Bacteris: Estructura, Metabolisme, Reproducció i Control

Introducció als Bacteris

Els bacteris són microorganismes procariotes, molt petits (1-10 μm) i simples. No tenen nucli ni orgànuls membranosos. No formen teixits, però poden viure en colònies.

Antigament es classificaven dins el regne Moneres, però ara es classifiquen en tres dominis:

• Domini Archaea (arqueobacteris)
• Domini Bacteria (eubacteris)
• Domini Eukarya (protoctists, fongs, plantes i animals)

Estructura Bacteriana

Orgànuls Bacterians

• Tilacoides (en cianobacteris): per fer fotosíntesi.
• Mesosomes: invaginacions de la membrana (potser són artefactes).
• Ribosomes 70S: lliures al citoplasma, sense membrana.
• Inclusions: reserves de substàncies (midó, lípids, sofre).

Flagels i Pèls

• Flagels: donen mobilitat, estan fets de flagel·lina.
• Pèls (pili o fímbries):
  • Sexuals: per a la conjugació.
  • D’unió: per adherir-se i augmentar la patogenicitat.

Nucleoide

Conté DNA circular doble, més RNA i proteïnes.

També hi ha plàsmids: DNA extra amb gens de resistència o virulència.

Membrana Plasmàtica

Sense colesterol, però amb funcions molt importants:

• Delimita i regula l’entrada i sortida de substàncies.
• S’hi fa la replicació del DNA i la respiració cel·lular (no tenen mitocondris).
• També s’hi pot fer fotosíntesi anoxigènica i assimilació del nitrogen.

Paret Cel·lular

Dona forma i protegeix contra canvis osmòtics.

Component principal: peptidoglicà (també anomenat mureïna).

• Grampositius (G⁺): capa gruixuda de peptidoglicà.
• Gramnegatius (G⁻):
  • Tenen una membrana externa amb lipopolisacàrids (LPS).
  • Capa fina de peptidoglicà.
  • Espai periplasmàtic amb enzims com les β-lactamases.

Càpsula Bacteriana

• Només la tenen alguns bacteris.
• Està formada per polisacàrids.
• Protegeix contra el sistema immunitari, evita la dessecació i ajuda a adherir-se.

Tinció de Gram

Principis de la Tinció de Gram

Permet classificar els bacteris segons l’estructura de la seva paret cel·lular:

• Grampositius (G⁺): es tenyeixen de violeta o blau.
• Gramnegatius (G⁻): es tenyeixen de vermell o fúcsia.

Fases del Procés de Tinció

1. Cristall violeta: tenyeix tots els bacteris de violeta.
2. Lugol: fixa el colorant en els G⁺ (actua com a mordent).
3. Alcohol/acetona: decolora els G⁻ (els G⁺ conserven el color).
4. Safranina: tenyeix els G⁻ de vermell/fúcsia.

• Grampositius: es queden de color blau o violeta (tenen una paret molt gruixuda).
• Gramnegatius: es veuen vermells o roses (tenen una paret més fina i una capa extra).

Tipus de Bacteris segons el Metabolisme

Els bacteris poden adaptar-se a condicions extremes gràcies a la seva versatilitat metabòlica. Es classifiquen segons la font d’energia i de carboni que utilitzen:

Bacteris Fotoautòtrofs

Fan fotosíntesi i obtenen el carboni del CO₂ (matèria inorgànica).

Tipus de Fotoautòtrofs

• Verds i porpres del sofre (ex. Chromatium):
  • Fotosíntesi anoxigènica (no alliberen O₂).
  • Usen H₂S com a donador d’electrons → alliberen sofre.
• Cianobacteris (ex. Spirulina):
  • Fotosíntesi oxigènica (alliberen O₂).
  • Usen H₂O com a donador d’electrons.
  • Poden fixar N₂ atmosfèric (gràcies a la nitrogenasa).

Bacteris Fotoheteròtrofs

• Utilitzen la llum com a font d’energia.
• Font de carboni: matèria orgànica (no CO₂).
• Fan fotosíntesi anoxigènica heterotròfica (no alliberen oxigen).
• Exemple: Rhodospirillum, Chlorobium.

