Eubacterias y Arqueobacterias.
Tamaño
Lo habitual es de 0,5 – 10 μm de diámetro.
Presentación del DNA
Libre en el citoplasma, sin histonas, DNA circular cerrado. Se suele designar el nombre de nucleoide al espacio que ocupa el DNA en el citoplasma de la bacteria.
Compartimentalización citoplasmática
Ausente.
Ribosomas
Más pequeños y livianos ( 70 S )
Pared Celular
No celulósica, sino de tipo glicopeptídica (peptidoglucano).
Locomoción
Flagelos, estructurados por una proteína (flagelina).
Citoesqueleto
Ausente.
Membrana Plasmática
Presente, formada de bicapa lipídica y proteínas, sin colesterol
S = es una unidad de coeficiente de sedimentación (Svedberg).



3. Diversidad de formas: formas reproductivas y latentes
Las bacterias son los representantes por excelencia del Reino Mónera. Éstas poseen un aspecto llamativo que es su gran diversidad, lo que hace difícil generalizar sobre ellas. Hay un gran número de especies adaptadas a una enorme diversidad de medios lo que determina distintas estructuras, metabolismos, morfologías, etc. Las distintas morfologías bacterianas que conocemos a través del microscopio están determinadas por su tamaño, forma y disposición. Dependiendo de esto adquieren distintas denominaciones.

Tamaño

Las bacterias son invisibles al ojo humano. Éstas se miden en micrones (1µm =10 -6m). El tamaño varía dependiendo de las especies entre 1 µm y 250 µm siendo lo más común entre 1 y 10 µm. Una de las características de las bacterias es que poseen una gran superficie mediante la cual entran nutrientes que alimentan un pequeño volumen, de esta forma pueden realizar muchas reacciones metabólicas y crecer rápidamente. Por ejemplo, la Escherichia coli tarda 20 minutos en dividirse mientras que la célula de un mamífero en laboratorio tarda de 13 a 24 horas.

Forma

La diversidad de formas de las bacterias está impuesta por la rigidez de su pared celular. Las paredes celulares de las bacterias presentan dos configuraciones diferentes: las bacterias grampositivas y las gramnegativas. Se distinguen ambas debido al color que adquieren sus paredes celulares cuando se someten a la tinción de Gram, (técnica utilizada para referirse a la morfología bacteriana) las grampositivas adquieren color púrpura y las gramnegativas color rojo. Hay bacterias que no pueden diferenciarse, ya sea, porque su envoltura es cerosa (micobacterias) o no poseen pared celular (micoplasmas).
Una principal diferencia entre ambas, es que las grampositivas presentan en su pared celular una red de mureína (peptidoglicano) muy desarrollada llegando a las 40 capas, en cambio las gramnegativas poseen una pared más delgada con pocas cantidades de capas, pero, además poseen una membrana externa a la capa de peptidoglicano que mantiene la estructura bacteriana y constituye una barrera impermeable de moléculas de gran tamaño. Los peptidoglicanos son de vital importancia para que la bacteria pueda conservar su forma y obtener rigidez, ya que en ausencia de ésta la bacteria reventaría debido a su gran potencial osmótico.
Estas diferencias en la estructura de la pared celular dan lugar a diferencias en la susceptibilidad antibiótica. Por ejemplo la vancomicina puede matar a bacterias grampositivas pero es ineficaz contra patógenos gramnegativos. La mayor parte de las bacterias son gramnegativas, las cuales en su mayoría poseen plásmidos importante para conferir resistencia contra antibióticos.
Se exhiben en las bacterias una diversidad de formas, pero entre las más frecuentes podemos encontrar: los denominadas cocos, que poseen una forma esférica; los bacilos con forma cilíndrica que son como bastones de longitud variable de extremos redondeados (ejemplo: Escherichia Coli); los espirilos que son células helicoidales. Existen modificaciones a estas tres formas fundamentales y aunque la mayor parte de las bacterias conservan constante su forma, hay especies que la pueden variar, por lo que se les llama pleomórficas. Entre la gran cantidad de variantes a las tres formas fundamentales, podemos nombrar a los cocobacilos, con forma de óvalo; las bacterias corineformes que son bacilos irregulares con un extremo ensanchado y las espiroquetas que son helicoidales flexibles. En menor frecuencia están los vibriones con forma de coma (bastones cortos encorvados).

Disposición

Otra característica es la disposición que adoptan las células luego de reproducirse, ya que, algunas por una separación incompleta del tabique tienden a permanecer unidas originando agrupaciones características. Según el plano y número de divisiones, pueden encontrarse en bacterias esféricas los denominados diplococos, si la división se realiza en un plano y estos quedan dispuestos de a pares; estreptococos si en un plano permanecen unidos después de varias divisiones formando una cadena. Y si la bacteria se divide en más de una dimensión la disposición es más complicada. Cuando un coco se divide en ángulo recto al primer plano de división, forma tétradas. Una posterior división en el tercer plano puede resultar en un paquete cúbico de ocho células conocido como sarcinas. Si la división en los tres planos es de forma irregular se denomina estafilococos.

Formas reproductivas

Las bacterias se reproducen usualmente por fisión binaria, es decir, dividiéndose en dos. Para ello crecen y duplican su material genético previamente, como cualquier célula, pero a diferencia de las células eucariontes no tienen la duplicación del ADN limitada sólo a la etapa de síntesis, sino que constantemente lo están haciendo porque están en continua división. Luego del crecimiento y alargamiento de la célula para su posterior separación, se produce una invaginación de la membrana celular (mesosoma) a la cual, cada cromosoma hijo se fija a una porción diferente de la misma. Además con el comienzo de la replicación se desencadena también el inicio de la división celular visualizado por la formación de un tabique transversal, para concluir con la separación de las células hijas genéticamente idénticas a la original. Si esto ocurre en reiteradas veces explica la formación de colonias de células iguales. Sin embargo, las bacterias también llevan a cabo reproducción parasexual, donde posibilitan el intercambio de información genética de forma unidireccional desde el dador al receptor, sean o no de la misma especie. Esto es muy importante, ya que, explica la variabilidad que se requiere para que las poblaciones se adapten a cambios en el ambiente (medios en que hay antibióticos) y perduren. Estos fenómenos parasexuales pueden ser: la conjugación, en el cual se transfiere el material genético por contacto directo entre células a través de unas estructuras llamadas pelos; la transducción, mediante el cual, generalmente un virus, transporta fragmentos de ADN de la última bacteria parasitada, introduciéndolos en la bacteria receptora; transformación, proceso por el cual una bacteria es capaz de introducir en su interior fragmentos de ADN que están libres en el medio, procedentes de la lísis de otras bacterias.

Formas latentes

Algunas especies de bacterias grampositivas tienen la capacidad de pasar de estado vegetativo a estado o forma latente(o forma de reposo), denominadas endosporas, las cuales otorgan perdurabilidad a las bacterias cuando son sometidas a situaciones extremas como calor, radiación, escasez de alimento, deshidratación, temperaturas altas, influencias químicas etc.
La endospora se encuentra deshidratada y formada por múltiples capas concentradas en un espacio reducido (1/10 del volumen de la célula madre).Contiene en su citoplasma una copia completa del cromosoma bacteriano, concentraciones de ribosomas mínimas, proteínas esenciales y toda la maquinaria metabólica esencial que requerirá cuando se produzca la germinación. Su contenido lo hace refráctil (brillante) al microscopio.
La termorresistencia, es la principal característica, ya que, mientras las bacterias mueren a 80ºC, las endosporas sobreviven e incluso soportan una temperatura mayor. Poseen la más baja tasa metabólica de todos los seres vivos (hipometabolia), esto explica que puedan sobrevivir sin nutrientes por largos períodos.

