MICROBIOLOGÍA:
VIRUS, BACTERIAS, ALGAS,
HONGOS Y PROTOZOOS
MICROORGANISMOS.
EXTENSO Y VARIADO GRUPO DE SERES VIVOS VISIBLES
SÓLO A MICROSCOPIA ÓPTICA Ó ELECTRÓNICA.
FORMAS
CELULARES
AISLADAS, LIBRES
E
INDEPENDIENTES
VIRUS, PRIONES,
VIROIDES
(MICROSCÓPICOS
NO CELULARES)
MICROBIOLOGÍA: ciencia que estudia los microorganismos.
CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROORGANISMOS.
•Por su pequeño volumen de citoplasma tienen gran superficie de
contacto entre el medio externo y el citoplasma.
• Las reacciones metabólicas transcurren a gran velocidad.
•Captan y metabolizan nutrientes rápidamente originando a su vez gran
cantidad de desechos. Los microorganismos alteran en muy poco tiempo
el medio ya que consumen sus nutrientes y lo llenan con sus residuos.
•Por su elevada tasa metabólica, se multiplican con gran rapidez.
VIRUS.
Son formas acelulares microscópicas compuestas por un ácido
nucleico rodeado por una cubierta proteica que lo protege del medio.
Son parásitos intracelulares estrictos, es decir, tienen un
requerimiento absoluto de células huésped vivas para multiplicarse.
Cuando se encuentra fuera de la célula viva (fase extracelular) se
denomina virión, (es metabólicamente inerte)
ESTRUCTURA DE UN VIRUS:
- Ácido nucleico
- Cápsida
- Envoltura o cubierta
- Enzimas en los viriones
-Ácido nucleico: pueden tener distintos tipos de ácidos
nucleicos:
Puede ser ADN o ARN. Monocatenario o bicatenario.
Circular o lineal. En una sólo molécula o en varios
segmentos.
Pueden ser de cadena positiva o plus (+) : secuencia de bases
del genoma tiene la misma polaridad que el ARNm viral
producido durante la infección
De cadena negativa o minus (-) : genoma complementario al
ARNm viral
Pueden existir bases no habituales como la
5-hidroximetilcitosina en lugar de citosina, ó el
5-hidroximetiluracilo en lugar de uracilo.
-Cápsida:
Es la estructura proteica que protege al ácido nucleico.
El conjunto de ácido nucleico y cápsida es el nucleosoma.
Son subunidades proteicas denominadas capsómeros que
suelen ser una asociación de cadenas polipeptídicas distintas.
Existen distintos tipos morfológicos:
Cápsidas helicoidales: forma de cilindro rígido o flexible.
Capsómero de un único dipo de proteína.
Cápsidas poliédricas: forma de poliedro regular, con 20 caras.
Capsidas complejas: pueden tener colas, vainas, espículas. La
cápsida será icosaédrica o prisma hexagonal.
- Envoltura o cubierta:
Envoltura membranosa constituida por una bicapa lipídica
(de la célula huésped) , glucoproteínas que forman
estructuras llamadas espículas.
-Enzimas en los viriones:
Aunque un virión es metabólicamente inerte, algunos
contienen enzimas con funciones en la infección.
Por ejemplo: neuraminidasas: destruyen enlaces
glucosídicos de glucoproteínas de membrana del
hospedador.
CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS.
SEGÚN LA ARQUITECTURA DE LA CÁPSIDA:
-VIRUS HELICOIDALES. Organización más simple. Ácido nucleico
en una cápsida cilíndrica hueca. Ej: virus de la rabia, del ébola, mosaico
del tabaco.
- VIRUS POLIÉDRICOS. Los más simples de estos tienen 20 caras. Ej.
Adenovirus, poliovirus.
- VIRUS COMPLEJOS. Ej. Bacteriófago. Posee una cápsida (cabeza)
con ADN en su interior, y una cola helicoidal unida a cápsida por un
collar.. Algunos tienen una placa basal de fibras y espículas.
