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¡Hola a todos! Bienvenidos un día más a mi blog. Hoy os traigo un post super interesante en el que hablaremos sobre los microorganismos. Los microorganismos son todos aquellos microbios que se encuentran a nuestro alrededor. Además lo que lo hace aun más interesante es que quizás seamos capaces de relacionar algunos de los conceptos que aprendamos hoy al tema de actualidad que todos estamos sufriendo todos: el coronavirus. Hoy nos haremos pasar como microbiólogos que son los especialistas en la microbiología que es la ciencia encargada del estudio de los microorganismo. Para empezar, habremos de saber que es realmente un microorganismo.
Los microorganismos son organismos microscópicos animales o vegetales que debido a su reducido tamaño pueden observarse únicamente a través de microscopios. Estos organismos son imprescindibles en todos los ecosistemas ya que son capaces de cerrar los ciclos biogeoquímicos al descomponer la materia orgánica. A pesar de que la mayoría son inofensivos para los humanos, existen algunos que pueden ser tanto perjudiciales como beneficiosos. Podemos diferenciar y clasificar distintos tipos de microorganismos en base a sus características y organización. Para empezar, la tabla a continuación recoge algunas de estas características.
Además podemos destacar también algunas características generales:
Gran diversidad genética
Metabolismo y reproducción muy rápida
Capacidad de alterar el medio en el que viven y adaptación a condiciones extremas.
Podemos diferenciar 3 grandes grupos procedentes de una comunidad ancestral común: Bacteria, Archae y Eucarya.
Y por otro lado dependiendo de su organización podemos distinguir otros 4 grupos:
Organización procariota: Reino Monera
Organización eucariota Reino Protista y Reino Hongo
Organización acelular: Virus
Reino Monera
La bacterias son un grupo abundante y heterogéneo compuesto por microorganismos unicelular procariotas. Puede denominarse de manera distinta según su forma: cocos en el caso que fueran esféricos, bacilos si son alargados, vibrios si tienen forma curvada y espirilos si son alargados y retorcidos. Por otro lado, a veces se encuentran agrupados utilizándose los prefijos siguientes para cada tipo de agrupación: estrepto- cuando aparecen alineadas, estafilo- cuando se encuentran en un plano o sarcina- cuando se encuentran en una especie de racimo de uvas.
La estructura de una bacteria esta compuesta por los siguientes componentes:
Capsula bacteriana (no siempre está presente) : formada por polisacáridos, dotan de resistencia a la bacteria y dificultan que los anticuerpos y las células fagocíticas las reconozcan y las destruyan.
Pared bacteriana: formada por peptidoglucanos (mureína). Distinguimos dos tipos de bacteria según su composición (Gram+ y Gram--). Según el tipo esto hará que sea mas o menos permeables. Par su diferenciación se lleva a cabo un proceso conocido como tinción de Gram. Las Gram+ se tiñen de color azul mientras que las Gram-- de color rojo. En este proceso, primero, se tiñen todas las bacterias con cristal violeta quedando todas teñidas de azul; a continuación se añade lugol que hace que la pared bacteriana de las Gram+ formen un esmalte impermeable al alcohol. Se añade alcohol, decolorando las Gram-- mientras que las Gram+ continúan de color azul. Por último se añada safranina, un tipo de colorante, que hace que las Gram-- queden teñidas de rojo.
Membrana plasmática: Estructura y composición igual que en las células eucariotas (sin colesterol). 75A de grosor. Presenta unas prolongaciones relacionadas con la división y la respiración celular denominadas mesosomas. Contiene sistemas enzimáticos que intervienen en dirigir la replicación del ADN bacteriano mediante la ADN-polimeras, realizar la respiración bacteriana por la presencia de enzimas ATP sintetasa, realizar la fotosíntesis (en bacterias fotosintéticas) gracias a la presencia del fotosistema I en la membrana y asimilar el nitrógeno en forma de nitratos y nitritos (en bacterias nitrificantes) o el nitrógeno atmosferico gracias a la enzima nitrogenasa.
Citoplasma celular: No presenta gran diversidad de orgánulos únicamente ribosomas de tipo 70S responsables de la síntesis de proteínas.