Esporogénesis

Si los niveles de Carbono, Nitrógeno o Fósforo son inferiores a los requeridos con normalidad, esto constituye una señal a la célula de que se aproxima un período de privación de nutrientes. Esto desencadena una cadena de procesos genéticos que concluyen con la formación de la espora (esporogénesis) comparable a un proceso de diferenciación.
Para llevar a cabo este proceso primero se duplica el material genético y una copia de éste y los contenidos citoplasmáticos son rodeados por su membrana citoplasmática, el peptidoglicano y por la membrana del tabique. Todo esto cubierto por la corteza que se sintetiza a partir de la célula madre, formada por peptidoglicano y ésta envuelta por una capa proteica queratiniforme que protege a la espora. Este proceso tarde de 6 a 8 horas.
Finalmente la célula madre se autolisa, liberando la endospora capacitada de permanecer durante siglos como espora viable.

Germinación

Para que ocurra la germinación o transformación de la espora en estado vegetativo es necesario que la cubierta de la espora se altere, esto se produce por calor, pH bajo, entre otros factores, además de agua y de un agente químico externo presente en el medio (iones inorgánicos, azúcares, bases nitrogenadas, etc.) que permiten la activación de la germinación. Estos son detectados por un receptor de la membrana esporal interna que desencadena un serie de reacciones químicas, lo que tiene como consecuencia que entre agua al protoplasto de la espora, se hinche, pierda sus capas y esto haga que pierda su capacidad refringente, perdiéndose la resistencia al calor. Se forma una nueva célula vegetativa que es idéntica a la original, finalizando así todo el ciclo. Este proceso dura aproximadamente 90 minutos.
Es muy importante entender que las esporas en las bacterias son una forma de reposo y no de reproducción, que representan una etapa del ciclo de vida de ciertas bacterias con una estructura diferente respecto a las células vegetativas.


4. Nutrición de las procariotas
Los organismos procariotas se destacan por la gran cantidad de metabolismos y los diversos modelos que tienen para obtener energía.
Empecemos por ver que es el metabolismo, esto es un conjunto de reacciones químicas esenciales para la nutrición el crecimiento y la reparación de la célula u organismo donde ocurre y debe ser cuidadosa y constantemente regulados para mantener al organismo en equilibrio. Está constituido por los siguientes fenómenos metabólicos, que son el anabolismo y el catabolismo. A grandes rasgos el Anabolismo, corresponde al conjunto de reacciones químicas encaminadas a la síntesis de componentes celulares. Son reacciones de biosíntesis, que consecuentemente requieren energía. En el anabolismo los nutrientes del medio exterior son convertidos en componentes celulares. Son procesos constructivos, un ejemplo la fotosíntesis que solo ocurre cuando hay clorofila. Durante la fotosíntesis, la clorofila atrapa la energía de la luz solar y la utiliza para producir ATP. Posteriormente, la energía contenida en el ATP se utiliza en las reacciones para la producción de carbohidratos de alto contenido energético. Las principales materias primas utilizadas en la fotosíntesis son el agua y el dióxido de carbono. Utilizando la energía que las moléculas de clorofila atrapan de la luz solar, el agua se hidroliza, el oxigeno se libera y el hidrogeno se combina con el dióxido de carbono para formar moléculas de carbohidratos. Las reacciones de la fotosíntesis se resumen de la siguiente manera:
Por otra parte el Catabolismo corresponde al conjunto de reacciones de degradación de sustancias en las que se produce (o libera) energía. Son procesos destructivos. La respiración celular es un ejemplo. Los alimentos son la fuente de energía liberada en el proceso de la respiración celular. La célula debe convertir las grandes moléculas en moléculas simples. La respiración celular es un proceso muy importante ya que transforma la energía de los alimentos en ATP. Sus fases corresponden a la glucólisis, ocurre en el citoplasma, donde se degrada la glucosa en acido pirúvico, produciendo algo de ATP; luego viene la formación de Acetil Coenzima A, que ocurre en el citoplasma donde el Acido pirúvico es transformado a Acetil CoA; Ciclo de Krebs, donde el acido pirúvico entra a un ciclo y se une al oxaloacetato, forma el acido cítrico, luego pasa a acido isocítrico, luego a acido alfacetoglutarico, luego acido succínico, acido fumarico, acido málico para volver a ser oxaloacetato y empezar nuevamente el ciclo. Ocurre en el citoplasma y se obtiene energía. El ácido pirúvico desaparece; Fosforilación oxidativa: Ocurre en los mesosomas, donde hay una transferencia de energía que produce , que posteriormente es eliminado como desecho.
Como resultado de estos dos grupos de reacciones tiene lugar el crecimiento celular. Una célula, para crecer, necesita sintetizar los nutrientes que tienen en el ambiente, y por biosíntesis forma los componentes celulares. La nutrición celular corresponde al conjunto de procesos mediante los cuales la célula obtiene la materia y la energía necesarias para fabricar sus estructuras celulares y realizar sus funciones vitales.
Los mecanismos de obtención de energía, se debe a que las moléculas poseen enlaces químicos cuya energía puede ser utilizada por microorganismos. La manera de usar esta energía, es mediante reacciones de oxidación (eliminando un electrón o un átomo de Hidrogeno) y la reducción (ganando un electrón o un átomo de Hidrogeno).
Los microorganismos que usan la luz, la transforman en energía química mediante fotosíntesis, por lo que todos los organismos usan energía química. Los nutrientes son fuentes de C, N, O. La energía que se necesita para estas biosíntesis, procede del exterior y puede ser de diversa naturaleza: luz, compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos. La mayoría de los microorganismos usan compuestos químicos orgánicos que son captados del ambiente, introducidos en la célula y degradados por catabolismo en sistemas más simples que la célula necesita (la célula los expulsa, más tarde, como productos de desecho). Esta energía se usa para el anabolismo y para otras funciones celulares, como puede ser el movimiento de los flagelos, transporte de solutos por la membrana. Los microorganismos se pueden clasificar atendiendo al tipo de metabolismo que realice. En concreto, se agrupan atendiendo a la fuente de energía que toman del medio o la fuente de C.
Dependiendo de la fuente de energía para crecer, tenemos:
Luz----------->Fototrofos
C. Químicos----------->Quimiotrofos
Dependiendo de la fuente materia, podemos distinguir dos tipos de nutrición: autótrofa y heterótrofa.
NUTRICIÓN AUTÓTROFA (de auto: uno mismo y trophos: comer), donde estos organismos son capaces de producir su propio alimentosa que logran tomar la energía y algunas sustancias inorgánicas del medio (CO2 y agua) para producir sustancias orgánicas que les sirven de alimento a ellos y a otros organismos. Son autótrofas las células de los vegetales, las algas y algunas procariotas.
NUTRICIÓN HETERÓTROFA (de hetero: diferente y trophos: comer), donde estos organismos incorporan las sustancias elaboradas (materia orgánica) necesarias para que el organismo crezca, se repare y reponga los materiales. Son heterótrofas las células de los animales, de los hongos y de muchos organismos unicelulares.
Los procariontes pueden obtener los nutrientes de varias maneras, entre ellas, produciendo ellos mismos sus nutrientes, siendo estos llamados organismos autótrofos, de manera tal que usan como fuentes de materia, la inorgánica, es decir a través de de compuestos inorgánicos. Estos producen su propio alimento, por lo que se pueden considerar autosuficientes. Este tipo de organismos, posee Carboxisomas, que son pequeñas estructuras membranosos que permite fijar el durante la fotosíntesis y Clorosomas, que son vesículas alargadas que se encuentran al interior de la membrana plasmática y que poseen pigmentos fotosintetizadores. Dentro de los organismos procariontes autótrofos podemos distinguir

