Conceptes Essencials de Microbiologia, Virologia i Immunologia

Conceptes Clau de Microbiologia i Virologia

Morfologia i Classificació Bacteriana

• Bacil: Forma allargada d'un bacteri.
• Heteròtrof: Bacteri que es nodreix consumint matèria orgànica.
• Flagel·lat: Organisme que disposa de flagel.
• Bacteri anaerobi facultatiu: Pot viure tant en un medi amb oxigen com sense.
• Bacteri mòbil flagel·lat: Pot desplaçar-se pel medi gràcies a un flagel.

Tipus de Paret Bacteriana (Tinció de Gram)

• Gramnegatiu: Paret bacteriana de peptidoglicà i membrana externa lipídica. No queda tenyida de color blau.
• Grampositiu: Membrana plasmàtica de fosfolípids i proteïnes, al voltant de la qual hi ha una paret bacteriana formada per una capa gruixuda de mureïna.

Mecanismes Genètics Bacterians

Transferència Genètica Horitzontal

Mecanismes pels quals els bacteris intercanvien material genètic sense reproducció:

• Transformació: Els bacteris capten ADN lliure del medi.
• Conjugació: Transferència de DNA (d'un plasmidi o regió d'un cromosoma) d'una cèl·lula donadora a una altra receptora mitjançant la formació d'un agregat entre ambdues cèl·lules.
• Transducció: Transferència de DNA des d'una cèl·lula a una altra, utilitzant un bacteriòfag com a vehicle transmissor.

Reproducció i Estructures

• Tipus de reproducció: Asexual (bipartició). Replica el seu ADN i es divideix en dos bacteris, cadascun amb un cromosoma.
• Fímbries: Formades per proteïnes.
• Plasmidis: Formats per DNA.

Nutrició i Sensibilitat a Antibiòtics

Els bacteris són procariotes:

• Heteròtrof: Obtenen carboni a partir de molècules orgàniques.
• Quimiòtrof: Obtenen energia a partir de reaccions d'oxidació de compostos químics.

La penicil·lina impedeix la síntesi de la mureïna de la paret cel·lular bacteriana. No afecta les cèl·lules humanes perquè aquestes no tenen paret cel·lular amb mureïna. Altres antibiòtics inhibeixen la traducció (a nivell dels ribosomes); no afecten les cèl·lules humanes perquè els seus ribosomes són diferents dels bacterians.

Virologia: Estructura i Cicles Virals

Components del VIH (Virus de la Immunodeficiència Humana)

• Complex glicoproteic de l'embolcall: Facilita l'entrada del virus a la cèl·lula.
• ARN: Conté la informació genètica del virus.
• Transcriptasa inversa: Permet fer una còpia de l'ARN víric en DNA.
• Integrasa: Integra el DNA víric en el genoma de la cèl·lula hoste.

El VIH fabrica les seves proteïnes utilitzant els ribosomes de la cèl·lula hoste.

Agents Infecciosos No Cel·lulars

• Prió: Agent infecciós format per proteïnes amb un mal plegament en la seva estructura secundària.
• Altres agents: Virus i viroides.

Cicles de Reproducció Viral

• Cicle Lític (Característiques): Síntesi de proteïnes i de material genètic del virus, seguida de la sortida dels nous virus (causant la lisi de la cèl·lula). La toxina Shiga s'associa al cicle lític, ja que és quan té lloc la síntesi de proteïnes.
• Cicle Lisogènic: No es formen nous virus i el bacteri no mor. El DNA del fag s'insereix al DNA bacterià i es propaga amb la reproducció del bacteri.

Procés d'Infecció d'un Retrovirus (Exemple VIH)

1. Contacte del retrovirus amb la membrana cel·lular.
2. La càpsida penetra a l'interior.
3. Alliberament de l'ARN viral.
4. L'ARN viral es retrotranscriu a ADN.
5. S'integra al nucli o recombina l'ADN.

Cicle del Virus de la PPA (Pesta Porcina Africana) - Cicle Lític

1. Penetració: El virus entra per fagocitosi o endocitosi.
2. Maduració: S'encapsida el material genètic.
3. Alliberament: Sortida dels nous virus.

Fagoteràpia (Cicle d'un Bacteriòfag)

1. Adsorció: El virus s'adhereix a la membrana, paret cel·lular o superfície del bacteri.
2. Penetració: Entrada de l'ADN dins la cèl·lula.
3. Síntesi: Procés de còpia de l'ADN del virus i síntesi de proteïnes víriques.
4. Maduració: Encaix dels components del virus.
5. Alliberament: Sortida de la cèl·lula hoste.

Resposta Immunitària i Components

Definicions Clau

• Anticòs: Proteïnes sintetitzades per cèl·lules del sistema immunitari que s'uneixen específicament als antígens, neutralitzant els microorganismes patògens que els presenten.
• Autoimmune: El propi cos destrueix el seu teixit conjuntiu sa.
• Reacció inflamatòria: Resposta immunitària inespecífica (innata).