SEGÚN LA POSESIÓN DE ENVOLTURA:
-VIRUS ENVUELTOS. Cápsida con envoltura que a veces contiene
espículas. Generalmente son esféricos. Si es un virus helicoidal será un
virus helicoidal con envoltura (gripe); si son poliédricos son virus
poliédricos con envoltura (herpes simple).
-VIRUS DESNUDOS. Cápsida sin envoltura.
CICLO BIOLÓGICO DE LOS VIRUS.
Para multiplicarse un virus debe invadir una célula hospedadora. Implica
varias fases como es la fijación, penetración u descpsidación, biosíntesis,
ensamblaje y liberación.
a) Fase de fijación o adsorción. Las células hospedadoras tienen en
sus membranas receptores específicos para los virus que las
infectan, uniéndose componentes de la cápsula o membranas
externas del virus con glucoproteínas o lipoproteínas concretas de
la membrana de la célula infectada.
A lo largo de la evolución cada tipo de virus ha adquirido la
capacidad de fijarse a receptores específicos en la membrana de
un determinado tipo celular. Por ejemplo algunos bacteriófagos se
fijan a los pelos bacterianos, el virus de la gripe se une a
glucoproteínas de las membranas de las células de las mucosas, y el
receptor de la polio es una lipoproteína de las membranas del tejido
nervioso.
Si estos receptores faltan o se modifican, por mutación o por
fármacos, el hospedador puede hacerse resistente a la infección al
no fijarse el virus, pero también pueden aparecer mutantes del
virus capaces de adherirse a hospedadores resistentes.
b) Fase de penetración. En función de las estructuras superficiales de la
célula hospedadora los virus utilizan distintos mecanismos de
penetración.
- Los bacteriófagos, como el T4 de E.coli, originan un pequeño orificio
en la pared bacteriana con la lisozima de su placa basal, por el que
se inyecta el ADN, al contraerse la cola del virus. Este ADN debe estar
muy empaquetado pues tiene una longitud 500 veces superior al de la
cabeza que lo contiene. La cápsida queda en el exterior de la bacteria.
- Los virus desnudos introducen toda la nucleocápsida en la célula, ya
sea por penetración directa al perforar la membrana con enzimas
hidrolíticos, o por endocitosis, al ser englobados por la célula
hospedadora en una vacuola, que romperán dentro de la célula.
-Los virus envueltos funden su cubierta con la membrana de la
célula hospedadora, proceso comprensible pues son de la misma
naturaleza, como veremos en la fase de liberación. Puede ser
una fusión directa o aplazarse, entrando el virus por endocitosis
dentro de una vacuola, de la que es liberado el virus al producirse
la fusión con un lisosoma celular. En ambos casos burlan la
protección que supone para la célula hospedadora su membrana
celular.
En estas dos últimas modalidades en las que penetra la
nucleocápsida, ésta sufre una separación de sus capsómeros o
desensamblaje (descapsización), con la liberación del ácido nucleico
y de las escasas enzimas que pudiera haber en la cápsida.
En todos los casos se necesitan muchas partículas víricas para que
una consiga penetrar en la célula hospedadora.
c) Fase de eclipse (biosíntesis). En ella no se detectan virus en el
interior de la célula. El genoma vírico dirige el metabolismo de la
célula hospedadora hacia la síntesis de los componentes víricos,
utilizando todos los recursos de la célula hospedadora (materias
primas, nucleótidos y aminoácidos, energía o ATP, ARN
transportadores, ribosomas y enzimas).