Organismos fotoautótrofos o también llamados fotosintéticos, compuesto por las plantas y algunas bacterias fotosintéticas tales como las bacterias rojas del azufre como Thiospirillum o las bacterias verdes como tales como la Chlorobium. Estas utilizan la luz como fuente de energía. Este grupo incluye a: plantas, algas, y bacterias. Si nos centramos en las bacterias (aunque también se incluyen algunas algas) de este tipo, realizan fotosíntesis y utilizan el o azufre (S, ) como su fuente de materia. Poseen bacterioclorofila y carotenoides para poder captar la luz.

Organismos quimioautótrofos o también llamados quimiosinteticos, compuesto por bacterias, tales como las bacterias de los géneros Nitrosomonas ( a (Nitrito)) y Nitrobacter ( a (Nitrato)). Usan compuestos químicos inorgánicos como fuente de energía y dióxido de carbono como fuente de carbono. Estas bacterias crecen normalmente en la oscuridad sobre sustratos minerales, que utilizan como fuente de energía y materia. Los sustratos que utiliza son compuestos que poseen Nitrógeno, ( o ), minerales que contienen Hierro o azufre ( ), Hidrogeno molecular ( ) y monóxido de carbono (CO).

Sin embargo existen también organismos que no pueden producir sus propios nutrientes, y que por lo tanto tienen que obtener los átomos de carbono de compuestos orgánicos, como la glucosa o el alcohol, fabricados por otros organismos para su mantenimiento y crecimiento, por lo tanto estos no producen su propio alimento. Dentro de los organismos procariontes heterótrofos, podemos distinguir

Organismos fotoheterótrofos, tales como Rhodospirillum, y otras bacterias rojas que no son del azufre. Captan energía lumínica con requerimiento de sustancias orgánicas. Por lo que llevan a cabo la fotosíntesis y se nutren mediante compuestos orgánicos como ácidos grasos, alcoholes y glucidos. Utilizan la luz como fuente de energía. Son anaeróbicas, es decir, son aquellas que pueden crecer en ausencia de oxígeno, debido a que pueden usar aceptores finales distintos del oxígeno, o porque poseen metabolismo estrictamente fermentativo, pero sin embargo hay otras que son aeróbicas, es decir, necesitan O2 para crecer. Estas pueden crecer en la oscuridad con sustratos orgánicos, otros ejemplos de este tipo de bacterias son Rhodomicrobium (Rhodomicrobium vannielli Depuración de aguas residuales, abono).


Organismos quimioheterótrofos, tales como las del genero Mycobacterium (agente causal de la tuberculosis). Captan la energía química a partir de sustancias orgánicas, es decir, usan compuestos orgánicos para obtener tanto la energía como los átomos de carbono. Son la mayoría de las bacterias. Se encuentran dentro de este tipo las quimioheterótrofas aeróbicas, que utilizan el en su metabolismo y desprenden , ejemplo la Rhizobium (Bacteria capaz de inducir la formación de nódulos ricos en nitrógeno en plantas leguminosas como la arveja, alfalfa, trébol y otras.) .). Dentro de este grupo se encuentran también los llamados Saprobios o Saprofitos, que se alimentan de materia orgánica peor en descomposición o muerta, por lo tanto regulan el reciclaje orgánico del suelo, un ejemplo de procarionte es la levadura, que es anaeróbico, por lo tanto realiza solo fermentación.


Anexo: relación de las bacterias con el Oxigeno.

Bacterias aeróbicas; son aquellas que para lleva a cabo su metabolismo, requieren la presencia de Oxigeno y liberan o desprenden
Bacterias anaeróbicas; son aquellas que para llevar a cabo su metabolismo, no requieren al presencia de Oxigeno, degradan al materia orgánica del suelo por medio de fermentaciones. Hay tres tipos de anaerobismo:
1. Anaerobias estrictas; son aquellas que no toleran el Oxigeno, y que en su presencia mueren, ejemplo Algunas del genero Clostridium.
2. Anaerobias facultativas; son aquellas que en presencia de Oxigeno lo utilizan, y que en su ausencia no lo utilizan, ejemplo, la Escherichia Coli.
3. Anaerobias Aerotolerantes, son aquellas que no les incomoda al presencia de Oxigeno, y no lo utilizan, ejemplo la Streptococcus thermophilus.



5. Plasmidos y conjugación bacteriana
Muchas bacterias contienen además de un cromosoma principal (cadenas cerradas dobles de ADN, que forma el llamado “cuerpo nuclear o nucleoide”), pequeños cromosomas secundarios circulares que son fragmentos menores de ADN, estos son lo que se conoce como plásmidos, los cuales poseen un doble hélice circular y que generalmente portan los genes para la desactivación de los antibióticos, la codificación de enzimas, la síntesis de toxinas, entre otros genes.
Los plásmidos poseen la capacidad de duplicarse en forma completamente independiente con respecto al cromosoma del huésped y son de gran utilidad para la tecnología del ADN recombinante. Por otro lado también son capaces de intercambiar parte de su material genético e incluso integrarse a los cromosomas principales de las bacterias pero en este ultimo caso, su replicación queda bajo el control de dichos cromosomas principales; transmitiendo de esta forma los genes de una bacteria a otra.
Hay plásmidos que llevan genes específicos, encargados de controlar los procesos de conjugación, por ejemplo genes que alteran la superficie de las células para que no sea interrumpido el contacto de célula a célula; y genes específicos que son los encargados de llevar a cabo la transferencia del ADN de una célula a otra, esta capacidad de transmisión por conjugación, es controlada por un grupo de genes del plásmido, denominada región tra. La existencia de esta region en un plásmido que este integrado al cromosoma bacteriano, puede movilizar la transferencia de ADN cromosómico de una célula a otra.

Evidencia física de los plásmidos

Los plásmidos en general tienen menos de un veinteavo de lo que es el tamaño del cromosoma, y es ADN circular cerrado bicatenario.
Cuando se aisla el plásmido, su doble hélice se encuentra enrollada sobre si misma formando el llamado “Super enrollamiento”, el cual constituye la forma más compacta dentro de la célula, pues se encuentra la mayor parte del ADN de los plásmidos.
Este ADN es observable bajo el microscopio electrónico, y por medio de micrografías electrónicas se puede observar su estructura y medidas de longitud como evidencia para dar pie de su existencia y de su tamaño molecular.

