Taxonomía Microbiana

La taxonomía es la ciencia de la clasificación biológica. Se divide en tres ramas:

• Clasificación: Estructura y organización de los organismos en grupos o taxones según sus similitudes o parentesco evolutivo.
• Identificación: Determinación de que un organismo determinado pertenece a un taxón reconocido.
• Nomenclatura: Asignación de nombres a los grupos taxonómicos de acuerdo con normas publicadas (se utiliza el sistema binomial: género y especie, por ejemplo, Bacillus subtilis).

Bacterias

• Procariotas unicelulares con pared celular que contiene peptidoglicano (proteobacterias, espiroquetas, cianobacterias, flavobacterias, Gram (+)).
• Rango taxonómico: dominio, filo, clase, orden, familia, género, especie, subespecie.
• Divisiones: 1) Gracilicutes, 2) Firmicutes, 3) Tenericutes, 4) Mendosicutes.

Arqueas

• Procariotas unicelulares con pared celular que no contiene peptidoglicano (halobacterias, metanosarcinas, termoplasmas).
• La mayoría son anaerobias, viven en ambientes extremos.
• Se subdividen en tres reinos: Crenarchaeota, Euryarchota y Korarcheota.

Eucariotas

• Todos los eucariotas (animales, plantas, hongos, ciliados, flagelados).
• Ejemplo: Clasificación de hongos: Filo: zigomicetos, ascomicetos, basidiomicetos, deuteromicetos.

Enfoques de Clasificación

Clásico

• Llamado así porque se ha utilizado durante más de 100 años.
• Es cualitativo y no sistemático, pero resulta útil para algunos grupos de bacterias.
• Se determinan características de diferentes maneras y esas características se utilizan luego en la separación de los grupos.

Genético o Molecular

• Tiene como objetivo determinar el grado de relación genética entre diferentes organismos.
• Este enfoque implica estudios diseñados para demostrar directa o indirectamente que las secuencias de bases del ADN de dos organismos son similares o idénticas, lo que puede hacerse de varias maneras: a) composición de bases del ADN o del ARN r, b) hibridación y homología de ácidos nucleicos, c) homología entre proteínas, d) recombinación genética.

Métodos de Identificación

Claves Dicotómicas

• Se basan en preguntas sucesivas, y cada pregunta tiene dos posibles respuestas.
• Después de responder una pregunta, el investigador se dirige a otra pregunta hasta que se identifica el organismo.

Cladogramas

• Mapas o diagramas que muestran relaciones evolutivas entre organismos, basados principalmente en la secuenciación del ARN ribosómico.

Biosíntesis de Proteínas

• Ocurre en los ribosomas.
• Transcripción: Proceso por el cual se sintetiza ARN a partir de un molde de ADN. Una enzima llamada ARN polimerasa se encarga de separar las dos cadenas del ADN y unir los nucleótidos del ARN entre sí en la dirección 5′ a 3′. En este proceso existe un promotor que define el punto exacto de inicio de la transcripción y la dirección que debe seguir la ARN polimerasa.

Etapas:

• Inicio: En procariotas, la ARN polimerasa reconoce y se une al promotor.

• Elongación: La ARN polimerasa se mueve a lo largo del ADN y va desenrollando la doble hélice. Las bases del ADN quedan expuestas para ser apareadas con los nucleótidos del ARN en el extremo 3′; se une a la subunidad mayor del ribosoma y se forma el complejo ribosomal o activo; el primer codón que se traduce es AUG que corresponde a formilmetionina en procariotas.

• Terminación: La transcripción avanza hasta que una secuencia de terminación (señal de terminación) hace que la poli se desprenda del ADN y libere el transcripto que se encuentra disponible para su uso como ARN m.

• En eucariotas: cada gen se transcribe por separado en una molécula de ARNm; 3 tipos de ARN polimerasas; regulación por factores de transcripción.

• En procariotas: los genes se transcriben en una única cadena de ARNm; 1 tipo de ARNp; inicio: ARNp + promotor.

Traducción

• Proceso anabólico mediante el cual se forman las proteínas a partir de los aminoácidos; es el paso siguiente a la transcripción; los tripletes que codifican aminoácidos se llaman codones; el ADN procariota se organiza en paquetes coherentes llamados operones, en los cuales se encuentran los genes para funciones relacionadas; la transcripción se detiene colocando un obstáculo entre el promotor y los genes, este es un operador.

