Característiques i classificació de les bactèries: morfologia, creixement i fermentacions

Morfologia

Les formes bacterianes es redueixen a 4 formes, si s'agrupen i formen estructures com els diplococs, els estafilococs i estreptococs.

Estructura

Són més simples que les eucariotes però a nivell superficial són més complexes.

Càpsula bacteriana

Present en molts bacteris patògens en els quals la càpsula fa de protector davant dels anticossos. També permeten l'adhesió entre bacteris capsulats.

Paret bacteriana

Coberta rígida per fora de la membrana plasmàtica. El component bàsic és la mureïna, serveix fonamentalment per mantenir la forma. És permeable a les sals i té baix pes molecular.

Membrana plasmàtica

Membrana de tipus unitari sense colesterol. A més, a la membrana se situen nombrosos sistemes enzimàtics que intervenen en la duplicació del DNA, la respiració bacteriana, fotosíntesi bacteriana, assimilació NO3-, NO2-, N2 atmosfèric.

Classificació dels bacteris

La diversitat bacteriana és extremadament complexa i es basa, no només, en les característiques morfològiques, sinó també en la manera de tenyir-se, en formar colònies, en el tipus de nutrició, en la bioquímica, la genètica... A efectes pràctics podem assenyalar que els principals bacteris s'agrupen en:

• Bacteris porpres i verds - Cianobacteris
• Bacteris nitrificants - Bacteris fixadors de nitrogen
• Espiroquetes - Bacteris de l'àcid làctic
• Micoplasmes: són bacteris

Taxa de creixement

Els bacteris es reprodueixen per divisió binària a gran velocitat depenent de l'espècie i de les condicions ambientals. El creixement s'expressa en generacions per hora, i una generació és la duplicació del nombre de bacteris. El temps de generació es defineix com el temps necessari perquè el nombre de bacteris es dupliqui.

Les condicions ambientals inclouen el pH, la composició del medi, la temperatura d'incubació, l'edat del cultiu, etc.

El creixement dels bacteris en un medi líquid és exponencial. La representació segueix una corba en la que es distingeixen les fases següents:

✔ Fase de latència: els bacteris augmenten l'activitat metabòlica; hi ha un increment del RNA.

✔ Fase exponencial: hi ha un creixement accelerat (s'obté el valor més alt de generacions per hora). El nombre de cèl·lules viables és igual al total.

✔ Fase estacionària: és produeix una estabilització ja que el nombre de cèl·lules que es reprodueixen és igual al de les que moren. La raó està en la disminució dels nutrients o bé en l'acumulació de derivats metabòlics com àcids orgànics que dificulten el creixement.

✔ Fase de declivi o mort: en aquesta fase hi ha més morts que nous individus per manca de nutrients...

Ubiqüitat Acidòfils: viuen a pH inferiors a 5. Per exemple, bacteris de l'àcid acètic, bacteris d'aigües àcides de sofre... Alcalòfils: els bacteris de llacs alcalins.

Halòfils: suporten elevades pressions osmòtiques (llocs salins). Psicròfils: bacteris que tenen temperatures òptimes de desenvolupament per sota de 20ºC. Mesòfils: temperatures ideals entre 20ºC i 45ºC. Termòfils: temperatures de creixement entre 55ºC i 80ºC. Hipertermòfils: viuen a temperatures superiors a 80ºC (bacteris de les fumaroles). Aerobis obligats: necessiten oxigen com a acceptor d'electrons. Aerobis facultatius: poden viure en aerobiosi o anaerobiosi. Anaerobis: no poden viure en presència d'oxigen. Baròfils: suporten elevadíssimes pressions (fosses abissals). Extremòfils: algunes espècies com Sulfolobus viuen a temperatures de 80ºC i pH 3.

Cicle del Nitrogen

El nitrogen està disponible pels éssers vius (vegetals) en forma de nitrats al sòl i l'aigua. A l'atmosfera està en forma gasosa (N2).

Els bacteris que participen en el cicle del nitrogen són:

➖ Bacteris desintegradors que fan el procés d'amonificació.

➖ Bacteris nitrificants del sòl: transformen l'amoni en nitrats per una oxidació aeròbica.

➖ Bacteris desnitrificants: fan el procés invers als fixadors de nitrogen.

➖ Bacteris fixadors de nitrogen són capaços d'incorporar-lo a molècules orgàniques.

Fermentacions

Transformacions químiques en què molècules orgàniques són degradades incompletament perquè no hi ha un procés d'oxidació. S'obtenen unes molècules més simples.

➖ L'etanol: És el producte obtingut de la fermentació incompleta de la glucosa per diferents tipus de llevats.

➖ L'àcid làctic: És produït per la fermentació parcial de la lactosa. El medi de cultiu és el sèrum de llet (solució aquosa de lactosa).

➖ Vinagre o àcid acètic: els bacteris del vinagre degraden incompletament l'etanol fins a àcid acètic. És una reacció que necessita oxigen i no és una veritable fermentació. El substrat sol ser el vi, la sidra o una dissolució d'alcohol etílic.

➖ Formatges i iogurts: es dona una fermentació làctica dels glúcids que conté la llet (lactosa).