Como este genoma vírico es extraño a la célula puede ser atacado por
los enzimas de restricción y modificación de la célula hospedadora,
que reconocen al ADN extraño, siendo éste otro medio de defensa
contra la infección vírica. Penetración no siempre implica infección.
d) Fase de ensamblaje. Se ensamblan los capsómeros formando la
cápsida, a la vez que el ácido nucleico se pliega en su interior, junto a
las enzimas que pueda llevar el virus.
e) Fase de liberación. Los virus salen de la célula básicamente por
dos mecanismos:
-Por gemación, induciendo en la membrana celular la formación de
pequeñas vesículas en las que se introducen, y que acaban
separándose de la célula. Este procedimiento lo utilizan los virus
envueltos, en los que la envoltura membranosa es parte de la
membrana de la célula en la que se reprodujeron.
-Aprovechando los mecanismos de exocitosis de la célula, o
provocando pequeños agujeros en su membrana por medio de sus
enzimas líticos. Los virus desnudos usan estos mecanismos.
Esta liberación de los virus puede causar la muerte de la célula
hospedadora, ya sea por haber agotado sus nutrientes, roto su
membrana si la liberación ha sido masiva, o destruido su genoma.
Este es el ciclo lítico propiamente dicho. En otros casos, la liberación
puede ser lenta, sin lisar a la célula, la cual puede seguir viva y
producir virus durante un tiempo variable. Este caso se conoce
como infección persistente. Cuando los virus son lisogénicos, como
la reproducción está retardada, se conoce como infección latente.
Ciclo lítico. El virus se apropia de la célula para multiplicarse masivamente.
Para construir los nuevos virus, es necesario que se transcriba el mensaje de
su genoma en ARN mensajeros, y la traducción de éstos en proteínas;
algunas enzimáticas, que controlaran la replicación de su material genético
(proteínas o enzimas tempranas), otras que formarán la cápsida (proteínas
tardías) y las últimas son las enzimas líticas, que abren la célula
hospedadora y liberan a los nuevos virus.
La formación de copias de su genoma, replicación, se realiza mediante la
formación de cadenas complementarias. En los casos de ARN o
ADN bicatenarios, cada cadena actúa como molde de la complementaria.
Los virus ADN monocatenarios sintetizan inicialmente otra cadena
complementaria, replicándose a partir de este momento como los
bicatenarios.
La transcripción y traducción en proteínas se realiza tras la replicación
utilizando todos los componentes de la célula hospedadora necesarios para
esta función.
Ciclo lisogénico. Tras la penetración del cromosoma viral no siempre es
inmediata la multiplicación del virus. Muchos virus entran en un estado de
latencia, posponen su reproducción. El cromosoma viral puede integrarse en
algún cromosoma de la célula hospedadora, caso más frecuente, o quedar en el
citoplasma, a modo de plásmido. A este estado del virus se les conoce
como virus atenuados o provirus, ya la célula que los aloja como célula
lisogénica.
La célula lisogénica, que transporta el provirus, puede multiplicarse
indefinidamente durante muchas generaciones, hasta que por agresiones
ambientales que causan el debilitamiento de la célula, se induce al provirus a
dejar el cromosoma hospedador y comenzar un ciclo normal o lítico de
reproducción. De esta manera el provirus no perece con la célula, sino que
forma nuevos virus que infectaran a otras células. Este proceso significa un
enriquecimiento y alteración genética de la célula hospedadora, con graves
consecuencias como infecciones latentes, mutaciones, transformaciones
cancerosas. Pero también por recombinación génica puede estar ligado a
procesos de evolución de las especies. Ejemplos de virus lisogénicos son
muchos bacteriófagos, los retrovirus, el virus de las verrugas y el del herpes.
VIRUS PATÓGENOS
VIRUS DE LA GRIPE. Helicoidal con espículas en la envoltura
cuyas proteinas son hemaglutininas con 16 tipos diferentes y las
neuraminidasas con 9 tipos distintos.
Existen tres tipos de virus de la gripe: A,B,C. El más peligroso es el A.
> VIRUS DE LA FAMILIA HERPESVIRUS. Virus de varicela-zoster,
virus del herpes simple.
VIRUS DEL EBOLA.
VIRUS DEL SIDA. Retrovirus.