Operón consiste en:

• 1 Operador: controla el acceso de la ARNp al promotor.
• 2 Promotor: ARNp reconoce el sitio de inicio de la transcripción.
• 3 Gen regulador: controla el tiempo y la velocidad de transcripción de otros genes.
• 4 Gen estructural: codifican las enzimas relacionadas o proteínas estructurales.

Etapas:

Iniciacion: en procariontes, el arn polimerasa reconoc y c une al promotor; 

Elongacion: Arn poli c muev a lo largo del adn y va dsenrrollan2 la 2ble helic. Las bases dl adn qdan expuestas pa ser apareadas con los nucleoti2 dl arn en el extremo 3; Terminacion: la transc avanza hasta 1 secuencia d trminacion (señal d terminacion) hacien2 q la poli c dspegue dl adn y libere lo transcripto q c halla disponible pa su uso como ARN m. En euca: cad gen c transcrib x separa2 en 1 molec ARNm; 3 tipos d arn polimerasas; regulacion x fac d transcripcion. En proca: los genes c transcribn en 1 unik cadna d ARNm; 1 tipo d ARNp; inicio: ARNp + promotor. Traducc: proceso anabolic mediant el cual c forman las prot a partir d los aa; es el paso sig a la transcrip; los triplets q codifikn aa c llaman codones; el adn prokriota c organiza en paqtes coherents llama2 operones, en los cuals c encuentran los gnes pa funciones; la transc c dtiene colocan2 1 obstaculo entre el promotor y los genes, este es 1 operador. Operon consistn en: 1 Operador: controla el acceso d la ARNp al promotor, 2 Promotor: ARNp reonoc el sitio d inicio d la transcripcion, 3 gen regulador: controla el tiempo y veloc d transcripcion d otros genes, 4 gen estructural: codifican las enz relacionadas o prots estructurals. Iniciacion: ARNm c une a la subunidad menor d los ribo; c asocia el aminoacil-ARNt, gracias a q el ARNt tiene 1 anticodon, q c asocia al 1er codon dl ARNm según la complementaridad d las bases; c une a la subuni mayor dl ribo y c forma el complejo ribosomal o activo; el 1er codon q se traduc es AUG q corresponde a formilmetionina en prokariotas. Elongacion: complej ribosomal sta dlimita2 x 2 sitios d union: centro P: dond c situa el 1er aminoacil-ARNt, y centro A: aceptor d nuevos aminoacilARNt; el -cooh trminal dl aa inicial c une con el -nh2 trminal dl sigte mediant 1 enalc peptidico; el ARNt sin aa sale del ribo; c produc la translocacion ribosomal; to2 es ktaliza2 x los factors d elongacion y precisa GTP; aparec el 3er aa y ocupa el centro A; c forma el tripepti2 en A y c realiza otra translocacion; c repiten los pasos según el num d aa q contenga el polipepti2; la translocacion dl ribosoma implik el desplazamiento dl ribo a lo largo dl ARNm dsd 5—3. Terminacion: codones UAA, UAG, UGA son señales q no codifikn pa ningun aa y c conocen como codones d terminacion; regulacion x factores d liberacion d nat proteik q c situan en el sitio A y hacen q la peptidil transferasa separe x hidrolisis la cadna polipeptidik dl ARNt; ARNm pued ser traduci2 x varios ribosomas a la vez; arnm libre pued ser leido d nuevo. INCOR D NUTR A LA CEL: Transport pasivo simple (Dif simple): molec a favor dl gradient atravesan2 la mem: Dif a travs d la memb lip (Osmosis): Cuan2 las bac c encuentran en 1 medio hipotónico, el h2o q penetra x flujo osmotico gnera 1 presión d turgencia q empuja al citosol y la memb plasm contra la pared celular. En snes hipertónicas las cél c retraen, separandose la membrana d la pared cel como consecuencia d la perdida d h2o x flujo osmotico (plasmólisis). Dif x knales prot: c realiza a travs d prot canal. Prots q forman canales acuosos en la 2ble capalipídik. Pasan2 iones como el Na, K y Ca. 

