IES Bañaderos Microbiología

MICROBIOLOGÍA 1. Microbiología 1.1. Concepto de microorganismo 2. Organización acelular. Virus. 2.1. Composición de los virus. ► Ácido nucleico. ► Cápside. ► Envoltura membranosa. 2.2. Clasificación de los virus 2.3. Ciclo de infección de un bacteriófago. Lisis y lisogenia. ► Ciclo lítico. ► Ciclo lisogénico. ► Ciclo reproductor de los virus con envoltura. 3. Organización celular procariota. Bacterias 3.1. Estructura bacteriana. 3.2. Fisiología y Metabolismo. ► Funciones de relación. ► Función de nutrición ● Organismos fotolitótrofos ● Organismos quimiolitótrofos ● Organismos fotoorganótrofos o fotoheterótrofos. ● Organismos quimioorganótrofos o quimioheterótrofos.

3.3. Multiplicación. ► Reproducción asexual ► Reproducción parasexual ● Conjugación. ● Transducción. ● Transformación. 3.4. Clasificación de las bacterias. 4. Organización eucariota. 4.1. Protozoos 4.2. Algas microscópicas 4.3. Hongos microscópicos 5. Importancia biológica de los microorganismos 5.1. Importancia en el medio ambiente. Los ciclos geoquímicos 5.2. Los microorganismos en la industria y la biotecnología 5.3. En la salud. Microorganismos patógenos

La Microbiología es la ciencia que se centra en el estudio de organismos microscópicos, microorganismos o microbios. Los microorganismos, son un variado grupo de seres vivos que tienen como característica común su reducida dimensión(< 0’1 mm), siendo visibles solamente al microscopio.

Organismos microscópicos, microorganismos o microbios 1. Procariota (bacteria) 2, 3, 4 y 5 Protozoos 6. Alga microscópica 7 Hongo microscópico (levadura) 8 y 9 Virus

Virus Bacteria Cianobacterea Alga Hongo Hongo

. Los virus son organismos dotados de extraordinaria simplicidad, pertenecen a un nivel de organización subcelular, y marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte. No se nutren, no se relacionan, carecen de metabolismo propio y para reproducirse utilizan la maquinaria metabólica de las células a las que parásita; son parásitos intracelulares obligados, tanto de bacterias como de las células animales y vegetales. Los virus se propagan de una célula a otra en forma de partículas infecciosas llamadas viriones ORGANIZACIÓN ACELULAR. VIRUS

► Ácido nucleico: ADN o ARN, nunca los dos juntos. Una sola cadena, ya sea abierta o circular, que puede ser monocatenaria o bicatenario. ► Cápside o cubierta de naturaleza proteica que rodea al Ác. Nucleico, está formada por subunidades llamadas capsómeros, puede ser poliédrica o helicoidal y a veces, como en los bacteriófagos, formando una estructura más compleja. COMPOSICIÓN DEL VIRUS EXTRACELULAR. VIRIÓN ► Envoltura membranosa. Algunos virus, como el de la gripe, poseen por fuera de la cápside una membranosa, que es un fragmento de la célula en la que se reprodujo.

1 y 2. Virus poliédricos (icosaédricos) 3. Virus complejo 4. Virus helicoidal 5. Virus con envoltura Según la forma de la cápside se distinguen:

Clasificación de los virus según su ácido nucleico Tipo I Tipo VI ARN monocatenario ( + ) ARN bicatenario VIRUS GENOMA REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN EJEMPLOS Retrovirus ARN monocatenario ( + ) Bacteriófago MS2, polivirus Tipo III Tipo II Tipo V ARN monocatenario ( - ) ARN monocatenario ARN bicatenario Bacteriófago T4, poxvirus, herpesvirus Bacteriófago X174 y M13 Reovirus, picornavirus Virus de la rabia Tipo IV

Etapas de la replicación vírica Fijación o adsorción del virión a una célula con receptores específicos. Penetración del virión o inyección de su ácido nucleico en la célula. Replicación del ácido nucleico vírico, tras alterar la maquinaria de síntesis de la célula. Síntesis de las proteínas estructurales de la cubierta del virus. Liberación de los viriones maduros fuera de la célula. Ensamblaje de las unidades estructurales y empaquetamiento del ácido nucleico.