Bacteris Quimioautòtrofs

• Obtenen energia oxidant compostos inorgànics (H₂S, NH₃...).
• Fan quimiosíntesi:
  1. Oxiden compostos inorgànics → obtenen ATP i NADH.
  2. Fan matèria orgànica a partir de CO₂.
• Són aerobis (necessiten oxigen).
• Tanquen cicles biogeoquímics (tornen nutrients al sòl).

Tipus de Quimioautòtrofs

• Bacteris del sofre (ex. Beggiatoa): oxiden H₂S.
• Bacteris del nitrogen:
  • Nitrosomonas (nitrosificants): NH₃ → NO₂⁻.
  • Nitrobacter (nitrificants): NO₂⁻ → NO₃⁻.
• Bacteris del ferro: Fe²⁺ → Fe³⁺ (formació de jaciments minerals).

Bacteris Quimioheteròtrofs

Obtenen energia i carboni de la matèria orgànica.

Tipus de Quimioheteròtrofs

• Aerobis (ex. Bacillus).
• Anaerobis (ex. Clostridium).
• Anaerobis facultatius (ex. Escherichia coli).
• Inclouen bacteris patògens humans (causen malalties).

Reproducció i Creixement Bacterià

Bipartició o Divisió Binària

• És una reproducció asexual.
• El DNA (circular, doble cadena) es duplica.
• Es forma un septe que separa les dues noves cèl·lules.
• Les cèl·lules filles són genèticament idèntiques.
• Si les condicions són bones, es divideixen cada 15-30 minuts.

Factors que Alenteixen o Aturen la Reproducció

• Temperatura no òptima.
• pH desfavorable.
• Humitat insuficient.
• Presència de substàncies tòxiques.

Mètodes de Conservació d’Aliments

Basats en frenar la reproducció bacteriana:

• Refrigeració: baixa temperatura → alenteix reaccions enzimàtiques i metabòliques.
• Congelació: (-18 a -25 °C) → atura el creixement microbià; alguns patògens poden sobreviure.
• Salaó: elimina aigua → augmenta la pressió osmòtica.
• Assecat: sense aigua → bacteris no poden viure.
• Adob amb vinagre i oli: acidificació del medi → allunya el pH òptim → bacteris moren.
• Fumat: calor, deshidratació i compostos antimicrobians → inhibeix el creixement.
• Sucre i mel: com la sal → augmenta la pressió osmòtica.

Soca i Espècie Bacteriana

• Soca bacteriana: conjunt de bacteris genèticament idèntics.
• Colònia bacteriana: agrupació de moltes cèl·lules d’una mateixa soca.
• Espècie bacteriana: conjunt de soques amb característiques genotípiques i fenotípiques comunes.

Corba de Creixement Bacterià

El creixement bacterià és un augment del nombre de cèl·lules, mesurat pel recompte cel·lular o per la massa. Les fases del creixement bacterià en medi líquid són:

• Fase de latència (lag): Adaptació al medi. No hi ha divisió, però sí síntesi d’enzims i molècules.
• Fase exponencial (log): Ràpida divisió per bipartició. El nombre de bacteris es duplica a cada generació. Els bacteris són molt actius metabòlicament i sensibles als antibiòtics.
• Fase estacionària: Nutrients escassos i acumulació de residus tòxics. La taxa de divisió s'iguala a la taxa de mort. Els bacteris sobreviuen, però no es divideixen. Es poden produir espores en algunes espècies.
• Fase de declivi o mort: Les cèl·lules moren per falta d’aliments i condicions desfavorables. La taxa de mort supera la de divisió.

Factors que Afecten el Creixement Bacterià

• Temperatura:
  • Psicròfils: 0–20 °C.
  • Mesòfils: 20–45 °C (p. ex. bacteris patògens humans).
  • Termòfils: 45–80 °C.
  • Hipertermòfils: >80 °C.
• pH:
  • Acidòfils: pH 1–5.
  • Neutròfils: pH ~7 (majoria).
  • Alcalòfils: pH 8–11.
• Disponibilitat d’oxigen:
  • Aerobis estrictes: necessiten O₂.
  • Anaerobis estrictes: l’O₂ és tòxic.
  • Anaerobis facultatius: poden viure amb o sense O₂.
  • Microaeròfils: necessiten poca quantitat d’O₂.
  • Aerotolerants: no utilitzen O₂ però sobreviuen.
• Altres factors: nutrients, aigua, salinitat, pressió.