Eliminación de los plásmidos

El plásmido posee una característica muy común, puesto que no pueden ser eliminados de las células huéspedes por medio de diferentes tratamientos. Esta “eliminación” al parecer resulta de la inhibición de la replicación del plásmido sin una inhibición paralela de la replicación cromosómica, y como resultado de la división celular, el plásmido queda diluido. Otros tratamientos que pueden ser utilizados son la radiación ultravioleta o ionizante y los metales pesados; el crecimiento a temperaturas por encima de la optima puede también provocar la eliminación del plásmido.

Estructura y Replicación del plásmido

El plásmido mas conocido y estudiado es el plásmido F de la bacteria Escherichia coli, este es un plásmido conjugativo y posee la capacidad de transferir a una célula receptora por intermedio de si mismo o a través de un ADN cromosómico donador. Además este plásmido contiene secuencias de ácidos nucleicos que le permiten recombinarse con el cromosoma bacteriano formando cepas Hfr(alta frecuencia de recombinación).
Es probable que los plásmidos se repliquen de una forma muy similar a la del cromosoma (inicio de la repicación en el origen y replicación bidireccional alrededor del circulo), pero debido al tamaño del plásmido con relación al del cromosoma, este proceso ocurre con bastante rapidez; pues aunque estos elementos genéticos(plásmidos) se replican de manera independiente, su replicación es controlada por la célula y determinada en cierto modo por las condiciones del medio ambiente.

Significado biológico de los plásmidos

Los plásmidos como elementos genéticos son de gran importancia, pues son como herramientas para comprender una variedad de fenómenos genéticos en los procariotes y fenómenos biológicos y ecológicos, con lo que es muy evidente que algunas de las ideas acerca de taxonomía bacteriana y ecología de deben modificar para así poder explicar la presencia y la actividad de los plásmidos.

Incompatibilidad de plásmidos

La compatibilidad de los plásmidos es muy importante en su investigación y en su evolución ecológica, pues al insertarse un plásmido en una célula la cual conlleva otro en su interior, es probable que el segundo no se pueda mantener y se pierda mientras acontece la replicacion celular, por lo que se dice que ambos plásmidos son incompatibles, esta información de incompatibilidad es controlada por genes que se encuentran en ellos.

Origen de los plásmidos

Aun cuando no se tiene evidencia alguna acerca del origen de la resistencia a los fármacos de los factores R, algunas evidencias sugieren que estos plásmidos existían antes de la era de los antibióticos; y la evolución de estos factores R es comprensible en las implicaciones para el continuo trato de la medicina humana, ya que se necesita combatir las infecciones con cada vez mayor cantidad de antibióticos.

Conjugación bacteriana

Es también llamada “apareamiento”, en este proceso genético dos células se reúnen por contacto directo a través de un pelo para transferirse el material genético una a otra. Esta transferencia puede ser un plásmido o bien una parte del cromosoma movilizado por un plásmido, este proceso ha sido mas ampliamente estudiado en la bacteria Escherichia coli.
Existen células donadoras (llamadas masculinas) las que contienen plásmidos que pueden ser transmitidos a células receptoras (llamadas femeninas).
El pelo de la célula donadora, llamado “pelo sexual” reconoce a la célula receptora y hace el primer paso, luego como esta célula conjugativa tiene la información genética necesaria para la codificación de algunas proteínas útiles para que se lleve a cabo la transferencia de ADN, el pelo sexual de la célula conjugativa une ambas bacterias y permite que se pueda formar un puente en el cual pasará el ADN.


6. El cromosoma de E. Coli
La Escherichia coli, es uno de los muchos grupos de bacterias que viven en los intestinos de los humanos sanos y en la mayoría de los animales de sangre caliente. Esta bacteria ayuda a mantener el equilibrio de la flora intestinal normal (flora bacteriana) contra las bacterias nocivas y sintetiza o produce algunas vitaminas.
No obstante, existen cientos de tipos o cepas de bacterias E-coli. Las distintas cepas de E. coli tienen diferentes características distintivas.
Una cepa de E-coli en particular, conocida como E. coli O157:H7, causa una grave infección intestinal en los humanos. Se puede diferenciar de otras por la producción de una potente toxina que daña el revestimiento de la pared intestinal y causa diarrea con sangre. También se conoce como infección enterohemorrágica por E. coli.
Los átomos que constituyen esta bacteria se combinan entre sí de forma muy específica. Gran parte del hidrogeno y del oxígeno está presente en forma de agua, lo cual da cuenta de la mayor parte del peso de E.coli. Además del agua, cada bacteria contiene aproximadamente 5000 clases de macromoléculas diferentes. Algunas de ellas desempeñan funciones estructurales, otras regulan la función celular y el resto se relaciona con la información genética. Algunas de las macromoléculas actúan recíprocamente con el agua para formar una película delicada y flexible, una membrana, que encierra a todos los otros átomos y moléculas, que componen E.coli. Así encerrados, constituyen, notablemente, una célula, una entidad viva. Una célula de E.coli es muy pequeña, pero posee ciertas capacidades asombrosas. Al igual que otros organismos vivos, puede transformar energía tomando moléculas del medio para utilizarlas en sus procesos de crecimiento y reproducción. Puede intercambiar información genética con otras E.coli. Puede moverse impulsándose con la rotación de fibras delgadas y flexibles unidas a una estructura que se asemeja a la caja de cambios de un automóvil, pero es mucho mas antigua.
Su residencia preferida es el tracto intestinal del ser humano, donde vive en intima asociación con las células que forman el tapiz de ese tracto. Estas células se asemejan a E.coli en muchos aspectos importantes.
Sin embargo, las células humanas también son muy distintas de E.coli. Por un lado, son de tamaño mucho mayor; por otro, mucho mas complejas. Lo mas importantes es que no son entidades independientes como las células de E.coli, pues cada una forma parte de un organismo pluricelular. Cada célula del tapiz intestinal vive durante unos pocos días; el organismo con suerte, vivirá varias décadas.
E.coli, las células de su huésped humano y otros microorganismos que viven en el tracto intestinal interactúan unos con otros. Habitualmente esto ocurre sin consecuencias, de modo que no nos damos cuenta de estas interacciones, pero en ocasiones tomamos conciencia del delicado equilibrio que existe.
E.coli y las células con las que interactúan ilustran lo que conocemos como niveles de organización.

E. coli O157:H7
La Escherichia coli O157:H7 es una de cientos de cepas de la E. coli, pero que produce una potente toxina y puede ocasionar una grave enfermedad.
La E. coli O157:H7 fue reconocida inicialmente como causa de enfermedad en 1982 durante un brote de diarrea aguda con sangre; el brote determinó que se debía a hamburguesas contaminadas. Desde entonces, la mayoría de las infecciones han provenido de comer carne de vacuno molida insuficientemente cocinada.
En 1996, cerca de California se produjo un brote a causa de esta bacteria, que se encontró en botellas de zumo de manzana de la marca Odwalla. Muchas personas, entre ellas bebés y niños, murieron después de tomar este zumo. La bacteria entró en las botellas porque las manzanas que se exprimieron contenían excrementos de ciervos de la zona.
La combinación de letras y números en el nombre de la bacteria se refiere a los marcadores específicos que se encuentran en su superficie y la distingue de otros tipos de E. coli.