Nucleoide: Es el cromosoma bacteriano compuesto por ADN bicateriano circular no asociado a histonas.
Plásmidos o episomas: Fragmentos de ADN circular que se replican independientemente del cromosoma bacteriano y aportan información extra a la célula bacteriana que los contiene.
Flagelo: Prolongación compuesta por la proteína flagelina de longitud variable que dota a la bacteria de movimiento. Las bacterias pueden ser: monotricas, lofotricas, anfitricas, peritricas o atricas; según el número y la situación de los flagelos.
Fimbrias o pili (pelos bacterianos): Son filamentos formados por la proteína pilina abundantes, huecos y delgados que recubren la superficie de la bacteria. Su objetivo es la fijación a otras bacterias para el intercambio de información por conjugación (proceso que veremos más tarde) y tienen gran importancia en la reproducción.
Cromosoma bateriano: Asociado a proteínas y ARN muy enrrollado sobre sí mismo.
Inclusiones: Gránulos de sustancias de reserva sintetizada por la propia bacteria. Dispersas en el citoplasma y carentes de membrana plasmática. Sirven de reserva energética (gránulos de almidón y depósitos de lípidos).
Orgánulos especiales: Tilacoides: Se encuentra en las cianobacterias. Contienen pigmentos fotosintéticos formados por una membrana similar a la plasmática. Orgánulos diminutos: delimitados por membranas rígidas, monocapas y formadas por proteínas que llevan a cabo distintas funciones. Vacuolas de gas: actúan como flotadores de la bacterias al contener aire. Clorosomas: contienen pigmentos fotosintéticos. Carboxisomas o cuerpos poliédicos: contienen RUBISCO que es el responsable de fijar el C02 del aire.
Las bacterias llevan a cabo 3 funciones principales:
Función de relación: las bacterias son sensibles a las condiciones ambientales, composición química y condiciones físicas del medio. Son capaces de responder a estos estímulos: moviéndose, movimientos de aproximación o separación (por medio de flagelos), por contracción y dilatación o por reptación; fotoctismo frente a estímulos luminosos y quimiotactismo frente a estímulos químicos; variando su metabolismo y originando formas de resistencia por quistes o endosporas (a bacteria forma una cubierta alrededor del ADN, cuando el resto de bacteria se destruye, las endosporas quedan libres en el suelo formando exosporas que quedan en un estado de criptobiosis; estas células de resistencia pueden sobrevivir mucho tiempo en condiciones adversas y una vez que se vuelva a condiciones idóneas, las exosporas germinan dando lugar a bacterias con todas su funciones).
Función de nutrición: Las bacterias presentan todos los tipos de metabolismo conocido y algunas son capaces de cambiarlo en función del medio. Bacterias fotoautótrofas: Algunas como las cianobacterias presentan clorofila a y los fotosistemas I y II, el dador de electrones es el agua y se desprende oxígeno; otras como las bacterias purpúreas y verdes del azufre presentan bacterioclorofila y solamente tienen el fotosistema I, el dador de electrones es el sulfuro de hidrógenos y materia orgánica. No desprenden oxígeno. Bacterias fotoheterótrofas: Usan la materia orgánica como las purpúreas carentes de azufre. Bacterias quimiautótrofas: Obtienen la energía oxidando sustratos inorgánicos que actúan como dadores de electrones como las bacterias del azufre, del hierro y del nitrógeno. Bacterias quimioheterótrofas: se nutren de sustratos orgánicos sobre los que viven. Se clasifican según la forma de obtención de la materia orgánica: patógenas cuando causan daño o enfermedad al organismo del que se alimentan, simbióticas de vegetales o animales cuando se benefician con ellos de la relación o saprófitas cuando viven sobre la materia muerta ayudando a su descomposición.