VIRUS DE LA HEPATITIS B Y HEPATITIS C. pueden causar
cáncer. VIRUS DEL PAPILOMA HUMANO cancer de piel, ano, pene
y cuello uterino.
APLICACIONES DE LOS VIRUS.
En la medicina y ciencias de la vida:
En la biología molecular y celular: manipular o investigar las
funciones celulares.
En biotecnología los virus se usan como vectores para introducir
en células de estudio
Viroterapia: vectores para tratar algunas enfermedades
Como insecticidas biológicos.
En la nanotecnología y ciencias de los materiales:
Pueden ser utilizados como herramientas ya que son nano
partículas orgánicas.
VIROIDES. Pequeñas moléculas de ARN de cadena simple,
circular y desnudo de 300 o 400 nucleótidos.
Los viroides son agentes infecciosos que, al igual que
los virus, tienen un ciclo extracelular que se caracteriza por
la inactividad metabólica un ciclo intracelular en el que
causan infección al huésped susceptible, pero que a
diferencia de los virus, los viroides no
poseen proteínas ni lípidos y están constituidos por una
cadena cíclica corta de ARN, circular o con forma de varilla,
Los PRIONES son agregados supramoleculares de
glucoproteínas, responsables de causar algunas enfermedades
infecciosas en las personas y en el ganado.
Los priones son los responsables de las encefalopatías
espongiformes transmisibles en una variedad de
mamíferos, incluida la encefalopatía espongiforme
bovina (EEB, también conocida como "enfermedad de las
vacas locas") en el ganado y la enfermedad de CreutzfeldtJakob (ECJ) en humanos.4 Dichas proteínas mutadas
forman agregados supramoleculares y son patógenas con
plegamientos anómalos ricos en láminas beta, y
autoreproducibles.
DOMINIO EUKARYA:
microorganismos eucariotas
Protozoos
Algas unicelulares
hongos
PROTOZOOS:
microorganismos unicelulares eucarióticos heterótrofos carentes de
pared celular y que habitualmente presentan movilidad.
Viven en hábitats húmedos siempre.
La mayoría viven libremente en agua dulce o marina.
También existen terrestres en materia orgánica en descomposición,
corteza de árboles…
Muchos son parásitos de animales y plantas, incluso de humanos
(paludismo)
Poseen nutrición heterótrofa holozoica ó saprozoica.
Nutrientes por fagocitosis
Después forman vacuolas
fagocíticas
Nutrientes solubles pasan
membrana por pinocitosis,
difusión,…
Reproducción de los protozoos: asexual por división binaria.
Cuando existe sexual es por conjugación.
Algunos pueden llegar a enquistarse.
Distinguimos cuatro grupos según la locomoción:
1. Flagelados. Con uno o dos flagelos. Tripanosoma.
2. Ciliados. Cilios para desplazamiento. Paramecio
3. Sarcodinios o rizópodos. Movimiento por un pseudópodo.
Ameba
4. Esporozoos. Inmóviles. Son parásitos. Plasmodium
ALGAS UNICELULARES.
Son organismos fotosintéticos que viven en hábitas húmedos o en el
agua.
Contienen clorofila a, algunas b y c, y carotenoides.
Los principales grupos son:
1. Las algas verdes. Unicelulares. Algunas son simbiontes.
2. Las algas rojas.
3. Diatomeas. Con pared de sílice.
4. Los dinoflagelados. Poseen dos flagelos. Si existe pared es de
celulosa.
5. Los euglenoides. Poseen dos flagelos.comunes de estanques.
LOS HONGOS.
Organismos unicelulares o multicelulares. Alimentación heterótrofa
por absorción de alimento orgánico muerto.
Los principales grupos de hongos son:
1. Los mohos. Hongos filamentosos constituidos por hifas cuyo
conjunto es el micelio. Pueden ser beneficiosos como el género
Penicilium ó patógenos como el hongo de la tiña.
2. Las levaduras. Hongos unicelulares. Realizan fermentación sobre
todo en medios muy azucarados. Muchas levaduras se utilizan
para la producción de vino, cerveza o pan.