Difu facilitada: c realiza x medio d prots canal. Permitien2 a molec c difundan hacia afu y adntro d la cel, mediant prots dnominads transportadoras. La glucosa entra a las cel mediant ste transport. Trans activo: C realiza en contra d 1 grad químico (d concentración) o eléctrico. C precisan transportadors specíficos instala2 en la memb (prots), q mediant 1 gasto d energía en forma d ATP, transportan sust a travs d ésta. Puedn transportarse ade+ d pqeñas partículas, molec orgánicas d mayor tamaño. Transp activo primario (bomba Na/K) y secundario. Translocacion d grupos: proceso en el q c modifica quimikmnt al compuesto q c transporta a travs d la memb. Dado q el producto q c encuentra en el interior d la cel es diferent dl q c encuentra en el exterior, el transport dl produc gnera 1 grad d conc. Ej: glucosa, manosa, fructosa, N-acetilglucosamina, q son fosforilados durant el transport, mediante un sist d fosfotransferasa. El sist d fosfotrans d E. coli sta compuesto x 24 prots, sien2 necesarias al menos 4 prots pa el transp d algun azukr. Clasif bac según la fuent d obt d energ: Fototrofo: toman fotones d la luz solar como fuen d ener. Los fotones son utiliz2 pa fija carbono inorganico en forma d carb organico (fotoautotrofos). Quimiotrofo: utilizn comps organicos produci2 x otros orgnaism pa la obt d energ. Clasif segn el donador d e-/H+: Litotrofas: solo reqieren sust inorganiks sencillas como SH2, SO, NH3. Organotrofas: Reqieren comp organics (hc, prots, lip). Clas segn el pto d vista biosintetico o fuent d C: Autotrofas: crecn sinttizan2 sus matrials a partir d sust inorg sencillas como CO2. Heterotrofas: su fuent d carbono es organico, preformads x otros organismos. Tips nutricionales: Fotolitotrofico autotrofo: usa luz como ener y CO2, ej: algas y cianobacterias. Fotolitotrofico heterotrofo: luz como energ y molec organiks simples, ej: bac fotosintetiks purpuras no sulfureas. Quimiolitotrofico autotrofo: oxidan comps reduci2 como Fe, N, S pa energia, ej: bac azifre oxidants. Quimiolitrotrofic heterotrofo: comp organicos como energ, ej: hongos, bacterias no fotosintetiks.RESP: Aerobi oblig: creci aerobi, no hay creci anaerobi, efect O2 requerido (utilizado pra resp aerobi). Microaerofilo: creci aerobi si el nivel no es demsiad alto, no hay creci anaerobi, efect O2 requerido, pero a niveles debaj d 0,2 atm. Anaerobi oblig (estricto): no hay creci aerobi, creci anaerobi, efect O2 toxico. Anaerobi faculttvo: creci aerobi, creci anaerobi, efect O2 no requerido pra el creci, pero utilizad cuando esta dispble. Anaerobi aerotolerant: creci aerobi, creci anaerobi, efect O2 no requerido y no utilizad. Ej: Bacillus cereus-Aerobi estric-Gastroenteritis; Salmonella spp-Anaerobi faculttvo-Gastroenteritis; Clostridium perfringens-Anaerobi estrict-Gangrena; Campylobacter jejuni-Microaerófilo-Diarrea. Dif aceptor final: resp aerobik: el aceptor externo d e- es el O2; resp anaerobik: el aceptor externo d e- es otro compuest inorg. 

