Las bacterias - Editorial Terracota

Transcripción

Las bacterias
La forma de vida más antigua
L
Microfotografía electrónica
de 50 000 aumentos de
dos estafilococos áureos,
bacterias que suelen
formar parte de la flora de
la mucosa nasal humana,
pero que en ciertas
circunstancias pueden
volverse infecciosas.
as bacterias son la forma de vida más antigua de la Tierra y quizá la más abundante. En tu organismo hay millones de
bacterias como flora normal, e incluso
hay más bacterias que células. Pueden
encontrarse 40 millones de bacterias en un gramo de
tierra y un millón en un mililitro de agua dulce. Se
calcula que en total hay aproximadamente 5×1030
bacterias en el mundo.
Estos microorganismos poblaron la Tierra mucho
antes que ningún otro grupo de seres vivos. Se han
encontrado restos fósiles de bacterias en rocas de
hace 3 800 millones de años. Esas primeras bacterias
habitaron los océanos primitivos del planeta cuando
el ambiente aún era inhóspito: carente de oxígeno
para respirar, con temperaturas extremadamente elevadas y altos niveles de radiación ultravioleta procedente del Sol. Las bacterias descendientes de las primigenias se encuentran hoy en todos los ecosistemas
del planeta, desempeñando un papel clave en el
equilibrio ecológico. La mayoría ha experimentado
cambios y hoy sería incapaz de sobrevivir en las duras condiciones que caracterizaban a la Tierra primitiva. Aunque hay otras, llamadas arqueobacterias, que
no han cambiado mucho.
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Microbios pp008-039.indd 8
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Son organismos extraordinarios porque se adaptan a ambientes extremos y hostiles. Habitan en toda
la biosfera, especialmente en zonas de la atmósfera
carentes de oxígeno. Podemos encontrar bacterias
en cualquier lugar de la Tierra: en el agua, en aguas
residuales, en el suelo, en el polvo, en muchos alimentos, incluso en los llamados ambientes extremos,
como las aguas termales, las aguas saturadas de sales
o las profundidades oceánicas.
Algunas pueden sobrevivir y prosperar en ambientes más rigurosos, como manantiales calientes,
pozas ácidas, desechos radiactivos, las profundidades
de la corteza terrestre o en temperaturas de hasta
250 ºC. Algunas bacterias soportan incluso el frío y
el vacío extremos del espacio exterior.
Las bacterias que viven en las fuentes termales o
en las grietas hidrotermales de las profundidades
marinas, lo hacen gracias a que su metabolismo depende del azufre. Otras bacterias no pueden estar en
contacto con el oxígeno y sólo resisten en un medio
anaerobio, es decir, carente de oxígeno, como el intestino o el lodo del fondo de marismas, ciénagas o
pantanos. También se han encontrado bacterias resistentes a la radiactividad.
Marisma.
Terreno pantanoso a
orillas de cuerpos de
agua.
Microfotografía de 400
aumentos de una muestra
de cerebro de ratón teñida,
infectada por clamidias del
género Chlamydophila
psittaci.
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De acuerdo con su forma de vida, las bacterias se
clasifican en saprofitas, simbiontes, comensales, mutualistas y parásitas.
Las bacterias se clasifican en
saprofitas, simbiontes, comensales,
mutualistas y parásitas
Simbionte.
Organismo asociado
con otro u otros, que
obtiene beneficio de
dicha asociación.
Sanguijuelas en el bazar
egipcio de Estambul.
Las saprofitas son importantes en el aspecto ecológico porque descomponen la materia orgánica en
sus elementos esenciales, que son utilizados como
alimento por las plantas. Económicamente también
tienen importancia porque son responsables de algunas alteraciones y deterioros que sufren los vegetales durante su almacenamiento y transporte, como
la podredumbre, algunas manchas y marcas superficiales, el agrietado o el marchitado.
Las simbiontes viven asociadas con otro organismo: ambos obtienen algún beneficio. Muchas bacterias son simbiontes en el tracto digestivo del cuerpo
humano y otros organismos; son la flora intestinal,
que se alimenta de los desechos del huésped, y a
cambio lo ayudan a digerir los alimentos.