DOMINO BACTERIA: EUBACTERIA.
Organismos unicelulares procariotas. Viven en cualquier ambiente.
Puede haber bacterias autótrofas (foto y quimiosintéticas) y bacterias
heterótrofas (saprófitas, simbióticas y parásitas).
Suelen ser unicelulares, aunque a veces pueden permanecer unidas
después de la división celular formando biofilms.
MODELOS MORFOLÓGICOS:
1. Cocos. Forma esférica. Aislados, grupo de dos (diplococos),
cadenas arrosariadas (estreptococus), grupos arracimados
(estafilococos), masa en forma de cubo (sarcinas)
2. Bacilos. Forma cilíndrica y alargada. A veces en cadenas.
3. Espirilos. Forma de bacilo largo y curvado.
4. Espiroquetas. Forma de sacacorcho
5. Vibrios. Forma corta y curvada. Forma de coma
6. Bacterias filamentosas. Células largas y delgadas
7. Bacterias con apéndices. Poseen protuberancias c3elulares con
forma de tubo largo o tallo.
ULTRAESTRUCTURA DE LAS BACTERIAS.
 Pared bacteriana. Envoltura responsable de la forma y rigidez de la
célula, y la protege de rotura. Sus componentes son los peptidoglucanos
o mureínas.
-De peptidoglucano un 10% en una capa sola entre membrana
interna y externa unidos covalentemente. GRAM NEGATIVAS
-De peptidoglucano un 90% formando una red de varias capas .
Exteriormente enlaza con proteínas, polisacáridos y moléculas
derivadas de los ácidos Teicoicos. GRAM POSITIVAS.
TINCIÓN DE GRAM.
PASO 1. Primer colorante: cristal violeta que tiñe todo de
violeta
PASO 2. Se añade un mordiente, yodo (lugol), que refuerza
la tinción.
PASO 3. se decolora, con una solución de etanol al 95% y se
lava con agua. Las Gram positivas retienen el
colorante y las Gram negativas pierden su tinción
violeta.
PASO 4. añado safranina como colorante de contraste, que da
un color violeta más intenso a las Gram positivas
dándole un color rosado a las Gram negativas.
 Membrana celular.
Es una estructura fina de unas 8 micras que la aísla del entorno y actúa
de barrera selectiva.
- las Gram negativas tienen una doble membrana con
estructura y función diferentes. La membrana interna es similar a las
eucariotas con sistemas enzimáticos para el intercambio de sustancia,
transporte de electrones, la síntesis de ADN y diferentes
componentes… la membrana externa tiene lipopolisacáridos
responsable de la resistencia a agentes bactericidas. EXCLUSIVO DE
BACTERIAS.
- las Gram positivas no tienen membrana externa.
Citoplasma o matriz
Sustancia compuesta por agua (80%), proteínas, glúcidos, lípidos .
Tiene ribosomas, región nuclear o nucleoide e inclusiones.
-RIBOSOMAS. Son 70s : subunidad pequeña 30s y la mayor 50s.
Dispersos por el citoplasma, aislados o asociados a ARNm formando
polirribosomas. Sintetizan las proteínas.
-INCLUSIONES. Granulaciones que son depósito de sustancias de
reserva (grános de colutina, gotas lipídicas, polisacáridos).
Algunas acuáticas pueden producir magnetosomas (magnetita) que les
permite orientarse en los campos magnéticos (magnetotaxis)
-NUCLEOIDE. De forma irregular contiene el cromosoma bacteriano y
unidades de replicación autónomas ó plásmidos.
* El cromosoma: son haploides por lo cual poseen un sólo
cromosoma en doble hélice de ADN circular asociado a ciertas proteínas
no histonas.
* Los plásmidos. Pequeñas moléculas circulares, de doble cadena de
ADN. Presentes en muchos tipos bacterianos pueden replicarse
independientemente del cromosoma ó integrado en el mismo. Pueden
llevar genes que proporcionen ciertas ventajas selectivas.
