ENDOSPORA. MICROBIOLOGÍA PDF

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El tema 3 de la asignatura microbiologia impartida por Irene Villaderos....

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TEMA 7. LA ENDOSPORA 1. Generalidades Las endosporas son formas de resistencia especializadas (no reproductiva). Se forman en determinadas bacterias cuando no hay muchos nutrientes en el medio. Estas estructuras les permiten sobrevivir durante largos periodos de tiempo. ▪ Exclusiva de Gram positivas: Bacillus, Clostridium, Sporosarcina. Las gram negativas fabrican una estructura parecida que también se tiñe con la tinción para esporas: Coxiella burnetii. ▪ Contraste de fases y tinción de Wirtz (tinción para esporas). La safranina tiñe la célula vegetativa de rosa. ▪ Solo una endospora por célula. ▪ Importancia clínica en la industria alimentaria, ya que resisten a todos los procesos que se usan para destruir células vegetativas. 1.1. Clasificación según distintos criterios. Según que el diámetro de la espora sea o no mayor que el de la célula vegetativa Esporas deformantes Esporas no deformantes Según la localización de la espora dentro del esporangio (célula madre y endospora): Terminal Subterminal Central

Cuando la endospora está formada, rompe la célula, de manera que muere, y sale de esta. Se queda libre en el ambiente en estado latente, en el cual permanecer años. En determinados momentos por calor o moléculas germinantes como es alanina o inoxida, puede germinar y da lugar a una célula vegetativa.

1.2. Propiedades biológicas Hipometabolia: Poseen la más baja tasa respiratoria de todos los seres vivos. Por ello son capaces de sobrevivir en ausencia de nutrientes durante largos períodos de tiempo. Dormancia: Esta propiedad se refiere al hecho de que la espora tiene una gran inercia a los sustratos exógenos. Resistencia al calor

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2.

Deshidratación Resistencia rayos UV: por la absorción de luz UV por las cubiertas, por el DPC y por acción de las proteínas SASP. Resistencia a agentes químicos: La resistencia de la endospora a agentes como octanol, cloroformo, etc. se debe a la impermeabilidad de las cubiertas. Estructura de la endospora

EXOSPORIO ▪ Parte más externa / carácter taxonómico (no tiene porque estar en todas las especies y, en las que está, presenta diferencias). ▪ Capa membranosa fina. ▪ Proteínas, polisacáridos complejos y lípidos. ▪ Resistente a la acción de enzimas proteolíticas. CUTÍCULA O CUBIERTAS ▪ Cubierta de la espora. ▪ 60% del peso en seco de la espora. ▪ Capas complejas. ▪ Muy resistente. ▪ Composición proteica (aminoácidos azufrados/hidrofóbicos - hidrofobicidad). Endospora insoluble e impermeable que impide la entrada de compuestos químicos, incluyendo sustancias tóxicas. El azufre hace que sea compacta. Tipo queratina. CORTEX ▪ Pared primordial. ▪ Capa más gruesa (refringente electrones). ▪ Peptidoglicano especial con uniones laxas. Composición similar a la de la pared celular – no tan compacto. ▪ Origen: célula vegetativa.

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15% subunidad n-acetil murámico con L-alanina

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30% subunidad n-acetil murámico con el completo, cadena tetrapéptido completa pero los entrecruzamientos son menores. Esto condiciona una estructura más laxa, floja y flexible y su rápida autolisis, durante la germinación de la espora. 55% subunidad murámica unidas a un anillo de lactama y se denomina subunidad lactama murámico. La lactama condiciona una gran resistencia a la lisozima.