Components de la Resposta Innata

• Sistema del complement: Proteïnes presents a la sang que realitzen una reacció en cascada (resposta immune innata, ràpida i eficaç). Forma porus a les membranes i provoca la lisi de la cèl·lula, a més de produir resposta inflamatòria.
• Mastòcits: Es troben al teixit conjuntiu. Segreguen histamina i serotonina, provocant la vasodilatació.
• Histamina: Provoca la inflamació o vasodilatació, desencadenada per un agent infecciós o antigen. Produïda per mastòcits o basòfils.
• Neutròfils: Fagociten bacteris o restes de cèl·lules.

Resposta Immune Primària (Adaptativa)

Seqüència d'esdeveniments davant d'una primera infecció:

1. Els macròfags fagociten el virus.
2. Els limfòcits T helpers reconeixen els antígens i s'activen.
3. Avisen els limfòcits B, que es multiplicaran.
4. Una part dels limfòcits B es convertiran en cèl·lules de memòria per a pròximes infeccions.
5. També s'activen els limfòcits T citotòxics per destruir cèl·lules infectades.

Biotecnologia i Tècniques d'Anàlisi

Tècniques de Biologia Molecular

• PCR (Reacció en Cadena de la Polimerasa): Detecta la presència de material genètic del bacteri i l'amplifica. Un resultat positiu indica que s'ha amplificat el material genètic amb l'ús de primers.
• Enzim de restricció: Talla l'ADN per un lloc específic.
• Funció de les lligases: Uneix els fragments (inserit i vector).
• Primers (encebadors): Són complementaris a seqüències d'ADN diferents per a cada espècie.
• Entitats biològiques que utilitzen transcriptasa: Retrovirus (VIH, SIDA).

Obtenció de DNA Recombinant

Procés per obtenir un plasmidi recombinant:

1. Aïllar el gen d'interès i tallar-lo (amb enzim de restricció).
2. Aïllar el plasmidi del bacteri i tallar-lo (amb enzim de restricció).
3. Unir els fragments amb les lligases.

Exemple d'obtenció de DNA recombinant per a teràpia gènica: Aïllar el DNA del virus, extreure el gen MTM1 normal, tallar el gen i el DNA del virus amb enzims de restricció, i unir amb lligases el gen MTM1 amb el DNA del virus.

CRISPR-Cas i Immunitat Bacteriana

El cicle lisogènic és un mecanisme d'infecció d'alguns bacteriòfags. El sistema CRISPR-Cas dels bacteris reconeix el DNA del fag i el talla, alterant la informació genètica de l'agent infecciós i eliminant la seva capacitat reproductiva i infectiva.

Aplicació de CRISPR-Cas en Teràpia Gènica

El sistema CRISPR-Cas reconeixerà, mitjançant l'ARN-guia específic, la seqüència de DNA del gen defectuós on hi ha la mutació. La proteïna Cas9 tallarà les seqüències d'abans i de després del gen. Tot seguit, el DNA recombinant del gen sense la mutació s'inserirà al fragment tallat, substituint el gen defectuós.

Genètica i Herència

Metabolisme de l'alcohol: Es considera un cas d'herència intermèdia, ja que hi ha tres fenotips i els heterozigots (amb un al·lel normal i un mutat) presenten una mica d'activitat enzimàtica, però menys que els homozigots normals i més que els homozigots amb els dos al·lels mutats.

Anàlisi de Casos i Experiments

Anàlisi de la Resistència (Cas 2002)

L'any 2002, el bacteri Enterococcus (donant) va establir contacte amb S. aureus (receptor). El donant va fer una còpia del seu ADN que contenia el gen vanA i el va transferir (conjugació). El receptor va incorporar el gen vanA i, per tant, va esdevenir resistent a la vancomicina.

Anàlisi d'Imatges Bacterianes

Dues imatges de bacteris:

• Esquerra (S. aureus): Forma esfèrica (coc) i mida (0,5-1,5 micròmetres). Bacteri Grampositiu (membrana plasmàtica i capa gruixuda de peptidoglicà).
• Dreta (T. pallidum): Forma allargada i enrotllada helicoidalment (espiroqueta). Mida entre 5 i 20 micròmetres de llargada. Bacteri Gramnegatiu (membrana plasmàtica, capa de peptidoglicà i membrana externa).

Test de Sensibilitat a Antibiòtics (Placa Petri)

En una placa Petri, la sensibilitat s'avalua per l'halo d'inhibició:

• Resistent: Antibiòtics 2, 4, 5, 7.
• Sensible: Antibiòtics 1, 3, 6, 8.

L'antibiòtic 3 és el més eficaç perquè ha fet l'halo d'inhibició més gran (el bacteri és més sensible a aquest). T. pallidum és anaerobi (necessita oxigen per viure), mentre que S. aureus és anaerobi facultatiu i pot viure sense oxigen. Per tant, S. aureus podria viure en un cultiu sense oxigen.

Experiment de Transformació (Flascó D)

El bacteri incorpora ADN del medi (provinent de bacteris morts). L'ADN conté el gen de la resistència, s'incorpora a l'ADN bacterià i el bacteri expressa el gen resistent.