Ciclo replicativo de los bacteriófagos División celular El ciclo replicativo de los bacteriófagos pueden seguir dos caminos: CICLO LÍTICO CICLO LISOGÉNICO

Otros agentes infecciosos acelulares VIROIDES PRIONES Los agentes patógenos más pequeños. Formados por pequeñas moléculas circulares de ARN monocatenario. No disponen de cápsida. Su estructura permite que la ARN polimerasa de la célula lo replique. No contiene genes. Son partículas proteínicas infecciosas. Las enfermedades que producen suelen ser mortales (TSEs). Según la hipótesis de la proteína sola la proteína infecciosa provoca un cambio conformacional en la proteína normal, transformándola en infecciosa. Estructura normal de la proteína del prión (PrPc) Forma infecciosa de la proteína del prión (PrPsc)

ORGANIZACIÓN CELULAR ► Procariotas: (pro = primitivo, carión = núcleo), el material genético no rodeado por envoltura nuclear. Bacterias y cianobactereas ► Eucariota: (eu = verdadero), con un núcleo bien diferenciado Las bacterias son organismos unicelulares, se encuentran en todos los ecosistemas. Carecen de núcleo y tampoco presentan orgánulos en el citoplasma. ORGANIZACIÓN CELULAR PROCARIOTA. BACTERIAS

Célula procariótica. Bacteria

Estructura general de la célula procariota CARECEN DE VERDADERO NÚCLEO Su molécula de ADN bicatenario (cromosoma bacteriano) se encuentra en el citoplasma formando el nucleoide. RIBOSOMAS INCLUSIONES CITOPLÁSMICAS MEMBRANA PLASMÁTICA CON MESOSOMAS PARED CELULAR CÁPSULA O GLUCOCÁLIZ FLAGELOS BACTERIANOS ESTRUCTURAS Estructura de un flagelo bacteriano FIMBRIAS Y PILI Fimbrias en E. Coli Flagelo de Vibrio cholerae

Pared bacteriana: Es una envoltura rígida y fuerte que da forma a las células bacterianas. Evita los posibles daños que producen cambios de presión osmótica. Existen dos tipos: ▪ La Gram +: son más gruesas y esta compuesta por una capa de glucopeptidos. ▪ La Gram - : compuesta por dos capas, una de glucopeptidos rodeada de una bicapa lipídica. Son más resistentes a los antibioticos.

La pared celular de eucariotas Proporciona protección frente a cambios osmóticos. COMPOSICIÓN QUÍMICA: TIPOS DE PARED: GRAM POSITIVAS GRAM NEGATIVAS Peptidoglucano Membrana plasmática Glucolípidos Peptidoglucano FUNCIÓN: Una gruesa capa de glucopeptidos Dos capas, una de glucopeptidos rodeada de una bicapa fosfolipídica, lipo- proteínas y glucolipidos.

Funciones de relación Muchas bacterias tienen movilidad, ya sea por flagelos, contracción o reptación, acercándose o alejándose de los estímulos ambientales. Las bacterias responde a los estímulos ambientales modificando su metabolismo o su comportamiento, Si el ambiente es desfavorable originan formas de resistencia conocidas como endosporas, formas de vida latente protegidas por una gruesa membrana, capaces de resistir condiciones extremas. Cuando el ambiente es favorable, germinan y originan bacterias funcionales.

Nutrición en procariotas Ingieren materia orgánica extrayendo parte de su energía química: quimiorganótrofos PROCARIOTAS HETERÓTROFOS SAPROFÍTICAS PARÁSITAS SIMBIÓTICAS Sulfobacterias verdes y púrpuras Cianobacterias Bacterias del suelo FOTOLITÓTROFOS QUIMIOLITÓTROFOS Bacterias de la flora intestinal Bacterias patógenas Bacterias descomponedoras

Reproducción asexual ♦ Las bacterias se reproducen por bipartición. ♦ El ADN (cromosoma) se une a un mesosoma y se duplica. ♦ La membrana plasmática se invagina y se produce un tabique de separación. ♦ Da lugar a dos células hijas, cada una de ellas con una réplica exacta del cromosoma de la célula madre.