Bacteris patògens

La majoria de bacteris són innocus per altres éssers vius. N'hi ha que s'han adaptat perfectament a viure amb ells i formen part fonamental de la flora bacteriana que viu a la seva pell o al tracte digestiu. El cos humà està format per bilions de cèl·lules, la majoria d'elles bacteris que no són patògens. On més abundants és a l'intestí gros (es calcula que en cada gram de femtes hi ha uns 10^11 bacteris). Hi ha una minoria que ocasiona malalties. Són els anomenats patògens.

Exotoxines

Proteïnes secretades, solubles i amb molta especificitat per determinats teixits (neurotoxines, enterotoxines). En ser proteïnes indueixen la síntesi d'anticossos. Perden el caràcter tòxic en escalfar-les. Algunes exotoxines tenen efecte fins i tot sense el microorganisme que les produeix. Altres malalties ocasionades per exotoxines són el còlera, la diftèria i el tètanus. Tenen alta toxicitat.

✔ Endotoxines: són molècules estructurals (de tipus lipopolisacàrid) de la membrana de bacteris gramnegatius. Són menys tòxiques però són termoestables.

Mecanismes d'autoduplicació, mutacions i parasexualitat bacteriana

Autoduplicació: Els bacteris tenen divisió binària o bipartició de tipus asexual. Prèviament, es duplica el DNA bacterià i se separen les dues molècules obtingudes. Els dos individus són idèntics. La colònia que creix és clònica. Mutacions: canvis sobtats del genoma que poden ocasionar

Parasexualitat bacteriana: L'intercanvi d'informació amb altres bacteris es fa de tres maneres diferents.

➖ Un bacteri donador transmet DNA per mitjà d'un pel sexual a un altre bacteri anomenat receptor. Els bacteris donadors tenen uns plàsmids especials (factor F, de fertilitat). Els bacteris amb plàsmid F es diuen F+ i els que no tenen, F-. Quan el plàsmid F (que rep el nom d'episoma) recombina amb el DNA del bacteri s'obté un bacteri Hfr (elevada freqüència de recombinació) dona DNA als F-. En aquest cas es transmet el plàsmid F i alguns dels gens adjacents.

➖ Transducció: en aquest cas hi ha un intercanvi accidental a través d'un vector (virus) ja que de manera errònia algun fragment del DNA bacterià és encapsulat a dins de la càpsida del virus.

➖ Transformació: és quan un bacteri introdueix a dins seu fragments de DNA procedents d'altres bacteris que han lisat.

Origen

Com a paràsits cel·lulars obligats, van haver d'aparèixer després de les cèl·lules. Poden procedir de fragments de la informació genètica de cèl·lules que necessitaven altres cèl·lules per multiplicar-se, o de cèl·lules especialitzades que parasitaven altres cèl·lules, que es van anar simplificant i perdent estructures fins esdevenir acel·lulars.

Com infecten els virus?

La majoria només poden infectar un tipus molt específic de cèl·lules.

Fases:

✔ Fixació o adsorció: Les proteïnes de la càpsida o de l'embolcall del virus reconeixen unes proteïnes a la superfície de les cèl·lules que infecten i s'hi uneixen.

✔ Penetració: Els bacteriòfags injecten l'àcid nucleic al bacteri. Els virus sense embolcall solen entrar per endocitosi mitjançada per receptor. Els virus amb embolcall poden fondre'l amb la membrana plasmàtica de la cèl·lula.

✔ Replicació del genoma viral.

✔ Expressió del genoma viral. Si és DNA, es transcriu a RNA. Si és RNA, pot traduir-se directament o retrotranscriure's primer a DNA (retrovirus, com el de la SIDA). Així, utilitzant els ribosomes i els enzims cel·lulars, sintetitzen totes les proteïnes de la càpsida.

✔ Acoblament dels elements dels nous virions.

✔ Alliberament dels nous virions.

Pot donar-se per diversos mecanismes:

o Lític: Els bacteriòfags poden portar informació per produir enzims que destrueixen la paret cel·lular: la cèl·lula mor i els fags (centenars o milers) queden lliures tots alhora.

o Lisogènic: alguns bacteriòfags integren el seu DNA al del bacteri formant el profag.

Procés de retrotranscripció i comparació amb el procés general de transcripció, traducció i replicació.

El procés de retrotranscripció és dut a terme per l'enzim transcriptasa inversa o retrotranscriptasa, que és del tipus DNA-polimerasa que transcriu el RNA monocatenari a DNA monocatenari. També participa en la formació de una segona cadena de DNA.

Antibiòtics

Mecanisme: Els antibiòtics actuen de diverses maneres sobre els bacteris. Però de manera general poden ser d'acció bactericida o d'acció bacteriostàtica.

✔ Bactericides: Tenen una acció letal i irreversible. És el cas de Fosfomicina, Vancomicina, B lactàmics, Rifampicina.

✔ Bacteriostàtics: Inhibeixen el creixement. No maten els bacteris. Les defenses del cos s'encarreguen d'eliminar-los. Són exemples: Tetraciclines Cloramfenicol, Sulfonamides, Clindamicina, Macròlids.

La resistència als antibiòtics com a procés evolutiu

Els mecanismes de resistència poden ser:

✔ Produir enzims que inactiven l'antibiòtic

✔ Canvi de permeabilitat de membrana. L'antibiòtic no pot travessar.

✔ Modificació del receptor o blanc sobre el que actua l'antibiòtic.