Función de reproducción: Las bacterias se reproducen normalmente asexualmente por bipartición o fisión binaria. Los cromosomas se fijan a un mesosoma bacteriano t6ras la duplicación del ADN regida por la ADN polimerasa. La célula se alarga y las copias se reparten entre las dos células hijas. Además las bacterias presentan procesos parasexuales en los que existe un intercambio de genes y recombinación del ADN entre microorganismos de la misma o distinta especie. Estos procesos son los siguientes: Transformación: se captura el ADN de otra bacteria que estaba libre en el medio y su incorporación al cromosoma bacteriano. No interviene ningún agente transportador. Transducción: La transferencia del material genético es llevada a cabo por un vector (normalmente un virus) o bacteriófago. Se transporta el ADN de una bacteria a otra. Conjugación: La transferencia de ADN se realiza a través de fimbrias o pili de la bacteria dadora a la receptora. La bacteria donadora tiene un tipo de plásmido denominado plásmido F o factor F puede ser F+ si tiene el factor F libre en el citoplasma Hfr, alta frecuencia de recombinación, si tiene el factor F integrado en el cromosoma bacteriano. Las bacterias receptoras, por otro lado, carecen de este factor F y se conocen como bacterias F--. Los dos tipos son interconvertibles.
La clasificación de las bacterias permite diferenciar a las archeobacterias del resto de las bacterias o eubacterias.
1. Las archeobacterias son las mas primitivas y de mas lenta evolucion. Son capaces de adaptarse a condiciones extremas: son extremofilas y anaerobias. Esto es debido a que los peptidoglucanos y extremoenzimas en sus paredes celulares no se desnaturalizan en condiciones extremas. Destacan las siguientes: Halófilas (condiciones salinidad extrema), Metanógenas (condiciones anaerobiosis estricta, producen metano a partir de sustratos como el CO2), Hipertermófilas (viven en zonas altísimas temperaturas) y Ácidofilas (viven en condiciones de acidez extrema).
2. Las eubacterias constituyen el resto de las bacterias, son las más comunes y muy diversas. Por su función podemos diferenciar las siguientes:
Bacterias patógenas: causan daños o enfermedades, provocan daños en los tejidos o liberar toxinas dañinas como puede ser Clostridiun botulinum que produce el botulismo .
Bacterias fotosintéticas: constituyen el fitoplancton y representadas por las bacterias purpúreas y verdes fotosintéticas y las cianobacterias.
Bacterias fermentadoras: son saprófitas y anaerobias estrictas. Tienen gran importancia industrial algunas como los géneros Lactobacillus y Streptococcus que realizan la fermentación láctica.
Bacterias descomponedoras: son las responsables de la mineralización de la materia orgánica cerrando los ciclos biogequímicos.
Bacterias simbióticas o fijadoras del nitrógeno: como lo es el género Rhizobium, fijador del nitrógeno atmosférico en simbiosis con las plantas leguminosas.
Bacterias que sintetizan antibióticos: De especial importancia en farmacia y en medicina el genero Streptomyces, que es capaz de sitetizar antibióticos como la estreptomicina y el cloranfenicol.
Bacterias que biodegradan: Productos de desecho, productos industriales, petróleo o plaguicidas.
Micoplasmas: Bacterias pleomorfas, que adoptan formas distintas según las condiciones; parasitos que causan enfermedades asociadas con vías urinarias y respiratorias como la neumonía atípica.
Reino Protista
-- Protozoos: características
Son microorganismos unicelulares formados por células grandes y carentes de pared celular. Son generalmente móviles y heterótrofos, se alimentan de macromoléculas de otros organismos. Viven medio acuático y para su desplazamiento pueden utilizar cilios, flagelos o pseudópodos. Se reproducen asexualmente por división binaria o división múltiple aunque muchos poseen ciclos sexuales con meiosis y fusión de gametos. Clasificamos en función de sus características como su forma de locomoción, su estructura o su ciclo vital. Como ejemplos de interés tenemos los siguientes:
Flagelados: se mueven por flagelos. Trypanosoma causante enfermedad del sueño.
Sarcondino: se mueven por pseudopodos. Destacan las amebas de vida libre o causantes de enfermedades.
Ciliados: se mueven por cilios. Destaca Paramecium. En estos se lleva a cabo la conjugación como método de reproducción que consiste en la fusión temporal de dos individuos permitiendo que ocurra un intercambio de ADN que da lugar a la formación de dos individuos con genoma diferente al original, favoreciendo la variabilidad genética.
