Resumen - Fisiologia Bacteriana PDF

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Clase InauguralMicrobiología: Ciencia que estudia formas microscópicas de vida, en la fisiología bacteriana se estudia la naturaleza (estructuras funciones, metabolitos) de los microbios.Origen de la vida celular → 3 Mil millones de años atrás, luego la tierra es lentamente oxigenadaHito de la Micro...

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Clase Inaugural Microbiología Microbiología:: Ciencia que estudia formas microscópicas de vida, en la fisiología bacteriana se estudia la naturaleza (estructuras funciones, metabolitos) de los microbios. Origen de la vida celular → 3.8 Mil millones de años atrás, luego la tierra es lentamente oxigenada Hito de la Mi Microbiologia crobiologia → SI ENTRAN

Demolición de la teoría de creación espontanea (Hito de la microbiología) Pasteur propone que los microorganismos de la materia putrefacta proceden de células que llegaron por el aire o de células que habían estado en el material en descomposición desde el principio. Y si se destruye todos los MO presentes en la materia y se protegen de la contaminación no se pudrirían. Esto lo provo mediante el uso de un matraz de cuello de cis cisne ne ne, donde primero un liquido no esteril se esteriliza por calor y el cuello de cisne del matraz evita que entre en contacto los MO con el material esterilizado en su interior. Quedando así el liquido estéril de manera indefinida.

Vacunas Individuos inmunes a un agente infeccioso no transmisible, al no enfermarse impiden la transmisión del mismo. Entre mas individuos inmunes, menor la incidencia del patógeno en la comunidad. Así la inmunidad de masas masas, protege a los inmunológicamente débiles como a los no inmunizados, y es más efectiva cuando los individuos más inmunológicamente competentes están vacunados contra el mismo.

Clasificación de seres vivos Taxón: Grupo de organismos que están en un nivel determinado en un esquema de clasificación taxonomía (especie, genero, etc.). Esta clasificación se vuelve mas complicada en organismos que carecen de reproducción sexual. 12345678-

Dominio Reino Filo (división) Clase Orden Familia Género Especie

Sistema Binomial Los organismos son clasificados por: Genero Especie (Organismos que se pueden reproducir entre si y producen una progenie viable [fertil] [fertil]). Además pueden existir sub subespecies especies que se pueden reproducir entre si. Formadas por el proceso de evolución. En un momento puede ocurrir dos organismos de una misma especie no se reproduzcan entre sí debido a un proceso d de e especiación especiación.. Se pueden formar Hibridos que por lo general son esteriles

Proceso de especiación Darwin propone que ocurre por una barrera física que lo separan evitando que se reproduzcan y se especian especian. Base molecul molecular ar de la especiaci especiación: ón: Debido a la separación por algún tipo de barrera el nº de mutaciones que se acumula en los organismos separados en diferente, y en un momento no puede ocurrir mas el apareamiento entre los cromosomas homólogos y se produce la esp especiación eciación eciación. (No se pueden reproducir más entre sí)

¿Cómo se asegura la continuidad de una determinada especie? Esta asegurada por ba barreras rreras p pre re y post cig cigóticas óticas inter inter-especies -especies como: • Sinapsis • Apareamiento de cromosomas homólogos paternos y maternos al principio de la meiosis Y esto define una población de una especie especie. El concepto biológico de especies esta basado en un flujo de genes restringido a individuos de una MISMA ESPCIE

Especie Microbiana La reproducción de los microbios es a sex sexual ual y la variación genética ocurre en gran parte por transferencia horizontal de ge genes nes (THG)

Taxonomia Numerica Se agrupa por car caracteres acteres fenotí fenotípicos: picos: • Ensayos bioquímicos (Pruebas metabólicas) • Marcadores Químicos (AGs de membrana) • Etc. Luego se agrupan los mismos en base a un coe coeficiente ficiente de similitud → Generando un Fenograma Por ejemplo pongo un limite donde digo que arriba de 85% de pruebas iguales son de la misma especie, pero a veces es insuficiente y puedo más pruebas metabólicas para poder determinar con mas seguridad si son o no de la misma especie. Puedo hacer además una comparación de proteínas ribosomales por MALDIALDI-TOF TOF

Taxonomía Molecular (16S): Secuenciación de genes individuales definidos como cronómetr cronómetros os moleculares (16S ARNr), esta información permite la construcción de clad cladogramas ogramas y a su vez de Ar Arboles boles filogen filogenéticos éticos éticos.. Un buen cronometro molecular es el 16S porque tiene un tamaño adecuado y esta presente en todo los organismos (en procariota el 16S y en eucariota se puede encontrar los fragmentos que pertenecieron al 16S originalmente y compararlos entre ellos) y por lo general NO est estaa sujeto a THG y cumple la misma función en todos los organismos.

