BACTERIAS. PERCY ZAPATA MENDO.

Bacteria

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INTRODUCCIÓN

Bacteria, nombre que reciben ciertos organismos unicelulares visibles solo a través del microscopio y que constituyen uno de los tres dominios en que se dividen los seres vivos. Carecen de núcleo diferenciado y se reproducen por división celular sencilla. Las bacterias son tan pequeñas que solo pueden observarse con ayuda de un microscopio que las amplíe al menos 500 veces su tamaño real. Algunas se hacen visibles solo si se amplían 1.000 veces. Son muy variables en cuanto al modo de obtener la energía y el alimento, y viven en casi todos los ambientes, incluido el interior de los seres humanos. Habitan en las zonas más profundas de los océanos y en el interior de las profundidades de la Tierra.

Las bacterias poblaron la Tierra mucho antes de que ningún otro grupo de seres vivos la habitaran; se han encontrado restos fósiles de bacterias en rocas de hace 3.800 millones de años. Esas primeras bacterias habitaron un mundo inhóspito: carente de oxígeno para respirar, con temperaturas extremadamente elevadas y niveles altos de radiación ultravioleta procedente del Sol.

Las bacterias descendientes de esas bacterias primigenias pueblan hoy un gran número de ambientes. La mayoría ha experimentado cambios y hoy no serían capaces de sobrevivir en las duras condiciones que caracterizaban la Tierra primitiva. Sin embargo, otras no han variado mucho. En la actualidad, algunas bacterias son capaces de crecer a temperaturas superiores al punto de ebullición del agua, 100 °C. Hay bacterias que viven en fuentes termales; incluso en las grietas hidrotermales de las profundidades de los fondos marinos pueden vivir bacterias metabolizadoras del azufre. Otras no pueden estar en contacto con el oxígeno y solo sobreviven en medios anaerobios, como el intestino o el lodo del fondo de marismas, ciénagas o pantanos. También existen bacterias resistentes a la radiación. Las bacterias son organismos extraordinarios en términos de adaptación a ambientes extremos, desarrollándose en zonas que resultan inhóspitas para otras formas de vida. Cualquier lugar donde exista vida, incluye vida bacteriana.

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TIPOS DE BACTERIAS

Las bacterias se pueden clasificar en varios tipos en función de varios criterios: por su forma, según la estructura de la pared celular, por el comportamiento que presentan frente a una tinción específica, en función de que necesiten oxígeno para vivir o no, según sus capacidades metabólicas o fermentadoras, por su posibilidad de formar esporas resistentes cuando las condiciones son adversas, y en función de la identificación serológica de los componentes de su superficie y de sus ácidos nucleicos.

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Clasificación según la forma

La mayoría de las bacterias presentan forma de bastón, esfera o espiral. Las bacterias con forma de bastón reciben el nombre de bacilos. Las bacterias esféricas se llaman cocos y las que presentan forma espiral o en tirabuzón se denominan espirilos. Algunas bacterias tienen formas más complejas. Las espiroquetas son un tipo de bacterias con forma espiral. Entre los cocos son muy conocidos los estreptococos y los estafilococos, bacterias causantes de enfermedades.

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Bacterias aerobias y anaerobias

Las bacterias se pueden clasificar también en función de si necesitan oxígeno o no para sobrevivir: las aerobias precisan oxígeno mientras que las anaerobias no. Las bacterias que viven en las grietas hidrotermales son anaerobias. Muchas especies anaerobias producen intoxicaciones alimentarias.

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Bacterias autótrofas y heterótrofas

Respecto a la fuente de carbono que utilizan para nutrirse, las bacterias se pueden clasificar en autótrofas y heterótrofas. Las bacterias autótrofas (producen su propio alimento), lo obtienen del dióxido de carbono (CO₂). Sin embargo, la mayoría de las bacterias son heterótrofas (no producen su propio alimento) y obtienen el carbono de nutrientes orgánicos como el azúcar. Algunas especies heterótrofas sobreviven como parásitos, creciendo dentro de otros organismos y utilizando tanto los nutrientes como la maquinaria celular de la célula huésped. Algunas bacterias autótrofas, como las cianobacterias, emplean la luz solar para producir azúcares a partir de CO₂. Sin embargo, otras dependen de la energía liberada por la descomposición de compuestos químicos inorgánicos, como nitratos y compuestos de azufre.