El tracto digestivo de la mayoría de los animales
está colonizado por una mezcla compleja de bacterias. Una excepción la constituye la sanguijuela medicinal (Hirudo medicinalis), que se ha usado para tratar la hipertensión, y que sólo presenta un tipo de
bacteria, la Aeromonas veronii, que por sí sola causa
enfermedades como la gangrena (muerte de un tejido) o la septicemia (presencia de organismos patógenos en la sangre, que conduce a la muerte en muy
poco tiempo).
Lo interesante de esta asociación radica en que la
Aeromonas veronii es patógena para todos los organismos excepto para la sanguijuela, lo que sugiere que
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esta relación debe de convenirles a las dos. Los posibles beneficios que se han propuesto son: 1) que la
bacteria produce sustancias que digieren la sangre y
extraen las proteínas, para que la sanguijuela las pueda absorber; 2) que la bacteria le da a la sanguijuela
los nutrientes que la sangre no le proporciona (dada
su mala calidad nutritiva), y 3) que debido a la utilidad que la bacteria representa para la sanguijuela,
esta última secreta un antibiótico que elimina a las
posibles competidoras de su compañera. Esta asociación entre dos especies tan distintas sigue asombrando a los científicos, debido al cuidado con que la
naturaleza la ha protegido por tanto tiempo.
El abuso de antibióticos puede
eliminar a las bacterias comensales
Las bacterias comensales viven en su huésped sin
obtener beneficio. Pueden crecer en animales, plantas e incluso sobre cualquier superficie. Se pueden
encontrar en el intestino y otros tejidos del cuerpo
humano; producen vitaminas y sustancias que impiden la proliferación de bacterias patógenas que pudieran invadir el organismo. Debido al abuso y mal
uso de los antibióticos, se puede eliminar a las bacterias comensales, lo que permite la proliferación de
microorganismos patógenos, o que éstos se vuelvan
resistentes. En general, las bacterias comensales pueden considerarse benéficas para el organismo; sin
embargo, en determinadas circunstancias causan algunas enfermedades. Por ejemplo, algunas bacterias
de la flora normal del tracto respiratorio superior, en
condiciones especiales, pueden afectar el corazón,
probablemente debido a que intercambian material
genético con bacterias patógenas como el Streptococcus pneumoniae y a que se han vuelto resistentes a
algunos antibióticos.
Colonias de la bacteria
Burkholderia pseudomallei
en un cultivo de laboratorio.
Hongos de la penicilina, el
primer antibiótico,
aumentados 600 veces.
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Una de las diferencias
entre las células
procariontes y las
eucariontes es que las
primeras carecen de un
núcleo definido por una
membrana.
Las bacterias mutualistas forman asociaciones con
otros organismos sin los cuales no sobrevivirían.
Ciertas hormigas mantienen cultivos de hongos para
alimentar a toda la colonia. Pero, como cualquier
jardinero, tienen que luchar contra los molestos parásitos que invaden sus cultivos. Para eso cuentan
con otros organismos que las auxilian: las bacterias,
que se alojan en cavidades especializadas de su cuerpo y a las cuales nutren por medio de secreciones
glandulares. Cada especie de hormiga mantiene distintos tipos de bacterias.
Otro ejemplo de comensalismo lo constituye la
relación entre la Pogonophora, un gusano marino que
vive a profundidades mayores de 200 metros, en
grietas oceánicas hidrotermales de origen volcánico,
Célula procarionte
Flagelo
No presentan membrana
nuclear
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ricas en compuestos azufrados, y las bacterias que
consumen azufre. Como el gusano carece de boca y
tubo digestivo, las bacterias le proporcionan la energía que requiere para nutrirse y a cambio reciben un
lugar seguro donde vivir: en su interior.
Las bacterias parásitas viven a expensas de otro organismo, utilizando sus nutrientes. Son las responsables de un gran número de enfermedades en el ser
humano, los animales y las plantas. En nuestra especie
causan enfermedades como tétanos, fiebre tifoidea,
difteria, sífilis, cólera, intoxicaciones alimentarias, lepra y tuberculosis. Algunas bacterias (Pseudomonas
aeruginosa, Mycobacterium avium) son patógenos oportunistas, ya que causan enfermedades en personas cuyas defensas se encuentran bajas.
Estos hongos,
desarrollados a expensas
del tronco, son un ejemplo
de parasitismo.
Célula eucarionte
Centriolos
Membrana nuclear
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¿Pero qué son las bacterias?