¿Sirve el 16S para estudio de organismos muy cercanos evolutivamente? No No, debido a que se encuentra ALTAMENTE CONSERVADA (ya que muchas mutaciones son letales), en secuencia y función por lo que no permite distinguir organismos muy cercanos evolutivamente. En el árbol de la vida obtenido por 16S/18S se obtienen 3 dominios, Bacteria y Archea (procariotas) y Eucariotas. Que divergen en un punto, teniendo un ancestro en común → LUCA Dentro de eucariota, el reino protista es polifilog polifilogenetico enetico y el resto son mo monofiloge nofiloge nofilogeneticos neticos La biología representa estas inferencias a nivel evolución, en diferencias a nivel de pared, MP y RNA Polimerasa.

Concepto actual de especie microbiana La espec especie ie se define ccomo: omo: una población de aislamientos derivada de un ancestro común en el cual la diversidad genética debida a recombinación permite: • Un grado de DDH (Hibridación ADN/ARN) es mayor al 70% en condiciones estandarizadas • La identidad del 16s ARNr es mayor al 98.7% • Existe consistencia fenotípica

Definicion de cronometro molecular “Macromoleculas relacionadas (genes o proteínas) que llevan a cabo la misma función en diferentes organismos (orotologos) y en las cuales la mayoria de las mutaciones son selectivamente neutras. Dichos cambios pueden ser asi utilizados para medir la distancia evolutiva relativa entre organismos desde que los mismos se separaron de un ancetros común. ¿Cómo se define la similitud entre moléculas – Cronometros moleculares? • Retención de caracteres ancestrales (útil para alineamientos) • Emergencia de caracteres nuevos en distintas líneas evolutivas (utiol para construir relaciones filogenéticas) • Homoplasias (convergencias, paralelismos, reversiones, duplicaciones, THG/Recombinación (causa de problemas) Como un árbol derivado de un gen puede reflejar la historia evolutiva del mismo y de los organismos un árbol derivado de un gen puede reflejar la historia evolutiva del mismo y de los organismos si las secuencias son or ortologas tologas , no representan paralogos retenidos durante eventos de duplicación y no han sufrido eventos disruptivos, luego de la especiación (ejemplo, recombinaci ecombinación ón)

Concepto de cronometro moleculares, teoría de Kimura: El índice de divergencia entre 2 secuencias de AAc o de genes con idéntica función en diferentes organismos es proporcional al tiempo de separación de un ancestro común → Cronometro ronometross moleculares A medida que dos organismos se separan, sus MM acumulan mayor nº de mutaciones y según la cantidad de mutaciones entre los dos puedo estimar cuando divergieron y además se puede utiliza un % de identidad entre las secuencias de estos dos organismos y decir que pertenecen o no a una misma especie. Teoría neutralista de Kimura → La mayoría de las mutaciones acumuladas en MM, son neutras neutras. Si tuviesen efecto fenotípico, las moléculas evolucionarían de manera distinta y no cumplirían la misma función. Esto se obtuvo a partir de estudios de mutacion de Hb de organismos que tienen registros fosiles. La Hb en estos organismos tienen diferentes secuencias pero poseen la misma función, este nº de mutaciones es proporcional al tiempo de cuando la especies se separaron (esto lo se por el registro fosil) y ya que la función se conserva las mutaciones deben ser en su mayoría neutra.

Arboles cuando hay THG El cronometro molecular puede intercambiarse cuando hay THG y entonces tengo que buscar otros cronómetros moleculares o empezar a encontrar herramientas que estos organismos tuvieron THG. 16s no tiene THG

Taxonomía Polifásica: • Usa datos genotípicos y fenotípicos o Composición G/C o Hibridación ADN o Secuenciación de ARNr 16S o Marcador químicos o Electroforesis de proteínas o Serología o Etc.

Necesidades de clasificar especies microbiana Salud, industrial, biotecnología, • • • • • •

Identificar y reconocer patógenos Patentar microbios Definir cepas tipos Control de calidad Evaluación de riesgos Etc.

Ciencia Omicas La secuenciación dio origen a las ciencias omicas donde se estudian la totalidad o el conjunto de una determinada molécula de un organismo.