Fosforilación oxid: este proces extrae la E en forma d e- d alto potencial d las moléc d NADH y FADH2, regenerando NAD+ y FAD, grax a lo cual el ciclo d Krebs puede continuar. Los e- son transf a moléc d O2, dando H2O. Esta transf se realiza a través d 1 cad transpor d e- capaz d aprovechar la E potencial d los e- pra bombear p+. Dentro d las bact, la fosfo oxid se produce en la memb plasmátik y en eucariotas es la memb interna d las 2 d q consta la mitocondrialCaden trans d e-: serie d transp d e- q se encuentran en la memb plasmátik d bact, q median reacciones bioquímicas q producen ATP, compuesto energético q utilizan los seres vivos; crea un gradient electroquímico q se utiliza pra la síntesis d ATP. Transp d quinonas: quinonasson transport móviles liposolubles. En gral tienen las mismas funciones q la quinona mitocondrial, aunq las bact presenten quinonas específiks como la ubiquinona. Citocro: proteínas q contienen porfirinas q tienen ligado 1 átomo d Fe. Existen citocro hidrosolubles y otros q liposolubles. Otra peculiaridad es q existen citocro móviles como citocro c. Mecanis NADH/FADH: ubiquinona oxidoreductasa capta 2 e- dl NADH y los transfiere a 1 transpor liposoluble llamad ubiquinona (Q). El producto reducido, q se conoce con el nombre d ubiquinol (QH2) puede difundir librement. Al mismo tiemp el NADH transloca 4 p+, produciendo un gradiente d p+. El flujo d e-ocurre d la sig forma: El NADH es oxidado a NAD+, reduciendo al ubiquinona (Q) a ubiquinol (QH2)en un único paso q implica a 2 e-. Citocro: Citocro b; obtiene 2 e- desde QH2 y se los transf a 2 moléc d citocro c, q es un transpor d e- hidrosoluble. Al mismo tiemp, transloca 2 p+ x los 2 e-transp desde el ubiquinol. Citocro a;  capta 4 e- d la 4 moléc d citocro c y se transf al O2, pra producir 2 moléc d H2O. Al mismo tiemp se translocan 4 p+ x los 4 e-. Además desaparecen d la matriz 4 p+ q forman parte dl H2O. Oxidasa y reductasa terminal: Cuando 1 bact crece en ambientes aeróbi, el aceptor final d los e- es reducido hasta h2o x 1 enzima q se denomina oxidasa. Cuando 1 bact crece en ambients d hipoxia, el aceptor d e- es reducida x 1 enzima q se denomina reductasa. Bact aeróbiks pueden utilizar varias oxidasas. Escherichia coli, no present citocro oxidasa, x lo q en condiciones aeróbiks utiliza 2 Quinonas oxidasa diferentpara reducir el O2 a h2o. Bact anaeróbiks no pueden utilizar el O2 como aceptor final d los e-, x lo q requieren reductasas especializds pra cda 1 d los aceptores; Escherichia coli puede usar x ej: 1 Fumarato reductasa, la nitrato reductasa. Efect toxic dl O2: el O2 es tóxico pra las bact anaerob estrictas, sorprende saber q el O2 tiene tmb 1 acción tóxik sobre los m.o. aeróbiks, y q la mayoría d los org disponen d enzimas q desarrollan 1 efect protector sobre los productos perniciosos dl O2. 