L
as bacterias son organismos compuestos de una
sola célula; es decir, unicelulares. No son observables a simple vista, ya que su tamaño promedio es de
cinco micras (una micra equivale a la milésima parte
de un milímetro); esto es, aproximadamente 300 veces más pequeñas que la cabeza de un alfiler. Sólo se
pueden observar con la ayuda de un microscopio que
aumente por lo menos 500 veces su tamaño aparente.
Algunas son tan pequeñas que sólo resultan visibles si
se amplían mil veces.
Los científicos las han clasificado en el reino llaFlagelos
ADN
Pared celular
Componentes
estructurales de una
bacteria.
Ribosomas
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mado monera, el más primitivo, que agrupa a todos
los organismos procariontes (los que carecen de un
núcleo verdadero, característica que los diferencia de
las células vegetales y animales); junto con las cianobacterias (antes algas verdeazuladas), son las formas
más abundantes de este reino.
El material genético de las bacterias
se encuentra en el citoplasma
Las bacterias no tienen membranas que delimiten un núcleo. Por ello, su material genético se encuentra en el citoplasma y se denomina nucleoide.
Además, algunas bacterias contienen pequeñas moléculas de ácido desoxirribonucleico (adn), independientes del cromosoma bacteriano, que guardan
información importante, como la que les confiere
resistencias a los antibióticos. Su citoplasma, al igual
que el de nuestras células, contiene principalmente
agua, proteínas y ribosomas (estructura donde se lleva a cabo la producción de proteínas). Algunas producen vacuolas, que sirven para almacenar sustancias
de reserva, como azufre. Otras, como las cianobacterias, producen vesículas internas de gas que utilizan
para regular su flotabilidad y así alcanzar la profundidad exacta del agua donde la intensidad de la luz y
la concentración de nutrientes son óptimos.
La envoltura que rodea el citoplasma de las bacterias es la membrana plasmática, que está formada,
como la de los seres humanos, por lípidos, sólo que
algunos son diferentes a los nuestros. A los lípidos
“no les gusta” el agua, así que nunca se mezclan con
ella, lo cual permite que la membrana plasmática separe a las bacterias del medio ambiente y regule el
paso de nutrientes, proteínas y demás componentes
que necesitan para vivir.
Cianobacterias.
Microorganismos
unicelulares que
presentan membranas
internas llamadas
laminillas fotosintetizadoras (lo que los
hace autótrofos).
También se les llama
algas verdeazuladas.
Son las únicas algas
procariotas.
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Rodeando la membrana plasmática se localiza la
pared celular, que es rígida y resistente. Es distinta a
la de las plantas, los hongos y las arqueobacterias, ya
que está formada de carbohidratos y proteínas. Generalmente, la rigidez de su pared celular determina
su forma, que puede ser como bastón curvo o recto,
esférica o en espiral.
Estafilococos
Vibrio
Espiroqueta
Coco
Las bacterias presentan
formas diferentes de
acuerdo con la rigidez de
su pared celular.
La pared celular rodea
la membrana plasmástica
La pared celular las protege de la deshidratación
y de los cambios que se producen en el medio que
las rodea; además, evita que entre más agua de la
necesaria y engorden hasta reventar. En algunos casos, la pared celular también las protege contra el
ataque de las células de defensa del organismo que
invaden. En algunas bacterias la pared es muy fina,
mientras que en otras es muy gruesa. Finalmente,
algunas poseen una cápsula que rodea su pared celular, la cual les sirve para protegerse de las células
de defensa y para retener agua. El tamaño y la
composición de la cápsula son variables,
pero en general se parece a una gelatina.
Las bacterias que pueden moverse lo
hacen por medio de flagelos. Si compraras un
globo en el parque, el hilo que lo sujeta sería el flagelo, y el globo su cuerpo. Algunas bacterias poseen
un solo flagelo; otras tienen uno en cada extremo;
otras más tienen grupos de flagelos, y otras los tienen distribuidos sobre toda su superficie. Los flagelos les permiten moverse hacia delante o cambiar de
dirección, haciendo una especie de movimientos de
nado sincronizado. De esta manera se pueden acercar a sustancias alimenticias o alejarse en busca de
mejores lugares, cuando las condiciones ambientales
son adversas.
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A pesar de ser menos complejas que otros organismos, como animales, plantas, parásitos y hongos,
su éxito evolutivo y amplia distribución se deben en
parte a su gran diversidad metabólica; pueden basar
su dieta en casi cualquier nutriente, incluyendo
compuestos muy simples, por lo que en ellas se pueden encontrar todos los mecanismos posibles de obtención de energía y de carbono. Según la fuente de
carbono que utilicen, se dividen en autótrofas y heterótrofas, y según la fuente de energía, en fotótrofas
y quimiótrofas.