Genómica 1- Aisló diversos ADN de un ambiente determinado 2- Puedo secuenciar por métodos de secuenciación de pequeños fragmentos (mas exacta) y largos (mas fácil de ordenar) 3- Genero un genoma ordenando los fragmentos 4- Puedo hacer esto para los diversos genomas y ver cuantos MO hay en este ambiente 5- Puedo construir un árbol filogenético sin cultivar

Genes Core y Genes Periferico Los genes core son aquellos genes que se encuentran en todos los miembros de un taxón en estudio (por ejemplo, genero). El resto de genes, es denominado genes pe periféricos riféricos (o flexibles), suelen ser mayor cantidad que los cores y solo se encuentran en un subconjunto del taxón en estudio. Esto permite distinguir un aislamiento de otro, aún, dentro de una misma especie. Esta sujeto a THG y permite la adaptación a diversos ecosistemas. Genes Core + Perifericos → Pangenoma

ANI Para un DDH de 70%, el ANI correspondiente a los genes ortólogos o a fragmentos de 1200pb del genoma, es del 94-95%. Esto permite a partir de la secuencia de genomas determinar la especie bacteriana. Esto puede hacerse para los genes core o para todos los genes, en conjunto al analiis del 16S.

Clase generalidades microbiología Microbiologia → Ciencia que estudia MOs Tipos celulares (2) Procariota

Dominios (3) Archea Bacteria

Reinos (5) Monera

Eucariota

Eukarya

Protista Fungi Animalia Plantae

ESTUDIADOS POR LA MICROBIO MICROBIOLOGIA LOGIA

Diferencia Eucariota y Procariota Procariota Eucariota Suele ser mas morfológicamente simple Suelen ser más complejos y de mayor tamaño Carecen de estructuras delimitadas por Tienen núcleo delimitado por membrana denominadas (orgánulos) membrana. Poseen organelas En general carecen de núcleo delimitado por membrana Incluye Bacteria y Archea (no están tan Incluye Protist Protista, a, Fu Fungi ngi ngi, Animalia, Plantae relacionadas evolutivamente estos 2 reinos) Ribosoma 80s • Ribosoma mas pequeño (70S) Característica Membrana Nuclear ADN Cromosomas Mitocondria y Cloroplastos

Eucariota Presente Lineal unido a histonas Multiples Presentes con ribosomas 70s. Cloroplastos (plantas)

Ribosoma Pared Celular

80S (60+40S) De celulosa

Nucleolos Sistema endomembranas

Procariotas Ausente Desnudo y Circular Unico Ausentes, las funciones correspondientes ocurren en citoplasa 70S (50 + 30S) De peptidoglucano o pared arqueas Ausentes de Ausentes

Presente Presentes

Organo locomoción

de Flagelos

Cilios y Flagelos

Características células procariota • Organismos unicelulares, por lo general, mas pequeños que los eucariotas y mas simples • Por lo general cromosomas circular y único (en algunos casos hay más de uno y lineal) o No esta asociado a histonas o Puede asociarse a proteínas no histonas • Carecen de orgánulos envueltos en membrana, pero posee cierto grado de organización • Citoplasma pobre en organelas, citoesqueletos de fibras similares a la actina indispensables para forma celular • MC sin esteroles • PC presente conteniendo un polilip polilipolisacarido olisacarido co complejo mplejo en la mayoría de las b acterias • Flagelo simple compuesto de pocas proteínas • Se divide por fisi fision on binaria → Se duplica el ADN y se divide la célula en dos • Recombinación Sexual (Transferencia de ADN) • Ribosoma mas pequeño (70S) • Glicocalix presente como capsula o como capa mucosa o Capa de poliscaridos que recubre al MO y que no esta unido covalentemente a ella.

o

Eubacterias. Ejemplos Las eubacterias → DOMIN DOMINIO IO DE LAS BACTER BACTERIAS IAS Algunos ejemplos: Bacterias Fijadoras del Nitrogeno, Espiroquetas, Ciano Bacterias, Bacterias Verdes y Purpuras, Espiroquetas, Bacterias del Acido Lactico, Micoplasmas, Bacterias Nitrificantes, EnteroBacterias Son la mayoría de las bacterias conocidas. Grupo amplio con varias ramas evolutivas, y gran capacidad adaptativa

Características células eucariotas • • • • • • • • • • •

Membrana nuclear presente, verdadero núcleo y nucleoide Ribosomas 80S Presenta Organelas No suelen tener PC y si poseen es simple de Celulosa o quitina Por lo general las células que carecen de PC, no poseen Glico Glicocalix calix Dotación diploide, multiples cromosomas cromosomas lineales, asociados a his histonas tonas Ribosomas Grandes (80s) Membrana celular con esteroles y carbohidratos Flagelo complejo formado por mi microtúbul crotúbul crotúbulos os Division Celular: Mit Mitosis osis Recombinación Sexual → Meiosis