Espores: Formes de Resistència

• Bacteris grampositius del sòl formen endòspores en condicions adverses.
• Protegeixen el DNA amb una coberta resistent.
• Quan la cèl·lula es lisa, l’endòspora es converteix en exòspora.
• Les exòspores són resistents a temperatura, sequera, radiacions i desinfectants.
• Si milloren les condicions, germinen i tornen a ser actives.
• Exemples de bacteris que formen espores:
  • Clostridium tetani → tètanus.
  • Clostridium botulinum → botulisme.
  • Clostridium perfringens → gangrena gasosa.
  • Bacillus anthracis → carboncle.
• Les espores apareixen en la fase estacionària de la corba de creixement.

Control del Creixement Bacterià

Objectiu: evitar infeccions, conservar aliments o esterilitzar material.

Mètodes Físics

Temperatura Elevada

• Calor sec (forn): esterilitza per oxidació (170 °C, 1 h).
• Calor humit (autoclau): vapor a pressió (121 °C, 15 min) → esterilització.
• Ebullició: destrueix patògens però no espores → no és esterilització.
• Pasteurització: calor moderat (p. ex. 72 °C, 15 s) → redueix patògens, conserva aliments.

Radiacions

• UV: danyen el DNA (desinfecció d’aire, superfícies).
• Ionitzants (raigs X, gamma): esterilitzen material mèdic i aliments.

Filtració

Reté bacteris per mida → útil per a líquids sensibles a la calor.

Dessecació i Congelació

Inhibeixen el creixement però no maten tots els bacteris.

Mètodes Químics

• Antisèptics: s’apliquen a teixits vius (p. ex. alcohol, peròxid d’hidrogen).
• Desinfectants: s’apliquen a superfícies inertes (p. ex. lleixiu).
• Esterilitzants químics: destrueixen tots els microorganismes, incloses les espores.

Antibiòtics (Introducció)

Molècules naturals o sintètiques que inhibeixen el creixement bacterià o el destrueixen. Poden ser bactericides (maten) o bacteriostàtics (inhibeixen).

Antibiòtics i Resistència Bacteriana

Són substàncies naturals o sintètiques que tenen la capacitat de matar o inhibir el creixement de microorganismes (principalment bacteris).

Tipus d’Antibiòtics segons el seu Efecte

• Bactericides: Destrueixen els bacteris.
• Bacteriostàtics: N’inhibeixen el creixement i la multiplicació.

Característiques d’un Bon Antibiòtic

• Especificitat: Actua només contra el microorganisme causant.
• Elevada activitat: Efectiu a concentracions baixes.
• Baixa toxicitat: No ha d’afectar les cèl·lules humanes.

Origen dels Antibiòtics

• Naturals: produïts per fongs o altres bacteris.
• Semisintètics: derivats químicament d’antibiòtics naturals.
• Sintètics: produïts totalment per síntesi química.

Mecanismes d’Acció dels Antibiòtics i Dianes Cel·lulars

Resistència Bacteriana als Antibiòtics

Els bacteris poden resistir l’efecte dels antibiòtics per:

• Resistència natural: Alguns bacteris ja tenen estructures que els fan resistents (ex: bacteris Gramnegatius i glucopèptids).
• Resistència adquirida:
  • Mutacions en gens que codifiquen dianes de l’antibiòtic o enzims que el degraden (ex: β-lactamases).
  • Transferència genètica horitzontal: plasmidis, transducció, transformació.

Antibiograma

Prova de laboratori per determinar si una soca bacteriana és resistent o sensible a un antibiòtic. Es basa en l’observació dels halos d’inhibició.

Bon Ús dels Antibiòtics

• Només s’han de prendre amb prescripció mèdica.
• No serveixen contra virus (els virus no tenen paret cel·lular ni ribosomes).
• Cal seguir la dosi i durada indicades.
• Els sobrants s’han de portar a la farmàcia, no guardar ni llençar.