Esporozoos: se mueven por contracción. Destacan Plasmodium causante de la malaria y Toxoplasma causante de la toxoplamosis.
--Algas: características
Son organismos eucariotas autótrofos con clorofila y otros pigmentos como xantofilas, que realizan la fotosíntesis oxigénica. Forman el fitoplancton que son los responsables de la mayor parte de la fotosíntesis acuática. La mayor parte son unicelulares aunque también hay pluricelulares. Viven preferentemente en medios acuáticos y existen ejemplos de resistencia a condiciones extremas. Se reproducen asexualmente mediante esporas o por bipartición. Se clasifican en base al tipo de pigmentos fotosintéticos poseen, la composición de la pared celular y el tipo de sustancia de reserva que acumulan. Algunos ejemplos son:
Euglenófitos: son unicelulares, con un solo flagelo y a pesar de carecer de pared celular tienen una capa membranosa externa al rededor de la membrana plasmática. Generalmente tienen una mancha de pigmento llamada estigma que es sensible a la luz. Algunas tienen nutrición heterotrofa y viven en el interiorde invertebrados acuaticos.
Crisófitos: Con pared celular de sílice formada por dos piezas a modo de caja. Son los productores primarios mas importantes del medio marino.
Dinoflagelados: Con dos flagelos dispuestos perpendicularmente, con una pared celular rígida de celulosa y almidón como sustancia de reserva. Algunas se reproducen muy rápido y llegan a teñir de rojo zonas determinadas, las llamadas mareas rojas. Algunas también producen neurotoxinas que se depositan en animales filtradores y que tienen graves efectos sobre los consumidores de esos animales provocando envenenamientos o incluso la muerte.
Reino Hongos
Son organismos eucariotas heterótrofos y con digestión externa, es decir que vierten al exterior y se asimila la materia. Pueden ser unicelulares o pluricelulares pero no forman tejidos verdaderos, si no hifas. La reproducción suele ser por gemación en los unicelulares. Pueden vivir en cualquier lugar donde existan otras formas de vida y aunque la mayoría ocupen hábitats terrestres existen algunos hongos acuáticos. Pueden ser saprófitos (los responsables de la descomposicion de la materia organica), parásitos (ocasionan daños o enfermedades y otro daños vegetales), simbióticos con insectos, con algas (liquenes) y con plantas (micorrizas). Algunos tienen gran interés industrial como fermentadores y para la producción de antibióticos. Se clasifican en: Oomycetos, Zigomycetos, Ascomycetos, Basidiomycetos y Deuteromycetos.
Mohos: son hongos filamentosos pluricelulares que constituyen micelios de hifas tabicadas. Soportan condiciones de acidez, de falta de humedad de alta concentración de azúcar. El moho del pan, Rhizopus, tiene aspecto algodonoso y aparece también sobre la fruta y otros vegetales. Penicillium también es de este grupo, descomponiendo frutas y grano de cereal.
Levaduras: pertenecen al grupo de los ascomicetos. Son hongos unicelulares, esféricos que se dividen por gemación. Tienen gran importancia económica e industrial las del género Sacharomyces, responsables de las fermentaciones alcohólicas que se usan para la producción de la cerveza, vino o el pan.
Los Virus
Los virus marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte. Son partículas microscópicas (tamaño inferior a 2500A) de organización celular y estructura muy sencilla. Son parasitos intracelulares obligados que no pueden realizar funciones vitales sin aprovecharse de la maquinaria de la célula hospedadora. Son fragmentos de ácido nucleico cubiertos por una envoltura proteica que les permite pasar de una célula a otra, comportándose como elementos genéticos móviles. Por ello se les puede considerar agentes transmisores de enfermedades y como agentes transmisores de herencia. No tienen estructura celular al no tener citoplasma ni de las enzimas necesarias para realizar un metabolismo.Los virus se pueden clasificar según el hospedador al que parasiten, el tipo de material genético o la forma de la cápsida. Pueden presentar dos fases:
Extracelular:
Fuera de las células, la partícula virión esta en un estado inactivo y es inerte metabólicamente. Su única función es transportar el ácido nucleico desde la célula hospedadora en la que se ha producido hasta otra célula en la que se pueda reproducir. En esta fase esta completamente formado, consta de:
Ácido nucleico: Es el genoma virico. Puede tener ADN o ARN y aunque nunca los dos al mismo tiempo, puede tener todas las posibilades de cadena (monocatenario/bicatenario o lineal/circular).