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Bacterias Gram positivas y Gram negativas

Otro sistema de clasificación de las bacterias utiliza las diferencias en la composición de su pared celular. El empleo de una técnica llamada tinción de Gram pone de relieve estas diferencias identificando las bacterias como Gram positivas y Gram negativas. Tras la tinción, las bacterias Gram positivas retienen el tinte y se colorean de violeta, mientras que las bacterias Gram negativas liberan el tinte y se tiñen de color rosado. Las especies Gram positivas tienen paredes celulares más gruesas que las Gram negativas. El conocimiento de si una enfermedad está originada por una bacteria Gram positiva o Gram negativa ayuda al médico a prescribir el antibiótico adecuado. Este método de identificación recibe el nombre de Hans Christian Joachim Gram, el médico danés que lo desarrolló en 1884.

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ESTRUCTURA

Las células bacterianas son muy pequeñas, entre 1 y 10 micrómetros (µm) de longitud, y solo pueden observarse con ayuda de un microscopio.

Las bacterias son organismos procariotas, que carecen de núcleo verdadero, una característica que las diferencia de las células vegetales y animales. El núcleo de las plantas y de los animales contiene el material genético en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN). El material genético de la célula bacteriana está formado también por ADN (generalmente circular) pero se encuentra en una región densa que no está separada del resto del citoplasma por ninguna membrana. Muchas bacterias poseen también pequeñas moléculas de ADN circulares llamadas plásmidos, que llevan información genética, pero, la mayoría de las veces, no resultan esenciales en la reproducción.

El citoplasma, además del material genético, contiene fundamentalmente agua, sustancias de reserva, proteínas y ribosomas. Sin embargo, las bacterias carecen de los orgánulos citoplasmáticos rodeados de membrana propios de los eucariontes, como mitocondrias, cloroplastos, aparato de Golgi, etc. La membrana plasmática es la envoltura que rodea al citoplasma, separando la célula del medio ambiente que la rodea y regulando el paso de materiales. En la membrana aparecen grandes repliegues, denominados mesosomas, que pueden intervenir en la división celular o en diversas reacciones químicas que liberan energía. Por fuera de la membrana, se localiza la pared bacteriana, rígida y resistente. Generalmente, la rigidez de la pared celular determina la forma de la célula bacteriana. Además, protege a la bacteria de la deshidratación y de los cambios que se producen en el medio que la rodea. En algunos casos, la pared celular también protege a la bacteria del ataque de las células del sistema inmunitario. En algunas células la pared es muy fina mientras que en otras es gruesa; la tinción de Gram permite distinguir entre estos dos tipos de paredes bacterianas. Algunas bacterias poseen, rodeando a la pared celular, una capa denominada vaina o cápsula bacteriana que es capaz de retener agua y que puede protegerlas también del ataque de los leucocitos.

No todas las bacterias tienen capacidad de movimiento, pero las que lo poseen se desplazan gracias a la presencia de apéndices filamentosos denominados flagelos. Estos pueden localizarse a lo largo de toda la superficie celular o en uno o ambos extremos de la célula, y pueden aparecer aislados o en grupo. Dependiendo de la dirección en que gire el flagelo, la bacteria puede moverse avanzando o agitándose en una dirección concreta. La duración de los movimientos de avance en relación con los de giro está asociada a receptores presentes en la membrana bacteriana; estas variaciones permiten a la bacteria acercarse a determinadas sustancias, como partículas alimenticias, y alejarse de aquellas condiciones ambientales adversas.

