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BACTERIAS
procariotas, carecen de un núcleo limitado por una membrana y de mitocondrias entre otras características. Tiene pared celular bacteriana: estructura superficial que rodea a la membrana celular y de la rigidez Su membrana proporciona una barrera osmótica y de transporte activo que mantiene las concentraciones de iones apropiadas evitando su rotura con los cambios de iones. La composición de la pared celular define: taxonomía, clasificación y fisiopatogenia.
Formas y agrupación
Cocos Diplococos Cadenas /estreptococo Racimos/estafilococo Tetradas Sarcina* Bacilo Bacilo corto/ cocobacilo Bacilo curvo Bacilo esporulado Bacilo fusiforme Letras chinas Cadenas Bacilos en empalizada Espiroquetas
Taxonomía y clasificación.
Análisis morfológico y tinción de gram
descrita desde 1884 por Hans Christian Gram dos grandes grupos: grampositivas y gramnegativas Micobacterias por Zielh-Neelsen.
Requerimientos atmosféricos para su crecimiento
condiciones atmosféricas (requerimiento de oxígeno) en las cuales una bacteria puede crecer. Aerobias: atmosfera normal (estrictas) Anaerobias: ausencia de oxígeno. (facultativas) Microaerofílicas: baja concentración de oxígeno e incremento de CO
Reacción bioquímica
Evaluación de las capacidades metabólicas demostradas por la utilización o rompimiento de diversos sustratos como carbohidratos, lípidos y proteínas, entre otros.
Reacciones serológicas
Se realizan utilizando anticuerpos específicos que reconocen estructuras superficiales en las bacterias (en especial proteínas y carbohidratos) que ayudan a identificar alguna especie en particular o bien determinan serogrupos y serotipos entre una especie
Sistemas de clasificación genotípica
Árbol filogenético universal
clasificación de todos los seres vivos divididos en tres grupos bacteria , archaea y eucarya Análisis de secuencia de RNA ribosómico
El diagnóstico clínico molecular se utiliza para la identificación de patógenos, establecimiento de terapias adecuadas y para la identificación de bacterias no cultivables Subtipificación molecular Cuando se requiere establecer diferencias entre cepas de la misma especie. tipificación por secuencias multicolucus (MLST)
ESTRCUTURA
Membrana citoplasmática
Estructura delgada compuesta de una bicapa de fosfolípidos con proteínas intercaladas, sirve de barrera selectiva para la entrada y salida a la bacteria de nutrientes y sustancias de desecho. Contiene mesosomas: invaginaciones de la propia membrana hacia el interior del citoplasma. Su función es unirse al cromosoma bacteriano y asegurar su correcto reparto a cada celula hija durante la división celular. Citoplasma Lugar donde se desarrollan las reacciones bioquímicas involucradas en el crecimiento y metabolismo bacteriano Contiene proteínas, aminoácidos, carbohidratos, nucleótidos, sales, vitaminas y iones disueltos. Contiene ribosomas, cuerpos de inclusión, el cromosoma bacteriano y plásmidos.
Ribosomas Responsables de la síntesis de proteínas y del aspecto granular de una bacteria observada al microscopio electrónico. Compuestos por dos subunidades 50S y 30S, que en su conjunto tienen un coeficiente de sedimentación 70S
Cuerpos de inclusión
Estructuras citoplasmáticas que se encuentran en algunas bacterias y consisten de gránulos de almacenamiento de nutrientes (carbón, nitrógeno, azufre y fósforo). Cromosomas bacterianos
no tienen un núcleo definido Por lo general el cromosoma bacteriano es una sola molécula circular de DNA de doble cadena de doble cadena. El nucleoide carece de membrana y representa un área en el citoplasma donde el DNA se agrega y no hay ribosomas
Plásmidos Elementos extracromosolaes compuestos de DNA de doble cadena circular tienen replicación autónoma (o sea independiente del cromosoma bacteriano no son esenciales para el crecimiento de la bacteria. pueden transferirse en procesos de recombinación a otras bacterias y muchos de ellos contienen genes que codifican para resistencia a antibióticos. Son el blanco de la manipulación genética en los procesos de clonación e ingeniería genética Pilis/ Fimbrias (^) Son estructuras externas muy delgadas y numerosas en forma de “pelo” que se encuentran en la superficie de varias bacterias en especial gramnegativa. representan un polímero de la proteína denominada pilina, son más cortos y rígidos que los flagelos Cortos y abundantes: intervienen en los procesos de adherencia a las células epiteliales ayudando a la colonización. largos y escasos: intervienen en la transferencia de material genético durante el proceso de conjugación bacteriana (pilis sexuales), además estas estructuras pueden servir de receptores para varios bacteriófagos.