Enzimas virales: Aunque los virus no tienen metabolismo fuera de la célula, pueden contener enzimas que actúan en el proceso infeccioso de la célula en la que se reproducen o en la replicación o transcripción de su genoma (transcriptasa inversa permite sintetizar ADN a partir de ARN).
Cubierta proteica o cápsida: Formada por la repetición de proteínas globulares denominadas capsómeros. Los virus presentan una cubierta de proteínas que aloja en su interior al ácido nucleico. En los virus sin membrana, su misión es proteger al ácido nucleico y reconocer los lugares de unión y penetración de las células a parasitar. Los capsómeros se autoensamblan según la información contenida en los mismos, originando figuras simétricas.
El conjunto del genoma vírico y cápsida se denomina nucleocápsida y gracias a su morfología se pueden clasificar de la siguiente manera:
Virus de simetría helicoidal: los capsómeros se disponen helicoidalmente sobre la hélice de ácido nucleico, adquiriendo forma de tubo hueco. Como ejemplo: virus del mosaico del tabaco.
Virus de simetría icosaédrica: Adoptan la forma de un poliedro de 20 caras triangulares, en conjunto tienen aspecto esférico. Ejemplo: virus de la polio.
Virus complejos: Compuestos de varias partes diferentes, de forma y de simetría distinta. Por un lado, una cabeza icosaédrica donde se aloja el ácido nucleico, un cola helicoidal que puede contraerse para inyectar el contenido de la cabeza, ambas partes separadas por u cuello formado por capsómeros. Al final de la cola esta la placa basal que se especializa en fijarse sobre la célula hospedadora. De ella partes fibras caudales que facilitan la fijación. Como ejemplo son los bacteriofagos.
Virus envueltos: Además del ácido nucleico, la cápsida y las enzimas, una envoltura membranosa lipoproteica (doble capa con lípidos y glucoproteínas), que procede de la célula hospedadora en la que se reprodujo. Los virus que no tienen esta envuelta se denominan virus desnudos. Su función es reconocer la futura célula hospedadora e inducir la penetración del virión en ella. Ejemplos: virus de la gripe o el SIDA.
Intracelular:
El ácido nucleico se integra en la célula hospedadora. Se replican las diferentes partes del virus, se ensamblan y salen para infectar nuevas células. Su aspecto depende de la fase del ciclo reproductor en la que se encuentre.
Ciclos vitales de los virus:
Los virus necesitan insertar su ácido nucleico en la célula hospedadora , una vez dentro el genoma vírico es capaz de inhibir la expresión génica de la célula y dirigir la maquinaria metabólica para la producción de copia de ácido nucleico viral (replicación) y de las proteínas de la cápsida y enzimas (transcripción y traducción) con el fin de poder salir e infectar otras células.
Dentro de los ciclos de reproducción víricos distinguimos el ciclo lítico, denominado así ya que la célula infectada muere por rotura al liberarse las nuevas copias de virus. Este ciclo consta de 5 fases:
1. Fase de fijación: Las células hospedadoras tienen receptores especificos en sus membranas a los cuales los virus se unen mediante las cápsidas o membranas externas con las glucoproteóinas o lipoproteínas de la membrana de la célula. ENeñl caso de los bacteriófagos la union es faicilitada por las fibras y la placa basal del virus.
2. Fase de penetración: En función de las estructuras de la célula hospedadora, los virus utilizan diferentes mecanismos de penetración. Los bacteriófagos originan un pequeño orificio en la pared bacteriana con una lisozima de su placa basal y se inyecta el ADN al contraerse la cola del virus. La cápsida queda en exterior de la bacteria. Los virus desnudos introducen la nucleocápsida en la célula por penetración directa al perforar la membrana con enzimas o por endocitosis. Por último los virus envueltos funde su cubierta lipoproteíca con la membrana de la célula.