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FISIOLOGÍA

Las células bacterianas, como todas las células, requieren nutrientes para llevar a cabo sus actividades vitales. Estos nutrientes deben ser solubles en agua para poder atravesar los poros de la pared celular y pasar a través de la membrana celular hasta el citoplasma. Sin embargo, muchas bacterias pueden digerir los alimentos sólidos liberando, en el medio que las rodea, sustancias químicas llamadas exoenzimas. Las exoenzimas ayudan a romper los alimentos sólidos en fragmentos hidrosolubles que la pared bacteriana puede absorber. Las células bacterianas utilizan los nutrientes para llevar a cabo diversas reacciones químicas indispensables para la vida, conocidas en conjunto con el nombre de metabolismo.

Las bacterias han explorado una gran cantidad de posibilidades metabólicas. Como ya se ha visto, hay bacterias que presentan un metabolismo aerobio y otros anaerobios. Algunas especies pueden alterar su metabolismo entre aerobio y anaerobio y, por ello, reciben el nombre de aerobias facultativas.

Además, las bacterias pueden ser autótrofas o heterótrofas. Dentro de las especies autótrofas, que utilizan el dióxido de carbono como fuente de carbono, puede distinguirse entre fotoautótrofas (o fotótrofas) y quimioautótrofas (o quimiolitótrofas o quimiosintéticas). Las primeras realizan la fotosíntesis y utilizan la luz solar como fuente de energía. Las cianobacterias presentan clorofila, como las algas verdes, para llevar a cabo la fotosíntesis y liberar oxígeno. De hecho, fueron las responsables de la transformación de la atmósfera terrestre primigenia. Otras bacterias fotosintéticas utilizan un pigmento fotosintético distinto, la bacterioclorofila, y no liberan oxígeno. Las bacterias quimioautótrofas obtienen la energía, no de la luz, sino de la oxidación de sustancias inorgánicas. En este grupo de bacterias se incluyen las bacterias del suelo que juegan un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos (ciclo del carbono, ciclo del nitrógeno y ciclo del azufre, entre otros).

Las bacterias heterótrofas (que utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono), a su vez, pueden ser fotoheterótrofas o quimioheterótrofas. Las primeras obtienen sus átomos de carbono de compuestos orgánicos fabricados por otros organismos y obtienen la energía de la luz solar. Las quimioheterótrofas obtienen tanto sus átomos de carbono como su energía de uno o varios compuestos orgánicos. La mayoría de las bacterias pertenecen a este grupo. Según su modo de vida las bacterias heterótrofas pueden ser saprofitas, simbiontes o parásitas. Las saprofitas viven sobre los cuerpos muertos de animales y vegetales, y son importantes porque descomponen los cuerpos de las plantas y animales muertos en sus componentes esenciales, haciéndolos accesibles para ser utilizados como alimento por las plantas. Muchas bacterias viven en simbiosis con animales o plantas. Las bacterias parásitas, el tercer tipo, viven en el interior de los animales o plantas provocándoles daños; son las bacterias patógenas responsables de muchas enfermedades.

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REPRODUCCIÓN

Las bacterias se reproducen con mucha rapidez. En algunas especies la replicación en condiciones óptimas se lleva a cabo tan solo en unos 15 minutos. Una célula bacteriana puede convertirse en dos en 15 minutos, en cuatro en 30, en ocho en 45 y así sucesivamente. De ese modo, las bacterias podrían cubrir con rapidez la faz de la Tierra si el suministro de nutrientes fuese ilimitado. Sin embargo, en ausencia de nutrientes suficientes, muchas bacterias forman esporas latentes que sobreviven hasta que disponen de nuevo de alimento. La formación de esporas hace posible también que las bacterias sobrevivan en determinadas condiciones adversas.

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Fisión binaria

Las células bacterianas se dividen por fisión o bipartición; la bacteria aumenta de tamaño hasta casi duplicar su tamaño inicial y el material genético se duplica; luego, la bacteria se estrecha por la mitad y tiene lugar la división completa formándose dos células hijas idénticas a la célula madre.