El cromosoma de Escherichia coli
El cromosoma de la bacteria intestinal Escherichia coli es único, circular y contiene cerca de 4.7 millones de pares de bases. Tiene cerca de 1 mm de longitud pero solo 2 nm de ancho. El cromosoma se replica produciendo una figura que asemeja a la letra griega theta.
El promotor es la parte del ADN en donde se pega la ARN polimerasa antes de abrir el segmento de ADN a ser transcripto.
Un segmento del ADN que codifica para un polipéptido específico se conoce como un gen estructural . Escherichia coli puede sintetizar 1700 enzimas, por lo tanto esta pequeña bacteria tiene genes para 1700 mARN.
La lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizado por la enzima beta-galactosidasa. Esta enzima es inducible, solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa, el sustrato sobre el cual opera, esta presente. En cambio, las enzimas para la síntesis del aminoácido triptófano se producen continuamente a menos que el triptófano este presente en el medio de cultivo, se dice en este caso que las enzimas sintetizadoras de triptófano estan reprimidas.

REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO SE AJUSTA AL MODELO SEMICONSERVATIVO: EXPERIMENTOS DE MESELSON Y STAHL (1958)
Meselson y Stahl (1957) diseñaron un experimento para tratar de averiguar la forma en la que se realiza la replicación del ADN en E. coli, es decir, la pregunta que se plantearon fue: ¿Qué modelo de replicación del ADN sigue E. coli, semiconservativo, conservativo o dispersivo?. Para contestar a esta pregunta, diseñaron un experimento en el que marcaban el ADN de la bacteria E. coli con Nitrógeno pesado N15, para ello hicieron crecer las bacterias durante 14 generaciones sucesivas en un medio que contenía como única fuente de Nitrógeno N15. Durante estas 14 generaciones el ADN de las bacterias las bacterias se había sintetizado con bases nitrogenadas con Nitrógeno pesado (N15). Posteriormente, comprobaron que podían distinguir el ADN del las bacterias que crecían en un medio normal (con N14) del ADN de las bacterias que habían crecido durante 14 generaciones en N15. Para ello extrajeron el ADN de ambos tipos de bacterias y lo centrifugaron en un gradiente de densidad de CsCl. El resultado fue que la densidad del ADN de las bacterias que habían crecido en presencia de N15 era mayor que el ADN de las bacterias que habían crecido con N14. Una vez comprobado que eran capaces de distinguir el ADN de ambos tipos de bacterias, continuaron el experimento de la siguiente forma: Las bacterias que habían estado creciendo en Nitrógeno pesado (N15) las pasaron a un medio de cultivo que contenía N14 (Nitrógeno normal) y a distintos tiempos, media generación, una generación, dos generaciones, tres generaciones de replicación, tomaban una muestra del cultivo bacteriano, extraían el ADN y centrifugaban en gradiente de densidad de CsCl.


Esquema Experimentos Meselson y Stahl (1958)

Cuando extraían el ADN de la bacterias que llevaban una generación creciendo en N14 y centrifugaban en CsCl, obtenían una sola banda de densidad intermedia (N14-15)entre la del ADN N14 y el ADN N15. Si extraían el ADN de las bacterias que llevaban dos generaciones creciendo en N14 y centrifugaban en gradiente de CsCl obtenían dos bandas, una correspondiente al ADN N14 y otra de densidad intermedia (N14-15) entre la del ADN N14 y el ADN N15. La absorbancia a 260 nm es directamente proporcional a la cantidad de ADN que contiene una banda, de manera que al medir la absorbancia de las dos bandas obtenidas en la segunda generación, obtenían que ambas contenían igual cantidad de ADN (1:1). Al extraer y centrifugar en CsCl el ADN de las bacterias que llevaban tres generaciones creciendo en N14, obtenían dos bandas, una correspondiente al ADN N14 y otra de densidad intermedia (N14-15) entre la del ADN N14 y el ADN N15. La cantidad de ADN que contenía la banda correspondiente al ADN N14 era tres veces mayor que la encontrada en la banda de densidad intermedia (N14-15), proporción (3:1).
Los resultados obtenidos por Meselson y Stahl (1958) se ajustaban a un modelo de replicación semiconservativo.


Resultados centrifugación CsCl
Matthew Meselson y Franklin W. Stahl

Si la replicación del ADN de E. coli se ajustará al modelo Conservativo al centrifugar el ADN de las bacterias después de un generación en medio con N14, hubieran obtenido dos bandas una de densidad correspondiente al N14 y otra de densidad correspondiente al N15. Nunca habrían observado, en este caso, una banda de ADN de densidad intermedia (N14-15).

Características patógenas
Tratamiento

El uso de antibióticos es poco eficaz y casi no se prescribe. Para la diarrea se sugiere el consumo de abundante líquido y evitar la deshidratación. Cuando una persona presenta diarrea no debe ir a trabajar o asistir a lugares públicos para evitar el contagio masivo. Sin embargo en algunas patologías como la pielonefritis hay que considerar el uso de alguna cefalosporina endovenosa.
Cepas según su poder patógeno. También se les puede llamar VIROTIPOS , se distinguen seis cepas según su poder patógeno:


Grupos de Escherichia coli patógenos según mecanismo para enfermar
Grupo
Símbolo
E.coli enteropatógenica
ECEP
E.coli enterotóxigenica
ECET
E.coli enteroinvasiva
ECEI
E. coli entero hemorrágica o verotoxigénica
ECEH
E.coli enteroagregativa
ECEA
E.coli de adherencia difusa
ECDA

E. coli enteropatogénica (ECEP): es el agente causal predominante de diarrea en niños que viven en países en vía de desarrollo. La regulación coordinada en la patogénesis es una necesidad importante para la adaptación de las bacterias patógenas a los diferentes ambientes encontrados dentro del hospedero durante la infección.
E. coli enterotoxigénica (ECET): Se parece mucho a V. cholerae, se adhiere a la mucosa del intestino delgado, no la invade, y elabora toxinas que producen diarrea. No hay cambios histológicos en las células de la mucosa y muy poca inflamación. Produce diarrea no sanguinolenta en niños y adultos, sobre todo en países en vías de desarrollo, aunque los desarrollados también se ven afectados.
E. coli enteroinvasiva (ECEI): Es inmóvil, no fermenta la lactosa. Invade el epitelio intestinal causando diarrea sanguinolenta en niños y adultos. Libera el calcio en grandes cantidades impidiendo la solidificación ósea, produciendo artritis y en algunos casos arterioesclerosis.
E. coli entero hemorrágica o verotoxigénica (ECEH): Produce verotoxinas que actúan en el colon. Sus síntomas son: primero colitis hemorrágica, luego síndrome hemolítico ureico (lo anterior más infección del riñón, posible entrada en coma y muerte), y por último, púrpura trombocitopénica trombótica (lo de antes más infección del sistema nervioso central).
E. coli enteroagregativa (ECEA): Los estudios realizados muestran que, además de la adherencia localizada, existen otros 2 mecanismos: uno llamado difuso, que se produce cuando las bacterias se unen al citoplasma celular, y otro agregativo, que se forma cuando las bacterias se acumulan en forma de empalizada tanto en la superficie celular como en el vidrio de la preparación.
Tienen la capacidad de sobrevivir largo tiempo en el intestino humano y la producción de una o más de las toxinas descritas, pudiera explicar la persistencia de las diarreas por ellas producidas.
E. coli Adherencia difusa (ECDA): No se ha demostrado que pueda causar diarrea en niños mayores de un año de edad ni en adultos.