Las fotoautótrofas utilizan la luz como fuente de
energía y el CO2 (dióxido de carbono) como fuente
de carbono. Las cianobacterias, que realizan la fotosíntesis y liberan oxígeno a partir de CO2, perteneQuimioautótrofas
Flagelo.
Cada una de las
prolongaciones de los
seres unicelulares,
que usan para
desplazarse.
Formas de obtención de
carbono y energía.
Fotoautótrofas
células
células
Fotoheterótrofas
Compuesto
orgánico
Quimioheterótrofas
células
Compuesto
orgánico
células
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Gracias a las bacterias
nitrificadoras, el nitrógeno
es aprovechado por las
plantas. Después vuelve a
incorporarse a la atmósfera
con ayuda de las bacterias
desnitrificadoras.
cen a este grupo. A ellas se debe la transformación
de la atmósfera terrestre hostil, que contenía altos
niveles de CO2.
Las bacterias quimioautótrofas utilizan compuestos inorgánicos como fuente de energía y el CO2
como fuente de carbono. Las bacterias del suelo, que
juegan un papel muy importante en los ciclos biogeoquímicos, como los del carbono y el nitrógeno,
pertenecen a este grupo.
Atmósfera
Bacterias
nitrificadoras
Bacterias
desnitrificadoras
Suelo
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Las fotoheterótrofas utilizan la luz como fuente
de energía y compuestos orgánicos como fuente de
carbono. Finalmente, las quimioheterótrofas utilizan
un compuesto químico como fuente de carbono y
de energía. La mayoría de las bacterias cultivadas en
el laboratorio y también las bacterias patógenas pertenecen a este grupo.
Muchas bacterias deben vivir en presencia de
oxígeno (aerobias), al igual que el ser humano; otras
viven en ausencia de oxígeno (anaerobias) y otras
más pueden hacerlo en presencia o ausencia de oxígeno (anaerobias facultativas). Las bacterias que viven en las grietas hidrotermales son anaerobias, así
como muchas de las especies que causan intoxicaciones alimentarias.
Cultivo de bacterias en una
caja de Petri.
Muchas bacterias deben
vivir en presencia de oxígeno
(aerobias)
La mayoría subsiste a temperaturas de entre 10 y
45 °C (mesófilas). Sin embargo, algunas pueden crecer a temperaturas mayores (termófilas), como las
que se encuentran en las fuentes termales, o a temperaturas menores (psicrófilas), como las que se encuentran en el hielo de Siberia, Canadá o la Antártida.
Las bacterias juegan un papel fundamental en la
naturaleza, en la industria y en el ser humano. En la
naturaleza son parte importante de los ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, algunas fijan el nitrógeno
de la atmósfera y lo transforman en compuestos que
las plantas pueden absorber a través de sus raíces. Sin
ellas, el ciclo del nitrógeno no podría existir.
En la industria también juegan un papel importante, ya que se emplean para producir queso (son
Las bacterias también
tienen importancia en
nuestra vida porque se
utilizan para la elaboración
de quesos, en la
fabricación de antibióticos
y en laboratorios de
investigación.
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responsables, por ejemplo, de los hoyos del queso
gruyer) y yogur, así como en la fabricación de antibióticos y otros productos químicos. En el tratamiento de aguas residuales, eliminan la materia orgánica. También se utilizan en laboratorios de
investigación para estudiar algunas funciones celulares y genéticas, debido a que no son tan complejas
como las células eucariontes.
Las bacterias se utilizan para
estudiar algunas funciones celulares
Microfotografía electrónica
con colores realzados que
muestra a la especie
Salmonella typhimurium
(células rojas), que causa
la salmonelosis, invadiendo
células humanas en cultivo.
En el ser humano, su presencia como flora bacteriana normal en diferentes partes del cuerpo (boca,
intestino, vías respiratorias o vagina, entre otras) es
indispensable. En el intestino ayudan a digerir los
alimentos y algunas producen sustancias, como vitaminas, que el organismo absorbe de ellas porque no
las puede producir. Finalmente, en cualquier parte
del cuerpo donde se encuentren impiden la prolife-
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ración de organismos patógenos. Por ello, no se debe
abusar de los antibióticos, ya que eso las mata y permite el desarrollo de aquellas bacterias que sí pueden causar daño.