Flagelos (^) los organelos encargados de la locomoción (evadir la respuesta inmune) compuesta por tres partes: o filamento : estructura cilíndrica, hueca compuesta por un arreglo helicoidal de la proteína flagelina, esta proteína es inmunogenica y constituye al antígeno H o flagelar. Utilizado para la serotipificación de enterobacterias como Escherichia coli o gancho o cuerpo basal Longitud varia de 10 a 20 μm y son muy delgados (20nm diámetro) Bacterias con un solo flagelo en un polo: monotricas (Vibrio cholerae) Bacterias con dos o más flagelos en un polo: lofotricas ( Helicobacter pylori) Bacterias con uno o varios flagelos en cada polo: anfriticas Bacterias con flagelos localizados alrededor: peritricas ( Salmonella typhi)
Gram- pared celular es muy pequeña (∼ 3 nm) esta capa delgada de peptidoglicana permite la presencia de un espacio periplásmico : en él, se encuentran: enzimas digestivas, proteínas de transporte de sustratos (fijadoras), quimiorreceptores y además pueden acumular enzimas involucradas en la resistencia a antibióticos como aminoglucósidos y β-lactámicos. La membrana externa de 7.5 nm Compuesta por una bicapa de lípidos unida a la peptidoglicana por la lipoproteína de Braun Hacia la capa interna está formada por fosfolípidos (similar a la membrana celular) y hacia el exterior por el lípido A del lipopolisacárido (LPS). Lipolisacarido LPS / Endotoxina bacteriana componente único en las bacterias gramnegativas y forma parte de la membrana externa. Está formado de tres partes:
- lípido A : consta de glucolípidos, unidos a ácidos grasos y grupos fosfato, y es la estructura que tiene la actividad tóxica, ocasiona fiebre y choque cuando se libera a la circulación sanguínea o tubo digestivo en una infección.
- Nucleo / core : contiene oligosacáridos unidos al lípido A como la heptosa y el ácido 3 deoxi-D- manoculosónico (conocido como KDO “keto-deoxyoctulosonate”) es inmunógeno y común para algunos géneros de bacterias.
- polisacárico (cadena “O) / antígeno somáticos “O ”: lo compone una cadena larga de carbohidratos en repetición, de 4 a 7 azuares por unidad y entre 50-100 unidaades, esto permite encontrar diferencias en la antigenicidad de una misma especie. La ausencia de la cadena O hace a la bacteria más hidrofóbica y susceptible a antibióticos hidrofóbicos que actúan en la membrana.
Lipooligosacaridos (LOS). Representa una variante del LPS y a diferencia de éste, no tiene cadenas “O” en repetición y posee cadenas variables de oligosacáridos, estas ramificaciones son designadas cadenas alfa, beta o gamma. En Neisseria se observan variaciones antigénicas de fase que favorecen la evasión de la respuesta inmune. Representan uno de los principales factores de virulencia para Neisseria meningitidis Neisseria hoeae gonor ácido-alcohol resistente se encuentran: arabinogalactanos unidos a la peptidoglicana; lipoarabinomananos anclados desde la membrana celular; ácidos micólicos en una capa encima de la peptidoglicana y por último, una capa final (∼10 nm) rica en lípidos (ácidos grasos largos y ramificados) y altamente hidrofóbica con glucolípidos y peptidoglucolípidos como el dimicolato de trealosa (factor cuerda).
Peptidoglucolipidos: favorece una impermeabilidad a los colorantes hidrofílicos
Tincion Ziehl-Neelsen / acido-alcohol resistentes.
CRECIMIENTO BACTERIANO
Reproducen de manera asexual por fisión binaria. Al intervalo que transcurre desde una fisión binaria a otra se denomina “tiempo de generación” En bacterias como Escherichia coli el tiempo de generación es de 20 min Mycobacterium tuberculosis requiere 12-18 h
Curva de crecimiento bacteriano consta de 4 fases
Inicial o latencia (lag). (^) las bacterias no se dividen, se adaptan al medio y preparan las enzimas y moléculas necesarias para la división celular.
Exponencial o logarítmica (log). División por fisión binaria, cada célula hija da lugar a dos nuevas, aumentando cada generación de manera exponencial el número de bacterias. En esta etapa las bacterias son más susceptibles a la acción de los antimicrobianos.
Estacionaria. el crecimiento bacteriano cesa, ya sea por falta de nutrientes o debido a la acumulación de los productos de desecho.
Declive o muerte. Las bacterias comienzan a morir por falta de nutrientes o efecto de los productos de desecho como los ácidos.
Entran a la bacteria por los bacteriófagos : virus que causan infecciones en bacterias. La mayoría de los bacteriogfagos son templados: ingresan el material genético y se integra como profago al material genético de la bacteria. El material genético del virus también se replica en la replicación de la bacteria. T3, T7, Mu, lambda, T2, T4: estructura compleja, DNA de doble cadena, lineal y genoma grande. Fijación de los bacteriófagos : depende de cada uno.
Transcripción y traducción de los bacteriófagos.
- Momento de infección del bacteriófago a la bacteria.