Arqueas (Arqueobacterias), Caracteristicas Basicas Antes estaban clasificadas como bacterias, sin embargo, luego se estudio el 16S y su metabolismo y se distinguió de las bacterias. Organismos un unicelulares icelulares icelulares, procariotas, ADN Circular, Ribosomas 70S, toman forma de bacilos, coco y hélices, sin embargo, presentan diferentes características que las coloca en un dominio diferente a las bacterias: • Presentan diferentes vias metabólicas y genes • Transcripción y Traducción mas similar a eucariota (están mas cerca evolutivamente) o Codon Iniciador Metionina (Bacteria es formil metionina) o Ribosoma 70S (como bacteria) o Caja TATA (Como eucariota) • ARNt y ARNr diferentes a eubacteria • Pared bacteriana sin péptido glicano → Poseen ps pseudomurina eudomurina • Membrana citoplasmática con lípidos diferentes con enlaces eter o Isoprenoides ramificados unidos por unión eter al glicerol • Poseen intrones en tRNA (Las bacterias NO) • En su mayoría anaerobia, MC sin AG, PC sin peptidoglucanos. • Habitan en Ambientes Extre Extremos: mos:

o Metanogenos (Methanobacterium) o Halofilos Extremos (Halobacterium y Halococcus) o Termofilos Extremos (Thermoplasma Acidophilus) metanogénicas procariotas que producen metano (MethanoBacterium) halofilas extremas viven en regiones con muy alta concentración de sal (NaCl); requieren una concentración de al menos 10% de cloruro de sodio para su crecimiento (Halobacterium y Halococcus) extremas ((hiper) hiper) termófilas viven a temperaturas muy altas. (Thermoplasma Acidophilus)

Diferencias entre arqueas, bacterias y eucariotas

Los microorganismos Forman el microbioma de la tierra, son la forma mas antigua de vida, el oxigeno en la tierra existe debido a la presencia de MOs. Los MO pueden utilizar diferentes fuentes de carbonos y de energía, permitiendo encontrarse en multiples hábitats. Los conjuntos de poblaciones de MOs son denominados → comuni comunidades dades microbianas microbianas, donde diferentes poblaciones interactúan entre sí, si es beneficioso se denomina simbiosis.

¿Qué es ecosistema? Los ec ecosist osist osistemas emas son la suma de los organismos vivos + componentes fisicos y químicos de su entorno. La ecología microbiana, es el estudio de los MOs en su ambiente natural. ciclos bi La interacción de los MOs con el ambiente es esencial para los ciclos bioquímicos oquímicos , esenciales para la continuidad de la vida en la tierra. Como el del azufre, el carbono, hidrogeno, oxigeno y azufre. La mayoría de las bacterias NO son cultivables y se conoce solo del 1 al 5% de las especies microbianas existentes.

Microbiota y Microbioma En el cuerpo humano también existe un ecosistema de bacterias denominado micr microbiota obiota , algunos son nativos y otros introducidos y se encuentran en las cavidades nasales, orales, en el sistema gastrointestinal, en la piel y en el sistema urogenital. Los genomas asociados a la microbiota son el microbioma microbioma, el cual es único para cada individuo.

Papeles de la flora microbiana En la flora existen MO de los 3 dominios, se encuentran involucrados en: • • • • •

Sintesis y excreción de vitaminas (K y B12) Prevención de la colonización por patógenos Antagonismo de otras bacterias Estimulo de desarrollo de ciertos tejidos Estimulo de producción de anticuerpo

Se estudiaron, para esto los efectos de la falta de microbiotas en ratones esteriles. La microbiota cambia con la alimentación. La alteración de la microbiota puede estar asociado a enfermedades

Aplicaciones de la microbiología La micro microbiología biología es necesaria para comprender los procesos vitales básicos de los MO (morfología, fisiología y genética) y luego aplicarlos para beneficios humanos (en medicina, biotecnología agrícola, veterinaria, alimentos, ambiental, etc)

Características de los seres vivos La célula es la unidad estructural y funcional básica de todos los seres vivos TODOS • Compartimentalización y metabolismo • Reproducción • Evolución Algunas • Movimiento • Diferenciación • Comunicación

Técnicas empleadas para el estudio de MO

1- Observación de MOs → Microscopia 2- Cultivo e identificación a. Aislado → La mayoría de las bacterias no pueden cultivarse b. Diseño de medio de cultivo

Observación de los MO Tamaño de procariotas Por lo genera, más pequeñas que eu eucariotas cariotas , pero existen bacterias: • •

Gigantes → >0.5mm Enanas →...