La corteza está limitada por la membrana esporal externa, procedente de la invaginación de la membrana citoplásmica de la célula vegetativa madre. Posee una polaridad opuesta a la de la membrana esporal interna. La endospora se diferencia de la cel. vegetal de las estructuras que están desde la pared celular hacia fuera. PARED CELULAR ▪ Estructura muy delgada. ▪ Misma composición que la célula vegetativa de la que procede. PROTOPLASTO DE LA ENDOSPORA El citoplasma de la espora está muy deshidratado. Sus componentes están inmovilizados en una matriz de quelatos de iones Ca++ y ácido dipicolínico. ▪ Membrana plasmática (membrana lipídica sin fluidez) + citoplasma (acidos nucleicos, cromosoma completo condensado y ribosomas) ▪ Moneda energética: 3-fosfoglicerato (3-PG) ▪ pH: 5.5-6.0 ▪ Carece: ATP, ARNm, enzimas biosintéticas, aminoácidos, bases nitrogenadas libres, cofactores reducidos (NADH, CoA) Componentes exclusivos de la endospora: ▪ Ácido dipicolínico. Forma un complejo con el calcio; el dipicolinato de calcio (10% peso seco, exclusivo de las endosporas). Es una reserva de Ca2+. Tiene un papel importante en la desecación del protoplasto. Termorresistencia ▪ Proteínas ácido solubles de la espora (SASPs). El pH dentro de la endospora es mucho más bajo que en la célula bacteriana. Se encarga de proteger el adn, ya que lo condensan y va a hacer que sea resistente a condiciones adversas. También va a servir de fuente de carbono y nitrógeno durante el proceso de germinación (las proteínas se hidrolizan y esos aminoácidos que se desprenden son utilizados).

3.

Diferencias entre célula vegetativas y endosporas

4. Esporulación Provoca una serie de cambios bioquímicos, morfológicos y moleculares en la célula. En condiciones in vitro dura entre 7 y 8 horas. El modelo que vamos a ver es un ejemplo de la bacillus subtilis.

FASE 0: material genético de la célula vegetativa duplicado sin división celular simétrica. La célula pasa a la primera fase del proceso de esporulación. Al final de la fase de crecimiento exponencial. FASE 1. El material genético se condensa en un filamento axial. En vez de iniciarse una división celular simétrica (con septo central), se forman dos espículas de la pared celular cerca de los polos hacia el interior, rodeadas de la correspondiente invaginación de la membrana citoplásmica. Cada espícula está señalando una zona donde se está formando el anillo de FtsZ. Se sintetizan y se liberan al medio antibióticos y varias exoenzimas. Fase 2. Se termina por formar un septo transversal acéntrico, cerca de un polo de la célula, por invaginación de la membrana citoplásmica, y deposición de nuevo peptidoglucano entre las dos membranas adyacentes. Cada nucleoide queda segregado en uno de los dos compartimentos que se han formado: un cromosoma va al compartimento pequeño (compartimento de la preespora); la otra copia del cromosoma va al compartimento grande (célula madre). En esta fase continúa la síntesis de los antibióticos y de las exoenzimas (serina-proteasas, metalo-proteasas, ribonucleasas, a-amilasa, etc). Fase 3. englobamiento del protoplasto y queda como estructura independiente. La célula madre va englobando el protoplasto. Al final queda el protoplasto rodeado por una doble membrana con polaridad invertida. A partir de este momento la síntesis de proteína continua por parte de la cel. madre y se detiene en la pre espora. Fase 4. Se forma el córtex por deposición de peptidoglicano entre las dos membranas de la endospora. Comienza la síntesis de ácido epicolinicio y la acumulacion de cationes calcio. En las bacterias que lo poseen, en esta fase comienza la síntesis del exosporio. Fase 5: entre las 4 y 5 horas del comienzo. Se forma la cutícula por fuera del córtex. Sigue incorporándose calcio. Los quelatos hacen que el protoplasto se vaya deshidratando. Se forman proteínas ácido solubles. Fase 6: maduración de la preespora. Maduración completa del córtex y la cubierta: todas las capas ya están formadas. Cuando acaba ya es una endospora resistente a condiciones adversas. Fase 7: la célula madre se lisa y queda libre la endospora. La lsis es gracias a enzimas líticas llamadas autolisimas. Endospora muy desecada y su protoplasma es casi inmovil lo que le permite aguantar así mucho tiempo.