Conjugación ♦ Es un proceso en el cual una bacteria (donadora), a través de los “pilis” transmite ADN a otra bacteria (receptora). ♦ Existen dos tipos de bacterias donadoras: ◊ La F+ poseen pequeños segmentos de ADN libre en el citoplasma, denominados factor F o plásmido ◊ La Hfr (alta frecuencia de recombinación). lo tienen incorporado a su ADN bacteriano y se les llama episoma ♦ La bacteria receptora se conoce por F-

Las Hfr, antes de la conjugación, duplican su cromosoma, incluido el epitoma. El ADN transferido se recombina con el cromosoma de la bacteria receptora, transformándose éstas en una bacteria Hfr

● Transducción. En este caso la transferencia de material genético de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago que por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y se comporta como un intermediario entre las dos bacterias. El virus, al infectar a otra bacteria, le puede transmitir parte del genoma de la bacteria anteriormente infectada.

● Transformación. Se produce cuando una bacteria capta fragmentos de ADN de otra bacteria rota que esta libre en el medio, atraviesa la membrana celular de la bacteria cambiando con ello la información genética de ésta.

Mecanismos de transferencia genética + TRANSFORMACIÓN CONJUGACIÓN TRANSDUCCIÓN La célula receptora capta del medio ADN libre procedente de otra célula. Célula F+ Célula F+ Se realiza contacto físico entre la célula donante y la receptora transfiriéndose un plásmido. El vector de transferencia genética es un bacteriófago. Bacteria infectada por un fago Lisis bacteriana Célula transducida

► Arqueobacterias: Bacterias consideradas "fósiles vivientes" pues viven en habitas que parecen corresponder con los que existieron en la Tierra primitiva. La mayoría son anaerobias, se encuentran en ambientes termales donde se alcanzan temperaturas por encima del punto de ebullición del agua, en fumarolas, agua extremadamentes salinas, y medios con pH extremos. ► Eubacterias: Son las bacterias típicas, adaptadas a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático, pueden presentar todas las formas de nutrición conocidas. La mayor parte de las bacterias adoptan formas características. Son unicelulares, pero también aparecen agrupadas cuando se mantienen unidas tras la bipartición CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS

Bacterias COCOS BACILOS CON O SIN ENDOSPORAS MICOBACTERIAS Legionella Treponema pallidum Shigella BACILOS Y COCOS AEROBIOS ESPIROQUETAS BACILOS ANAEROBIOS FACULTATIVOS Staphylococus aureus Clostridium tetani Mycobacterium tuberculosis Chromatium Streptomyces

DIFERENCIAS MORFOLÓGICAS Y ESTRUCTURALES

Hay tres tipos de microorganismos eucariotas: ► PROTOZOOS: heterótrofos y sin pared celular. ► ALGAS microscópicas: autótrofos, pared de celulosa. ► HONGOS microscópicos: heterótrofos, pared de quitina. ORGANIZACIÓN CÉLULAR EUCARIOTA.

PROTOZOOS ♦ Unicelulares, eucariotas, heterótrofos, sin pared celular. ♦ La mayoría son acuáticos, algunos son parasitismo o simbioticos ♦ Toman la materia orgánica en disolución por pinocitosis o en estado sólido por fagocitosis. ♦ Predominan las formas móviles, mediante cilios, flagelos o seudópodos. ♦ Se reproducen por bipartición o por conjugación. ♦ Pueden originar estructuras muy resistentes, llamadas quistes, con las que sobreviven en condiciones adversas.