Podemos encontrar plásmidos multicopia (si se encuentran en
concentración de 40 o más copias) y monocopia (grandes, y por tanto
sólo 1 copia)
Dependiendo de su forma de existencia y diseminación distinguimos:
-Episomas. Se integran reversiblemente en el cromosoma bacterianno
para replicarse con él.
-Conjugativos. Con genes que codifican pili sexuales que les permiten
transferir copias de si mismo a otras bacterias durante la conjugación.
Algunos son capaces de hacerlo entre especies muy distintas, hablamos
de plásmidos promiscuos.
… el Factor R es un plásmido conjugativo que confiere
resistencia a los antibióticos.
… el Factor F (ó de fertilidad), también es un episoma. Posee
los genes para la unión celular y transferencia de plásmidos entre las
bacterias.
-No conjugativos. No pueden ser transferidos por conjugación.
Componentes externos a la pared celular.
•Cápsula o GLUCOCALIX: capa viscosa y pegajosa en parte externa
de pared. Compuesta por glúcidos, destacando los ácidos
urónicos, N-acetilglucosamina, manosa, fucosa y otros
azúcares.
Es de distinto grosor y protege de la desecación, del ataque de
anticuerpos, de la fagocitosis,…
•Fimbrias. Filamentos huecos generalmente cortos. Formados por
fimbrina (proteica) . Para adherencia a sustratos.
•Pili sexuales. Filamentos huecos más largos que las fimbrias y en
número de uno y de dos. Para intercambio de fragmentos de
ADN durante la conjugación.
•Flagelos. Apéndices largos y finos. Para desplazarse libremente en el
medio. Formados por fibrillas proteicas con subunidades de
flagelina, cada flagelo tiene de 3 a 11 fibrillas trenzadas
helicoidalmente (formando el filamento). La base se denomina
codo y se une al corpúsculo basal o parte motora que ensambla
el flagelo al cito por la membrana plasmática.
CIANOBACTERIAS…procariotas autótrofos fotótrofos oxigénicos.
-Tienen una membrana externa y una pared fina de peptidoglucano. A
veces tienen envueltas mucilaginosas.
- Tienen un sistema de membranas interna conteniendo los pigmentos y
enzimas. Su aparato fotosintético es similar al de eucariotas.
Fotosistema I , fotosistema II, clorofila a y ficobilinas.
-No se mueven pero a veces se deslizan.
- Se reproducen por fisión binarias, gemación, fragmentación y por
fisión múltiple.
-Viven aisladas o formando colonias globulares o filamentosas en casi
todos los ambientes incluso los extremos.
-Algunas viven en simbiosis con las plantas. Aspecto importante en
agricultura.
DOMINIO ARCHAEA: ARQUEOBACTERIAS
Son los procariotas menos evolucionados y más primitivos.
Carecen de núcleo . Comparten genes con bacterias y con los
eucariotas.
Su membrana es similar a eucariotas pero sin fosfolípidos, sino
compuestos lipídicos con eslaces tipo éter.
Su pared celular está compuesta de proteínas o pseudomureína
(exclusiva)
Se les denomina extremófilos porque pueden vivir en cualquier
ambiente por muy extremo que sea.
• Termófilas. Se desarrollan a temperaturas superiores a 45ºC
• Psicrófilas. Se desarrollan a temperaturas bajas .
• Acidófilas. Se desarrollan en ambientes ácidos
• Alcalófilas. Se desarrollan en suelos alcalinos ricos en carbonatos
y lagunas kársticas.
• Halófilas. Se desarrollan en ambientes salinos.
¿Por qué viven en todos estos ambientes? Por el tipo de enzimas que
poseen. Poseen extremoenzimas, funcionales cuando otras no lo
son.
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MICROBIOLOGÍA: VIRUS, BACTERIAS, ALGAS, HONGOS Y