Las células pueden detener el proceso de esporulación si durante las 4 primeras fases se les suministra el nutriente que estaba limitando y que fue responsable del desencadenamiento (efecto de desbloqueo metabólico). Pero a partir de la fase V el aporte de nutrientes no tiene ya ese efecto inhibidor: el proceso de la esporulación ya es irreversible, y se dice que la célula está comprometida (= obligada) a esporular. Todo este proceso está regulado genéticamente por los genes Spo. Comienza con el spo0A que es un regulador transcripcional imprescindible para que comience el proceso de esporulación. 4.2. Acontecimientos asociados a la esporulación Formación de cuerpos parasporales En la fase 6 y 7 algunas células madres forman cristales o cuerpos parasporales que aparecen en la célula vegetativa (solo una por célula madre). Se han observado en Bacillus thuringiensis, B. popilliae, Clostridium. El significado biológico más probable de este fenómeno es que la producción de cuerpos parasporales sea una variante de la esporulación que evolucionó durante la adaptación de estas bacterias a sus nichos ecológicos, como una manera de asegurar la germinación de las endosporas: la oruga ingiere los cristales junto con las esporas. Los cristales parasporales matan a la oruga, que se pudre. La oruga muerta y en putrefacción aseguraría un entorno adecuado en nutrientes para que se alimentarán y multiplicaran las células vegetativas que surgieran de la germinación de esas esporas. Se puede presentar libre en el citoplasma, o bien englobada en el exosporio de la espora. Están compuestos de la agregación regular de subunidades de una glicoproteína. -

PRODUCCION DE ANTIBIOTICOS

5. Proceso de germinación. ➢ Fase de pre activación La endospora debe tener sus cubiertas alteradas o erosionadas para la germinación. Esto puede ocurrir por la naturaleza o en laboratorio mediante mercaptoetanol. Erosión cubiertas. Naturaleza (envejecimiento); laboratorio (Tª 100ºC, pH ácido, radiaciones ionizantes, sustancias con grupos –SH libres) ➢ Fase de activación. Etapa aún reversible, desencadenada por un agente químico externo (germinante) presente en el medio. Este agente es variable según las especies: iones inorgánicos (Mn2+, Mg2+); L-alanina en B. subtilis; glucosa u otros azúcares; adenina u otras bases nitrogenadas. . Autolisinas. Aumenta su tamaño por entrada de agua. Durante toda esta etapa el metabolismo está aún latente. ➢ Fase de germinación (endógeno). Irreversible. Metabolismo endógeno. Pérdida de DPC (pérdida de calcio que entra al córtex y

neutraliza sus cargas negativas); entrada de agua; SAPS se hidrolizan por acción de una proteasa y los aa resultantes se usan para la síntesis de nuevas proteínas necesarias en este proceso; 3-FG se hidroliza y forma ATP; ARN polimerasa → transcripción de genes vegetativos; pérdida de la refringencia y de la resistencia. Ya se ha hidrolizado exosporio y cortex. Se rompe el estado de dormancia. El metabolismo sigue siendo endógeno (la endospora no depende aún de sust. externas). ➢ Fase de crecimiento (exógeno). Metabolismo exógeno (la espora toma nutrientes del exterior). Formación de la pared celular; síntesis de macromoléculas; crecimiento del protoplasto. La célula vegetativa sale. Síntesis ADN. El protoplasto crece más porque se hincha. Se rompen las capas más externas y se libera el protoplasto al exterior que va a ser la cel vegetativa. 6. OTRAS FORMAS DE RESISTENCIA ▪ Quistes bacterianos (cistos o cistes). Formas de resistencia que se forman por engrosamiento de la pared celular, por deposición de nuevos materiales externamente a la membrana citoplásmica, al mismo tiempo que se acumulan materiales de reserva en el citoplasma. Poseen metabolismo endógeno. Resistentes al calor, desecación y agentes químicos. ▪ Conidiosporas. Características del género Streptomyces. Se forman por tabicación de hifas aéreas. Presentan una pared celular más gruesa; son hidrófobas; resisten calor y desecación. ▪ Acinetos. Formas de reposo que se originan a partir de células vegetativas, por acumulación de nuevas capas de materiales polisacáridos por fuera de la pared celular, y por formación de acúmulos de reserva en el citoplasma. Resisten más que las células vegetativas los períodos de desecación y de congelación, pero no al calor....