PROTOZOOS

PROTOZOOS SPOROZOA SARCODINA CILIOPHORA MASTIGOPHORA Generalmente inmóviles en estado de madurez. Todos parásitos estrictos. Ej. Plasmodium y Toxoplasma Se mueven pos pseudopodos Ej. Foraminíferos, radiolarios y Entamoeba Poseen uno o más flagelos Ej. Trypanosoma y Leishmania Llevan a cabo movimientos vibrátiles mediante cilios Ej. Paramecium

ALGAS MICROSCÓPICAS Reino de los Protoctistas. Son autótrofos, fotosintéticos La estructura celular está rodeada por una pared de celulosa. Las algas unicelulares suelen presentar flagelos para realizar su desplazamiento. Forman parte importante del plancton. Reproducción puede ser asexual, por bipartición, o sexual. En algunos grupos la reproducción sexual se realiza cuando las condiciones del medio son desfavorables.

Algas y hongos ALGAS HONGOS Son Eukarya autótrofos fotolitótrofos. Algunas son móviles mediante flagelos y otras sésiles. Sus paredes celulares tienen principalmente celulosa. Viven en medios acuáticos o en medio terrestre con abundante humedad. Tienen importancia ecológica como productores de oxígeno y ser la base de las cadenas tróficas en ecosistemas acuáticos. Son Eukarya heterótrofos. Sus paredes celulares tienen principalmente quitina. Viven en ambientes muy diversos, la mayoría terrestres. Tienen importancia ecológica como descomponedores. Dependiendo de la estructura formadora de esporas se dividen en Ascomycetes (ascas) y Basidiomycetes (basidios).

HONGOS MICROSCÓPICOS Pueden ser unicelulares (levaduras) o pluricelulares (mohos), eucariotas. Tienen nutrición heterótrofa; la mayoría son saprofitos (materia en descomposición); de ahí su relevancia dentro del ciclo de la materia. También aparecen individuos parásitos (producen enfermedades en el hombre y otros animales y vegetales) y otros simbiontes como los que forman los líquenes. Pared celular formada por quitina y otros compuestos.

Tipos de hongos HONGOS FILAMENTOSOS SETAS LEVADURAS HONGOS MUCOSOS Conidios (esporas) Son hongos filamentosos unicelulares de forma ovoide. Se reproducen asexualmente por gemación. Son importantes en procesos industriales de fermentación. Candida albicans es una levadura capaz de formar micelio. Son los típicos mohos de la fruta, el pan o el queso. Forman filamento o hifas que se agrupan para formar el micelio. Hongos filamentosos del grupo Basidiomycetes. Sus cuerpos fructíferos se denominan setas. La fusión de micelios haploides origina hifas dicarióticas que formarán las setas. Filogenéticamente son muy distantes de los hongos. Se alimentan de microorganismos sobre materia vegetal en descomposición. Se dividen en hongos mucosos celulares y acelulares.

Aplicaciones y su papel en el ecosistema   Actividad descomponedora reciclaje de materia orgánica. Transformación de alimentos, levaduras utilizadas en la elaboración de cerveza, vino, quesos, pan, etc. Industria química productores de vitaminas, cortisonas, ácidos orgánicos y sobre todo antibióticos. Agentes patógenos en piel, uñas, pelo, etc. alergias micógenas provocando molestias respiratorias (por las esporas).

IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS MICROORGANISMOS Intervienen en la regulación del ecosistema. Microorganismos productores: Son organismos autótrofos que transforman la materia inorgánica en materia orgánica. Microorganismos simbiontes: Como es el caso de bacterias que viven en el estomago de muchos animales permitiendo o favoreciendo la digestión de los alimentos. Microorganismos parasitos: u oportunistas provocando enfermedades. Microorganismos descomponedores: Se alimentan de la materia orgánica muerta permitiendo reciclarla a materia inorgánica.

CICLOS GEOQUÍMICOS. Los descomponedores permiten la existencia del ciclo de la materia en la biosfera. Su función es transformar la materia orgánica en materia inorgánica. Así, ésta puede ser reutilizada. Los bioelementos circulan de forma cíclica desde la Atmósfera y la Hidrosfera hasta los organismos vivos y de ellos, de nuevo a la Atmósfera o a la Hidrosfera.