La E. Coli, se clasifica en diferentes serotipos de acuerdo con el esquema de Kauffman (aquí solo los nombraremos):

Antígenos somáticos O (polisacárido y termoestables).
Antígeno flagelar H.
Antígenos K (capsulares)
F (fimbriales).


7. Desarrollo de resistencia contra los antibióticos
Cómo ya sabemos la bacteria de por si, posee genes que se “esmeran” por hacerla resistente a los ataques de agentes externos que podrían dañarla, o incluso matarla. Al comenzar de semejante premisa nos preguntamos, ¿Desde dónde adquieren las bacterias aquellos genes tan especializados que les facilitan la vida?, pues bien la respuesta es múltiple, pues no poseen una causa específica, sin embargo entre las que hemos llegado a conocer se encuentran:

Ø Transfieren sus características de resistencia a otras mediante la donación de plásmido (son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal, se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico).
Ø “Los genes movilizan, a su vez, genes de resistencia en las ocasiones en que extraen un gen de una bacteria y lo inyectan en otra” (Investigación y Ciencia, 260, mayo de 1998.), en este caso los virus mientras que fagocitan a una bacteria (virus Bacteriófagos) dejan en su interior aquellos genes que proporcionan resistencia a la bacterias, y al tiempo que mata a alguna bacteria débil, perfecciona a las que quedan vivas.
Ø Cuando una bacteria muere, libera su contenido al medio externo y otra bacteria cualquiera puede apropiarse de algún gen liberado.
Ø Pueden muchas veces ser modificaciones genéticas, o mejor llamadas mutaciones genéticas, muy frecuentemente en bacterias, que generan espontáneamente genes de resistencia o perfeccionan uno ya existente.

Dentro de todo el daño que pueden causar las bacterias a la humanidad, siempre se debe tener en cuenta que al fin, son una parte natural y necesaria de la vida. Éstas abundan en superficies inanimadas y en las partes del cuerpo que se mantienen en contacto con el exterior, sin embargo estas partes de nuestro cuerpo están bien resguardadas por sustancias, cuya función es evitar que las bacterias causen problemas al organismo (por ejemplo las mucosas y sustancias de esa índole). Además existe un número considerable de bacterias que habitan dentro de nuestro organismo, ayudándonos a procesos fundamentales, por otra parte a menudo nos protegen de enfermedades ya que compiten con las bacterias patógenas, que cómo ya sabemos son “una minoría de especies que se multiplican de forma agresiva (en términos de millones de individuos) y dañan los tejidos o producen enfermedad por otros mecanismos” (Investigación y Ciencia, 260, mayo de 1998), entonces concluimos que ciertas bacterias son aliados muy importantes, en la lucha contra los patógenos resistentes a antibióticos, pues además una vez que los matan pueden adquirir su resistencia (por las formas ya mencionadas) y que no matemos a nuestros aliados y fortalezcamos a nuestros enemigos. A partir de esto podemos inferir que cuando aplicamos un antibiótico, no solo matamos a las bacterias patógenas, si no que además eliminamos a todas aquellas bacterias con las que convivimos día a día y que son un apoyo para nosotros, por otro lado y complementario a este daño, al aplicarle antibióticos a una bacteria patógena o no, dentro de la cepa total, existirán (como en todos los grupos) bacterias sensible a aquel antibiótico, en cuyo caso el antibiótico cumplirá su función de eliminación, sin embargo aquellas que no mueren se fortalecen contra el mismo antibiótico, y lo que es peor, al eliminarles del camino a las más débiles, van evolucionando hasta llegar a ser completamente inmunes a los antibióticos, eso es lo que logramos al darle un uso indiscriminado y excesivo a los antibióticos. Con frecuencia los pacientes no terminan el tratamiento y almacenan las dosis restantes para automedicarse, o medicar a familiares y amigos, en cantidades menores a las terapéuticas. En ambas circunstancias, la incorrecta dosificación no será capaz de eliminar por completo el agente infeccioso y estimulará el crecimiento de las cepas más resistentes que luego podrán producir trastornos de difícil tratamiento. Se ha descubierto que al menos 50 de cada 150 millones de antibióticos recetados, han sido completamente innecesarios.
v Acción de los antibióticos

Un antibiótico se define como una sustancia natural (es decir, producidas por organismos) que inhiben el crecimiento o la proliferación de las bacterias o que, directamente las matan, aunque muchas de estas sustancias son modificadas por el hombre para lograr un funcionamiento esperado. Su mecanismo de acción, varía dependiendo del tipo de bacteria y de la resistencia que esta presente contra otros antibióticos, como también de la agresividad de la misma bacteria. “Desde el comienzo de la vida en nuestro planeta, los organismos han luchado por los limitados recursos que tenían a su disposición. De esa pugna surgió la evolución de los antibióticos. La capacidad de producir tales compuestos poderosos confiere a un organismo - hongo, planta u otra especie bacteriana – una ventaja sobre las restantes bacterias sensibles al antibiótico. En esa presión de selección se esconde el motor natural del desarrollo de los antibióticos.” (Investigación y Ciencia, 2001, 298).

Algunos de los mecanismos de acción de los antibióticos son:

a) Algunos actúan inhibiendo la síntesis de la pared celular de la bacteria, específicamente inhibiendo la síntesis de peptidoglicano (mureína) que es el principal compuesto de dicha pared. La pared celular bacteriana es la principal responsable de la forma estructural definida que posee la bacteria y por otro lado le otorga protección respecto de su medio, por tanto si esta pared se deteriora la célula de inmediato muere.

b) Otros actúan inhibiendo la síntesis de proteínas fundamentales para la vida de la bacteria. Una bacteria sintetiza sus proteínas según un plan “inscrito” en el ADN, este es copiado por el ARN mensajero y es ejecutada a nivel de los organelos núcleo proteicos, los ribosomas, en donde se ensamblan los elementos constituidos por una molécula proteica. Estos antibióticos se fijan sobre la fracción 30 S de los ribosomas y provocan la síntesis de proteínas no conformes con el plan, en los cuales ciertos aminoácidos son remplazados por otros. Estas proteínas mal formadas no son funcionales, lo que conlleva finalmente a la muerte de la bacteria.

c) Muchos antibióticas actúan también en la estructura de la membrana plasmática. La membrana es una estructura vital para todo tipo de célula, no solo para la procariota, algunas de sus funciones esenciales es mantener la osmosis de la célula, es decir el equilibrio dinámico entre su medio interno y el externo, y consecuentemente se encarga de controlar la entrada y salida de las sustancias a la célula. Este grupo de antibióticos se encarga de perturbar su estructura y funcionamiento, esto lo producen a través de una pérdida de iones, de aminoácidos y de bases nucleicas en la membrana, que es mortal para la célula.