3. Fase de eclipse: El génoma vírico dirige el metabolismo de la célula hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando todos los recursos de la célula hospedadora (nucleótidos, aminoácidos, energía, ribosomas, etc) y deteniendo la actividad celular con factores de inhibición. Es el momento de mayor actividad metabólica, se realizan las copias de su genoma, replicación y posteriormente la transcripción y traducción para la síntesis de proteínas especificas del virus.
4. Fase de maduración y ensamblaje: Se ensamblan los capsómeros formando la cápsida, el ácido nucleico se pliega en su interior junto con las enzimas que puede llevar en virus.
5. Fase de lisis o liberación: Los virus salen de la célula por dos mecanismos. Por un lado, por gemación, induciendo la formación de pequeñas vesículas que acabarán desprendiéndose. Este procedimiento lo utilizan los virus envueltos en los que la envoltura membranosa es parte de la membrana de la célula en la que introdujeron. Por otro, por exocitosis o provocando pequeños agujeros en la membrana de la célula por medio de enzimas líticas. Este método es típico de los virus desnudos.
El otro ciclo de reproducción de los virus es el ciclo lisogénico. Tras la penetración del cromosoma viral no siempre es inmediata la multiplicación del virus. Muchos entran en estado de latencia y posponen su reproducción. El cromosoma viral puede integrarse en el cromosoma de la célula, haciéndola inmune a la infección por el mismo tipo de virus. La célula puede multiplicarse con el ácido nucleico del virus dando lugar a muchas generaciones con el genoma viral. Ejemplos de virus lisogénicos son muchos bacteriófagos, los retrovirus, el virus de la verruga o del herpes. A ese estado de virus se le conoce como profago, provirus en animales, virus atenuado o virus atemperado. La célula hospedadora se la llama célula lisogénica., la cual puede quedar mucho tiempo así o volver al ciclo lítico y continuar con las fases de eclipse, ensamblaje y liberación. Las dos primeras fases son igual en los dos ciclos. El estado en el ciclo lisogénico se mantiene hasta que se produce un cambio en las condiciones del medio o a través de un agente inductor (como rayos X o radiación ultravioleta) que hace que se separe el genoma viral celular inciciándose el ciclo lítico.
Retrovirus: Un grupo especial de virus animales.Son capaces siendo virus ARN de sintetizar ADN en la transcripción (excepción al dogma central de la biología molecular). Esto es posible porque tienen una enzima denominada transcriptasa inversa que transcribe de manera inversa y la ADN endonucleasa que favorece la entrada de genes. Algunos retrovirus causan cáncer, otros como el SIDA son tipos de retrovirus y además las enzimas que poseen son muy interesantes en ingeniería genética.
Otras formas acelulares: Además de los virus existen otras estructuras que pueden parasitar células o transportar genes entre células.
Los priones son proteínas con la misma secuencia de aminoácidos que una proteína normal pero con una forma espacial distinta , es decir un plegamiento anormal, y son capaces de inducir a las proteínas normales de la célula a adoptar la forma espacial de prión con capacidad infecciosa al situarse en las membranas de las neuronas. Son capaces de modificar las proteínas normales y causar graves enfermedades en el sistema nervioso como la enfermedad de las vacas locas. La proteina prión esta formada por una cadena de 250 aminoácidos y se diferencian en fragmentos alfa hélice de la proteina normal que alterada tiene estructura de lámina beta. El número de priones aumenta en contacto con moléculas normales y se vuelven infectivas en una reacción de cadena que extiende la infección. No se sabe como ocurre este cambio. Los priones son resistentes a tratamientos físicos y químicos por lo que no existe de momento ningún sistema para combatirlos.
Los viroides son cortos fragmentos de ARN monocatenario sin ningún tipo de cubierta con capacidad infecciosa. Causan enfermedades de las cuales la más conocida es la del tubérculo fusiforme de la patata. Actúan interfiriendo la expresión de algunos genes y nos e traducen nunca a proteínas. La infección por viroides causa una disminución en el crecimiento de la planta y un desarrollo anormal. Son transmitidos por insectos o por material agrícola infectado.