Si una persona enferma y el médico le receta algún antibiótico, debe terminar el tratamiento y no
exceder el tiempo. Muchas personas, cuando ya se
sienten bien, dejan de tomar el antibiótico, lo que
provoca que las bacterias de la flora normal y de la
patógena se vuelvan resistentes a los antibióticos.
Esto ha causado que enfermedades como la tuberculosis, que antes se curaban con tratamiento, ahora
sean nuevamente una amenaza mortal.
Una de las tareas de las bacterias
es impedir la proliferación de
organismos patógenos
La mayoría de las bacterias son útiles para la vida.
Sin embargo, algunas son patógenas, ya que causan
enfermedades como el cólera, la sífilis, el ántrax, la
lepra o la peste bubónica. Las enfermedades bacterianas mortales más comunes son las de las vías respiratorias. Cerca de dos millones de personas mueren cada año en el mundo a causa de la tuberculosis,
sobre todo en África.
No terminar un tratamiento
con antibióticos puede
provocar que la bacteria se
vuelva resistente a éstos.
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La génesis de las bacterias
F
ue Charles Darwin quien tuvo la idea de que el
origen de los seres vivos podía representarse con
la forma de un árbol. Posteriormente, se sugirió que
un pariente lejano y antiguo de las bacterias pudo
haber sido el ancestro común a partir del cual surgieron las bacterias, las arqueas y los eucariontes. Esta
célula debió de haber compartido características combinadas con los otros tres, como la replicación del
adn, la producción (síntesis) de proteínas, el tipo de
metabolismo, la división celular, los mecanismos para
reparar el adn y la respuesta al medio ambiente.
Primer borrador del árbol
evolutivo de Charles
Darwin, donde describe las
relaciones entre
organismos. Este árbol
sugiere un ancestro común
que dio origen a las
bacterias, las arqueas y los
eucariontes.
Darwin pensó que el origen de los
seres vivos podía representarse con
la forma de un árbol
Los eucariontes aparecieron hace aproximadamente dos mil millones de años y se caracterizan
por la presencia de un núcleo y microtúbulos. Las
células eucariontes contienen mucho más adn (unas
Primer borrador del árbol
720 veces más nucleótidos) que las bacterias y éste se
evolutivo de Chales Darwin
donde describe las relaciones
encuentra organizado en cromosomas, los cuales se
entre organismos. Este árbol
sugiere que existe un ancestro
resguardan dentro del núcleo. Su citoesqueleto (sicomún que dio origen a las
bacterias, las arqueas y los
milar a un esqueleto, pero microscópico) está conseucariontes
tituido por diferentes estructuras tubulares que se
distribuyen en la célula. Estos tubos o filamentos están compuestos por una proteína llamada actina y
sirven principalmente para darle forma a la célula,
mientras que los microtúbulos participan en el transporte de los organelos a diferentes regiones de la
célula y dirigen a los cromosomas durante la división celular hacia extremos opuestos, repartiéndolos
por partes iguales dentro de las células hijas.
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Las arqueas son un grupo de organismos que habitan en lugares poco usuales y en condiciones extremas. Frecuentemente se encuentran en ambientes
caracterizados por la abundancia de compuestos ricos en energía generada por geoquímica, los cuales
pudieron haber estado presentes desde hace 3 400
millones de años. Las arqueas no tienen un núcleo
como los eucariontes, pero sí cuentan con una pared
celular (como algunos eucariontes), la cual no está
compuesta del mismo material (peptidoglicanos)
que la pared celular de las bacterias.
Por último, las bacterias con un linaje muy antiguo, de más de 3 800 millones de años, tienen una
amplia diversidad y un gran poder evolutivo. Una
característica importante, aunque no exclusiva de
ellas, es el desarrollo de una pared celular o segunda
membrana, la cual les confiere rigidez y les da la
Reinos
Microtúbulos.
Estructuras tubulares
que flotan en el
citoplasma. Forman
una especie de rieles
que transportan
sustancias y organelos dentro de la célula.
Organelos.
Estructuras limitadas
por una membrana,
presentes en el
citoplasma de los
eucariontes; cada una
tiene una función
específica.
Árbol filogenético que
sugiere el origen de las
bacterias y el resto de los
organismos a partir de un
ancestro común.
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