- Primera transcripción del mensajero temprano, donde se forma nucleasas, polimerasas y factor sigma, para empezar la replicación. Se traduce proteínas tempranas
- Durante la replicación del DNA del fago se tiene RNAm medios y RNAm tardíos
- Esto lleva a la traducción de proteínas medias y tardías.
- Pueden ser el material genético del virus y las tardías son proteínas estructurales
- En los 20-25 min: ensamblaje de los viriones maduros, que producen lisosimas y llevan a la lisis a las células bacterianas. Islas de patogenisidad: Agrupacion de genes específicos que actúan como patógenos determinantes. Contiene diferentes enlaces Guanina-citocina Están rodeadas por repeticiones directas. Contienen diversos genes para la patogenia: edhesinas, invasinas, exotoxina.
REPLICACION BACTERIANA. fisión binaria.
Procariotas Eucariotas Replicación / transcripción citosol núcleo DNA polimerasa I, II, III α, β, δ, ξ Unidad de replicación Un punto de origen de la replicación y un replicón (unidad de replicación)
Muchos puntos de origen de replicación y replicones. Actividad telomerasa Sin actividad (DNA circular) Con actividad (DNA lineal) Fragmentos de Okazaki Mayor tamaño Menor tamaño Histonas NO Si (su replicación esta coordinada por la síntesis de histonas) Velocidad de replicación Mayor Menos (las histonas dificultan el mov. de la ADN polimerasa)
T4 Receptores en los lipopolisacaridos de las bacterias gramnegativas Lambda Flagelina (en los flagelos), ingresa al citoplasma T3 y MS2 Pilina (de los pilis), ingresan al citoplasma T1 Proteínas de transporte de hierro, atraviesan la pared celular e ingresan al citoplasma.
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GÉNICA EN LAS CÉLULAS.
Replicación Se necesita la horquilla de replicación, que se fija a un solo sitio del cromosoma bacteriano (OrinC) (1 horquilla en procariotas---- cientos en eucariotas). Proteínas encargadas. Helicasas: Hebras separadas. Primasas. Encargadas de poner los praimers DNA polimerasa III: agrega nucleótidos. Topoisomerasa Transcripción DNA-RNA
RNAm: encargado de la transcripción RNAt: especifica que aminoácido se traduce a partir de un triplete / codón RNAr: síntesis de proteínas Primasa: pone la primer secuencia
- Iniciación: se necesita una región promotora donde se agrega una proteína que llama a la DNA polimerasa. Se tiene dos tipos de complejos: cerrado y abierto inicicion abortiva el factor sigma bloquea la rna polimerasa
- Elongación : agregar nucleótidos de RNA por medio de la RNA polimerasa y engolar la cadena de DNA
- Termino : o dependiente de Rho: proteína exomerica, reconoce una cadena de poli c o Independiente de Rho: no se necesita proteínas externas, se necesita terminadores intrínsecos (secuencias ricas en AT)
Traducción RNAm
Se da por medio de tripletes, cada uno codifica para un a.a distinto El material genético es degenerado Anticodones Codón de comienzo: UAG Codón de paro:
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA. (elementos polisistronicos) Operón: conjunto de genes que se cotranscribir en un solo mRNA., son líneales Estructura: gen regulador, una secuencia promotora, una secuencia operadora y genes estructurales Las eucariotas no poseen oprerones Se regulan por opresores. Co-represor: arginina se une al represor y se unen al operador. Operon de la lactosa Proteína: inductor
Operon argABCD en staphylococcus. AIP se une a Arginina = se libera fosfato Arginina +p se une al promotor para iniciar la transcripción: de dos tipos Proteínas de virulencia De arginina
División celular Lapso de 0-80min Proteina MnE Se forma un septum ----- Anillo Ftaz División celular por fisión binaria
Formación de una hebra complementaria a partir de una hebra móvil de DNA
Test de Ames : evalúa el potencial mutagénico de compuestos, químicos, mediante bacterias. o LA sustancia química mutagénica puede ser un agente cancerígeno o Se usa bacterias auxótrofo: bacterias que son mutantes, incapaces de fabricar alguna molécula escencial y, por lo tanto, incapaz de crecer en medio mínimo. o Salmonell Typhimurum-----------operon de la histidina. o Escherichia coli -------operon triptófano
RECOMBINACIÓN
Transformación El material genético se integra al citoplasma de la célula. En el citoplasma hay replicación para integrarse la material Genético de la célula receptora Entonces la célula rugosa puede sintetizar su capsula.
Transducción Integración de material genético por medio de la infección por un bacteriófago. El ciclo lítico lleva a la célula a lisis por la producción de virones. Llegan a nuevas células y son infectadas. Cuando infectan los bacteriófagos la capside se queda afuera El material genético que entra se vuelve profago El profago se libera por señalización del genoma viral ***transducción especial: Se pueden formar islas de patogenicidad e nelos plasmidos Conjugación/ Reproducción sexual primitiva
Pilis sexuales. Transferencia genética Plásmido F: Célula que transfiere. (Bacteria donadora?) Plásmido : célula que es tranferida En la célula receptora se