Sin embargo, pese a todos estos modos de operar tan eficaces de los antibióticos, hemos creado el modo perfecto para que las bacterias muten y se vuelvan, en algunos casos no menores, totalmente resistente a los antibióticos. Dentro de una población “X” de bacterias existen grupos de bacterias sensibles y resistentes a cierto antibiótico “Y”, una vez que nosotros incorporamos el antibiótico, las bacterias sensibles mueren (siempre que se aplique en cantidades adecuadas) mientras que las bacterias resistentes que quedaron, vuelan toda su capacidad energética en crear o intensificar mecanismos de resistencia contra ese mismo antibiótico. A su vez mientras que no apliquemos las cantidades adecuadas, solo va a morir una parte de las bacterias sensibles, mientras que las que queden vivas también van a dedicarse a trabajar en la formación de resistencia para ese antibiótico y para otros también. Otra de las consecuencias del uso de antibióticos consiste en que nosotros debemos saber que en nuestro interior existen bacterias que son inofensivas para el hombre, y que incluso en ciertos casos son de gran ayuda, ya que las bacterias sensibles no patógenas matan a las patógenas resistentes, puesto que gracias a que las resistentes vuelcan toda su producción energética a la mantención o mejoramiento de su resistencia, no están preparadas para un ataque, y por tanto las no patógenas las matan; pero cada vez que nosotros aplicamos un antibiótico para una determinada bacteria, no solo eliminamos a aquellas bacterias que son nuestra diana[1], sino que además matamos a todos las bacterias que se encuentran circundantes, e incluso aquellas bacterias no patógenas sensibles que no mueren, pueden volverse patógenas, gracias al mismo mecanismo que aplican las sensibles patógenas en las mismas circunstancias. La población de bacterias resistentes solo desaparece de forma natural si entre ellas existen bacterias susceptibles. Algunos medios que han adquirido las bacterias para su resistencia son:

Ø Algunos genes de resistencia preservan a los gérmenes de la destrucción mediada por los antibióticos gracias a la inducción de la síntesis de enzimas. Estas moléculas degradan o modifican el fármaco, que queda así inactivo.
Ø También el gen altere o elimine las moléculas a la que se une el antibiótico; tras estos cambios, la diana bacteriana del antibiótico desaparece. Es factible, incluso, que se eliminen las vías de entrada del fármaco.
Ø Lo que resulta más eficaz es sintetizar bombas que expulsen el antibiótico al exterior, antes de que este tiempo de encontrar su diana intracelular.


A su vez es importante señalar que cada vez que nosotros apliquemos un antibiótico para una persona específica, el efecto de la matanza de bacterias, tanto patógenas, como no patógenas, afecta a muchas de las personas que se encuentran en el área circundante al sujeto de tratamiento, más aún afectan de la misma forma, a plantas y animales, a estos antibióticos se les denomina fármacos societarios. Entonces, “si un miembro de una familia utiliza de forma crónica un antibiótico para combatir el acné, la concentración de bacterias resistentes al tratamiento en la piel aumenta para todos los miembros de la familia. De forma similar un empleo muy elevado de antibióticos en hospitales, guarderías y granjas, incrementa los niveles de bacterias resistentes en personas y otros organismos que no reciben el tratamiento.” (Figura 1.1)

(Investigación y Ciencia, 1998, 260). Los antibióticos comerciales (naturales modificados por el hombre) pueden seleccionar cepas resistentes a eses antibióticos; es decir pueden estimular al crecimiento de patógenos resistentes, un antibióticos puede en realidad, contribuir a su propia destrucción.
Algunas DE las medidas que se deberían tomar al ponerse al tanto de este problema, y no solo eso, sino que al tomar conciencia de lo grave que es el daño que nosotros mismos nos estamos causando, son entre otras; lavar las frutas y verduras crudas para eliminar restos de antibióticos como también las bacterias resistentes. Los pacientes deberían completar de forma correcta el tratamiento (para garantizar la eliminación de todas las bacterias patógenas) y no deberían conservar las pastillas restantes para su uso posterior. También deberían abstenerse de solicitar antibióticos para resfriados y otras infecciones virales (para cuyo tratamiento el antibiótico no se utiliza, ni causa ninguna recuperación; es decir, es absolutamente inútil en este caso) y deberían tomar en consideración tratamientos no antibióticos para ciertas afecciones menores, como el acné. “Lavarse las menos es una precaución principal y obvia que a veces se descuida.” (Investigación y Ciencia, 2001, 298). Ahora bien ¿Qué sucede con la moda antibacteriana?, esto es la nueva forma de seleccionar a las bacterias más resistentes para que terminen por no tener tratamiento, ya que provocan lo mismo que los antibióticos, tratemos de ser limpios, sin ayudar a los enemigos y destruir a los aliados.


8. Helicobacter pylori
Algo de historia.

El Helicobacter pylori es una bacteria en forma de espiral que se encuentra en el estómago, lugar donde habita exclusivamente pese a las condiciones adversas que presenta él para el desarrollo de vida bacteriana, siendo prácticamente el único organismo que puede sobrevivir en un ambiente tan extremamente ácido. Esta bacteria penetra el mucus del epitelio intestinal, dañando el tejido abdominal y duodenal, causando inflamación, úlceras pépticas, muchos tipos de gastritis y se estudia la posibilidad de su relación con el desarrollo del cáncer de estómago entre otras enfermedades. En muchas ocasiones la infección se da sin síntomas y en otras los síntomas se presentan como pérdida de peso, pérdida del apetito, pesadez de estómago, eructos, náuseas, vómitos, etc.
Primero fue conocido como Campylobacter pyloridis, un género bacteriano, pero luego que ser secuenciado su ADN se puedo evidenciar que no encajaba en el género de Campylobacter por lo que su nombre pasó a ser Helicobacter pylori (1989). Helicobacter pylori se debe a su forma de espiral y la cualidad propia que tiene de atornillarse sobre si misma para penetrar el mucus intestinal e invadir y colonizar el epitelio estomacal. Pylori alude a píloro, abertura del estómago que da paso al duodeno y lugar donde se ha encontrado la bacteria, a pesar de que también se ha encontrado en hígados de mamíferos causando problemas o enfermedades hepáticas.
En 1875, alemanes descubrieron bacterias con forma de espirales en el epitelio del estómago humano, estas bacterias no podían ser cultivadas por lo que este descubrimiento no produjo otro interés en aquel momento. Luego en 1892, el investigador italiano Giulio Bizzozero describió como gran suceso el haber encontrado en estómagos canes un tipo de bacterias espirales las cuales tenían como cualidad el sobrevivir en ambiente ácido. El profesor Walery Jaworski investigó desechos de lavados gástricos obtenidos de humanos en 1899. Pudo observar bacterias con una característica forma espiral, a las cuales llamó Vibrio rugula. Este investigador fue el primero en sugerir la participación de este microorganismos en enfermedades gástricas, razonamiento que era prácticamente imposible con los conocimientos que se tenían en ese momento sobre las condiciones ambientales de un estomago mamífero o humano.
Luego Warren y Marshall aislaron la bacteria y la cultivaron, obteniendo la posibilidad de estudiarla. Explicaron que las úlceras y los distintos malestares estomacales se debían a la participación de la Helicobacter pylori, ahora, según ellos, se debía descartar estos cuadros como productos de comida o estrés.
En un comienzo la comunidad de profesionales y estudiosos de medicina no quería reconocer el hecho de que esta bacteria fuese la causante tanto de úlceras estomacales como de gastritis, ya que creía que las bacterias no podían sobrevivir en el medio ácido del estómago. La comunidad empezó a cambiar de idea gracias a estudios que luego reafirmaron este supuesto. Podemos mencionar por ejemplo uno en el que Marshall bebió un cultivo de Helicobacter pylori, desarrollando una gastritis y recuperando la bacteria de su propio tejido estomacal. Marshall y Warren propusieron e hicieron reconocer la importancia del uso de antibióticos contra las enfermedades producidas por Helicobacter pyloris, más tarde, en el año 2005, ambos fueron premiados con el reconocimiento mundial al obtener el premio Nobel de medicina por sus estudios.