En primer lugar, el ADN bacteriano (que está anclado a un mesosoma) se replica, y se forman todas las moléculas que necesita la nueva célula. La nueva molécula de ADN se une a otro mesosoma nuevo. La membrana crece separando las dos moléculas de ADN. En la zona central de la célula, la membrana celular se invagina hacia el centro y se cierra para, finalmente, dividir a la célula en dos de tamaño muy similar, formándose una nueva pared celular entre las membranas.

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Formación de esporas

En respuesta a la escasez de nutrientes u otras condiciones adversas, muchas bacterias sobreviven mediante la formación de esporas que resisten las condiciones extremas del medio, como la deshidratación, el calor o los productos químicos tóxicos. Las esporas preservan el ADN bacteriano y permanecen vivas pero inactivas. Cuando las condiciones mejoran, las esporas comienzan a desarrollarse y las bacterias se activan de nuevo.

Las esporas mejor estudiadas se forman en las bacterias Bacillus y Clostridium y se conocen como endosporas, porque son estructuras intracelulares. Las esporas del Clostridium botulinum originan el botulismo, una intoxicación que puede ser mortal. Las endosporas tienen cubiertas gruesas y pueden resistir las condiciones adversas del medio, especialmente el calor. Las endosporas pueden sobrevivir durante siglos en estado latente.

5.3

Intercambio genético

Con frecuencia, las células bacterianas pueden sobrevivir mediante el intercambio de ADN con otras células y la adquisición de nuevos rasgos, como la resistencia a un antibiótico dirigido a destruirlas. La forma más simple de intercambio de ADN es la transformación bacteriana, un proceso mediante el cual las células bacterianas toman ADN ajeno del medio en el que viven y lo incorporan a su propio ADN. El ADN del medio puede proceder de células muertas. Cuanto más parecido sea este ADN al de la célula bacteriana más sencilla es su incorporación.

Otro método de intercambio de información genética es la transducción o transferencia de material genético de una bacteria a otra a través de virus bacterianos o bacteriófagos. Cuando el virus infecta la célula bacteriana, se pueden formar, accidentalmente, junto con los bacteriófagos normales, fagos que contengan el ADN bacteriano. Cuando estos virus infectan otra bacteria, el ADN de la primera bacteria se integra en el material genético de la bacteria receptora.

La transformación y la transducción generalmente transfieren solo pequeñas cantidades de ADN, si bien los especialistas en genética bacteriana han intentado incrementar estas cantidades. Muchas bacterias son capaces también de transferir grandes cantidades de ADN, incluso el genoma completo (conjunto de genes), mediante contacto físico. Por lo general, la célula donante crea una copia del ADN durante el proceso de transferencia de manera que no es destruida. Este método de intercambio recibe el nombre de conjugación. El intercambio de ADN permite a la bacteria que ha desarrollado genes de resistencia a antibióticos propagar con rapidez su resistencia a otras bacterias.  

6.

Un nuevo sistema de clasificación

Carl Woese, un microbiólogo de la Universidad de Illinois descubrió que era más fácil trabajar con ácidos nucleicos como el ADN o el ARN, y comparó las moléculas de ácido ribonucleico de los ribosomas (ARN_r). Los ribosomas son estructuras celulares encargadas de la síntesis de proteínas. Fue relativamente sencillo obtener ARNr para identificar sus nucleótidos y determinar su orden en la molécula. El ARN ha demostrado ser una herramienta excelente para determinar las relaciones evolutivas porque varía relativamente poco de una generación a la siguiente.

La filogenia molecular estableció tres grupos principales de organismos, que Woese llamó dominios. Un dominio llamado Eukarya (Eucariota), que comprende todos los organismos con un núcleo verdadero y que incluye todas las plantas y los animales, y otros dos dominios, que recibieron el nombre de Archaea y Bacteria, formados por organismos procariotas sin núcleo verdadero. Anteriormente las arquebacterias, que componen el dominio Archaea, fueron clasificadas con las bacterias dentro del reino Móneras.

La clasificación de los organismos procariotas en dos dominios, el sistema propuesto por Woese, está basada casi por completo en la estructura del ARN ribosómico y resulta coherente con otros hallazgos relativos a las estructuras básicas, su metabolismo y su evolución.