Los microorganismos en el ciclo del carbono CH4 CO2 atmosférico Metanógenos Humus Cianobacterias y algas Descomposición Quimiorganótrofos Bacterias metanotróficas

Ciclo del azufre SO2 SO2 Putrefacción HS-R CaSO4 FeS O2 H2S (g) HS  S 0 Reducción desasimilatoria Ambiente óxico Ambiente anóxico HS  Bacterias quimiolitotróficas oxigénicas Bacterias fototróficas anoxigénicas Reducción asimilatoria S 0

Ciclo del nitrógeno Nitrificación en 2 pasos: Nitrosomonas, que oxida el NH3 a nitritos (NO2 ) Nitrobacter, que oxida el NO2 a nitrato (NO3 ) Desnitrificación conversión desasimilatoria de NO3 a N2, NO y N2O. Retorno del nitrógeno a la atmósfera y empobrecimiento del suelo Reducción asimilatoria del nitrato por las plantas. Conversión de NO3 en forma orgánica Nódulos leguminosos con Rhizobium NO, N2, N2O NH3 N2 atmosférico

Los microorganismos en la industria y la biotecnología Los microorganismos juegan un importante papel en la industria alimentaría. Algunos intervienen en la fabricación de productos alimenticios, como derivados lácteos (queso, yogurt…), muchos artículos de panadería y muchas bebidas alcohólicas, se fabrican utilizando levaduras. La industria farmacéutica produce antibióticos, vacunas, vitaminas, hormonas... a gran escala por medio de microorganismos.

Los microorganismos y el ser humano AGRICULTURA Y GANADERÍA ASPECTOS NEGATIVOS ASPECTOS POSITIVOS FERMENTA-CIONES FARMACIA BIOTECNOLOGÍA OBTENCIÓN DE ENERGÍAS LUCHA CONTRA LA CONTAMINACIÓN MICROBIOLOGÍA CLÍNICA LOS MICROORGANISMOS Organismos patógenos Plantas leguminosas Animales rumiantes

En la salud. Microorganismos patógenos La mayoría de los microorganismos son inocuos para los seres vivos. Muchos de ellos incluso se han adaptado y viven en los seres vivos son la denominada flora normal. Otros producen enfermedades infecciosas en plantas, animales y en humanos; estos son los microorganismos patógenos. El grado de patogenidad se denomina virulencia y se mide, generalmente, por el número de microorganismos necesarios para desarrollar la enfermedad. Tipos de agentes infecciosos ► Virus, como el de la gripe. ► Bacterias, como la que produce la meningitis ►Protozoos, como el de la malaria. ► Hongos, como el responsable del pie de atleta. ► Priones (carecen de ácidos nucleicos, están formados únicamente por proteínas) “enfermedad de las vacas locas” y otras encefalopatías espongiformes

Microorganismo y enfermedades infecciosas MECANISMOS QUE CONTRIBUYEN DEPENDE DE NO SIEMPRE PRODUCE UNA Infección que produce daños en el huésped Invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos. INFECCIÓN ENFERMEDAD

Términos en epidemiología PREVALENCIA EPIDEMIA PANDEMIA ENDÉMICA CASOS ESPORÁDICOS BROTE INFECCIÓN SUBCLÍNICA PORTADORES Proporción de enfermos de una población que padecen una enfermedad concreta en un momento dado. Una enfermedad que ocurre al mismo tiempo en un número alto de individuos de una región. Epidemia ampliamente distribuida. Enfermedad de presencia continua en una población pero con poca incidencia. Casos individuales de una enfermedad sin relación entre ellos y en zonas geográficamente separadas. Cuando en un corto periodo de tiempo aparecen cierto número de casos cuando anteriormente eran esporádicos. Enfermedad de determinados individuos asintomática o con síntomas leves. Individuos que tienen infección subclínica y pueden transportar y diseminar activamente el agente infeccioso.