Características de Helicobacter pylori.

-Es del tipo Gram. Negativa.
-Posee de 4 a 8 flagelos.
-Mide 3 micras de largo aproximadamente.
-Microaerófila.
-Utiliza el Hidrógeno en la obtención de energía, metanogénesis.

Infección

La infección por Helicobacter pylori es la infección bacteriana más común en el ser humano y por lo menos la mitad de la población mundial esta infectada, es más, se podría hablar que las dos terceras partes de la población mundial padece la infección. Su reservorio primario es el estomago humano y su vía de transmisión no esta completamente clara pero parece ser por la ruta oral – oral o fecal oral. La presencia de la enfermedad esta estrechamente relacionada a las condiciones sanitarias y económicas (acceso a antibióticos, cuidados en la dieta, etc.), siendo más alta en los países del tercer mundo que en los países del mundo occidental o más desarrollado. Puede llegar a ser considerado una epidemia, debido a la cantidad de personas que abarca.
La infección puede comprender 4 fases claras.
-Helicobacter pylori penetra la capa mucosa del estómago y se adhiere (enzimas adhesinas) a lípidos asociados a membranas y carbohidratos.
-La bacteria produce amoniaco a partir de Urea para neutralizar el ácido gástrico, lo hace mediante una enzima de la membrana celular llamada Ureasa, esta hidroliza a la Urea obteniéndose dióxido de Carbono y amoniaco.
-La Helicobacter pylori migra y prolifera al epitelio gástrico.
-Se desarrolla la úlcera, se destruye la mucosa, se inflaman y mueren células mucosas.

Diagnóstico

Helicobacter pylori se puede diagnosticar mediante pruebas de sangre, aliento y tejido. Las pruebas de sangre son las más comunes, permiten detectar anticuerpos contra dicha bacteria. La prueba urea de aliento se usa principalmente después del tratamiento para ver si este dio resultado, pero se pueden usar también para el diagnóstico. En el consultorio del médico, el paciente bebe una solución de urea que contiene un átomo de carbono especial. Si Helicobacter pylori está presente, descompone la urea y al hacerlo libera el carbono. La sangre transporta el carbono a los pulmones, desde donde el paciente lo exhala. La prueba del aliento tiene una exactitud de 98 por ciento.
Las pruebas tisulares se hacen generalmente con la muestra biopsia que se extrae con el endoscopio. Las hay de tres tipos:
-La prueba rápida de ureasa detecta esta enzima, que es producida por Helicobacter pylori.
-La prueba histológica permite que el médico observe y examine la bacteria en sí misma.
-La prueba de cultivo permite que Helicobacter pylori se reproduzca en la muestra de tejido.
El diagnóstico de Helicobacter pylori, la sangre, el aliento y pruebas fecales normalmente están hechas antes de las pruebas tisulares porque ellas son menos invasoras. Sin embargo, las pruebas de sangre no son usadas para detectar Helicobacter pylori después de tratamiento porque la sangre de los pacientes puede mostrar resultados positivos aun después Helicobacter pylori ha sido eliminada.



Tratamiento

En pacientes con úlceras gástricas en donde se detecta Helicobacter pylori, el procedimiento habitual es erradicarlo hasta que la úlcera sana. El tratamiento más extendido es la triple terapia. La triple terapia estándar es amoxicilina, claritromicina y omeprazol; en algunos casos se usa un inhibidor de la bomba de protones diferente. El metronidazol es utilizado en lugar de amoxicilina en aquellos pacientes alérgicos a la penicilina. Esta terapia ha revolucionado el tratamiento de las úlceras gástricas y ha hecho posible la cura de esta enfermedad, siendo que previamente sólo se controlaban los síntomas utilizando antiácidos. La aparición de bacterias resistentes a esta triple terapia ha hecho que el tratamiento inicial falle y se requiera de aplicaciones adicionales de terapia antibiótica. En estos casos donde aparece resistencia se utiliza una cuádruple terapia incorporándose el bismuto, un metal que es también efectivo en combinación con otras drogas. En casos de resistencia a claritromicina se recomienda el uso de levofloxacina como parte de la terapia. Por otro lado hay algunas evidencias preliminares que indican que el consumo regular de brócoli puede erradicar a Helicobacter pylori.

Cáncer

El cáncer gástrico y el linfoma de Malt son dos enfermedades que se han relacionado con Helicobacter pylori, por lo que esta bacteria ha sido relacionada con el grupo I de carcinógenos, aunque no hay evidencia suficiente para asegurar si hay relación causal. Hay dos supuestos para explicar la aparición de cáncer a partir de Helicobacter pylori, por un lado se dice que una infección por esta bacteria aumenta la tasa de mutación del huésped y por otra parte, que la transformación de células huésped por alteraciones en proteínas como las de adhesión es propulsada por la influencia inflamatoria de la a Helicobacter pylori, lo que puede alterar la capacidad de adhesión de células epiteliales y producir dispersión y migración de células mutadas.

¿Beneficios?

En la revista Investigación y ciencia se trata el tema de un posible beneficio que la Helicobacter pylori proporcionaría. Se trata de la influencia que tiene la acidez estomacal en el esófago con el reflujo. La regulación de Helicobacter pylori a la acidez estomacal baja el nivel de este impacto, ayudando a prevenir cuadros más graves como lo es el cáncer de esófago y otras enfermedades.









Conclusión

Desde el momento que elegimos el tema sobre las procariotas, pasamos a formamos un concepto básico de ellas, pero a medida que profundizamos en el tema y los subtemas tratados, fuimos investigando y ampliando nuestro conocimiento y tratando de presentar toda nuestra investigación en el trabajo expuesto.
Al empezar con sus generalidades, nos damos cuenta de que existen muchas y diversas clasificaciones de estos organismos, ya sea en cuanto a su forma de reproducción, a su forma de nutrición, a su forma estructural, entre otras tantas cosas.
Al ir mas allá de los conocimientos previos que teníamos, ya sea por cuenta propia o del colegio, pudimos comprobar que al hablar de este tema en un periodo de tiempo, y luego hablar del mismo tema un periodo de tiempo después, el conocimiento empieza a crecer en forma desmesurada o en algunos casos se contrapone lo actual y lo anterior, promoviendo nuevas investigaciones que dan el resultado original, uno nuevo o quizá algún otro resultado inesperado hace un tiempo atrás, debido a que la ciencia, en este caso la biología, la química y las ciencias naturales en general, avanzan muy de prisa, por lo que un trabajo de esta índole nos sirvió para poder concentrar todos los nuevos conocimientos en el ámbito de las procariotas que se ha desarrollado, empezando este trabajo con algo tan básico, como lo son las generalidades de este tipo de célula , pasando por su estructura, forma, metabolismo forma de infección (principalmente la conjugación), hasta algo mas allá de lo básico, yendo a la resistencia contra los antibióticos o bacterias especificas profundizadas, tales como la Escherichia Coli, y su cromosoma y la Helicobacter Pilori.

En conclusión podemos decir, que esta investigación más profunda y detallada nos sirvió para “ponernos al día” en cuanto a las procariotas, ya que como lo mencionamos anteriormente es algo que va cambiando y agregando nueva información cada día mas y, por ende, complejizandose hasta llegar lo más cerca posible de lo que llamamos las ciencias naturales.