Reacc: 1) O2 + 4e- à O2- + O2-; 2)O2 + 2e- à O2; O2 + e- à O2. 1: catalizada x la enzima citocro-oxidasa, el enzima terminal d la cad d transp d e-. Se transf simultáneamente 4 e-, formándose 2 iones O2-, cda 1 d los cuales forma h2o con 2 p+. 2: característica d enzimas q contienen flavinas. Transf simultáneamente 2 e-, y reducen el O2 al ión peróxido O2, q con p+ pasa a H2O2. Esta sust es tóxica pra la célula y es descompuesta x la enzima catalasa en h2o y O2. 3: catalizada x un gran núm d oxidasas. Únicament se transfiere 1 e-, con lo q se forma el ión superóxido, O2 q como radical es muy reactivo. El efect protector frente a los radicales superóxido lo desarrolla la superóxido-dismutasa. RESP ANAEROBIK: Todos los posibles aceptores en la resp anaerobi tienen 1 potencial d reducc menor q el O2, x lo q, partiendo d los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos) se genera menos E en este metabolismo q en la resp aerobi. No hay q confundir la resp anaeróbik con la fermentación, en la q no existe en absoluto cad d transp d e-, y el aceptor final d e- es 1 moléc org; tienen solo en común el no ser dependientes dl O2. Ej aceptores en resp anaerobi: 1)Aceptor: nitrato, 2)Product final: nitritos, N2, oxidos d N, 3)M.O. Bacillus, Pseudomonas. 1)Sulfato, 2)Sulfuros, 3)Desulfovibrio, Clostridium. FAC FIS Q INFLUYEN SOBRE EL CREC MICROBIANO: temp, ph (grad d acidez-alcalinidad d un ½), activ d h2o y solutos (h2o disponible – sales y azukres), P. osmot, O2, radiac. Temp: Para cda mo. existe 1temp mín xdebaj d la cual no esposible el crecimien,1 temp optimaa la q se produc elcrecimiento + rápido,y 1 tempmáx x encima d lacual no es posible elcrecimien. Clases de m.o. según temp: Psicrofilos ; Mesofilos ; Termofilos 40 – ; Hipertermofilos 80 – 110C. Org mesófilos:Poseen mecanis d control q interrumpen lasíntesis d prot si la temp baja xdebaj d los 5C. Org Psicrofilos: Presentan 1 mayor proporción d lípids insaturadsy/o d cad cortas, q mantienen flexibles las memb a bajas temp. Org Termófilos: Gran proporción d lípidos saturados en lasmemb. Producc d enzimas q no se desnaturalizan atemp altas.A medida q la temp sube, los ácidos grasos d la memb celular aumentanla longitud d la caden y el grdo d insaturación disminuye.Ej: Psicrofilos: Polaromonas vacuolata; Mesofilos: Escherichia coli; Termofilos: Bacillus stearothermophilus; Hipertermofilos: Thermococcus celer.pH y crecimien microbiano: En gral los m.o. no pueden tolerar valores extremos dpH, en condiciones alcalinas o ácidas se hidrolizan algunoscomponents microbianos o se desnaturalizan algunasenzimas.Cada organis tiene un rango d pH dentro dl qales posible el crecimien, y posee un pH óptimo.La mayoría crece en un margen d variación d 2 a 3 unidades. El ph dl 1/2 afecta directamente a m.o. y a enzimas,afectando la disociación y la solubilidad d muchasmoléc q ejercen algún efect sobre los m.o. 

Rangos d pH: Neutrófilos, Acidófilos, Alcalófilos. Efect dl pH en la cel bacteriana: Se afecta la envoltura celular x disociación/protonación d sus macromoléculas: LPS, prot d la superficie celular, memb citoplasmática, ocurre 1 distribución d cargas locales en forma diferent. Cambios en la morfología celular, incorrecta div celular, cambios en la adhesión, floculación, etc. Act d h2o y Presión Osmótica: Para los m.o. el factor crítico es la disponibilidad d h2o líquida + q la cantidad total d h2o presente en el ambient. El total d h2o realmente disponible pra uso microbiano se expresa como la act d h2o (aw). Los solutos presentes en el 1/2 compiten x el h2o y la fijan, disminuyendo la cantidad disponibles pra los m.o. El h2o difunde desde 1 región con alta concent d h2o (baja concent d solutos) hasta 1 región d menor concent d h2o (alta concent de solutos): Osmosis. Los m.o. q tienen 1 dependencia dl ion Na se denominan Halofitos. Los organismos halotolerantes son capaces d soportar 1 reducción en el valor d aw. Ej: No halófilo: Escherichia coli; halotolerante: Staphylococcus aureus; Halofito: Vibrio fischeri; Halofito extremo: Halobacterium salinarum. O2 y crec bacteriano: Grupo:Tipo de metabolis: 1) resp aerob, 2) resp aerob, anaerob o fermentación, 3) resp aerob. B) Anaerob: 1)aerotolerants, 2)estrictos. 1) no necesario, ni crecen mejor con O2, 2)dañino o letal. 1) fermentación, 2)fermentación o resp anaerob. Ej: Aerobi Estrictos: Bacilos, Mycobacterium tuberculosis, Nocardia; Facultativos: Staphylococcus, Shigella spp, Salmonella, Escherichia coli; Microaerofilos: Streptococcus pneumoniae, Helicobacter pylori, Campylobacter sp; Anaerobi Aerotolerantes: Pronibacterium acnespio, Streptococcus pyogenes, Streptococcus mutans;Estrictos: Acitomyces, Clostridium, Porphyromonas.Aw: No toda el h2o d un 1/2 está disponible pra la célula. En 1/2 con solutos (sales o azúcares) en alta concent parte dl h2o se retiene pra su disolución. La aw es una medida d la cantidad d h2o libre, disponible pra la cél. Algunos m.o. se adaptan a vivir en 1/2 con baja aw. Ej: h2o pura: Caulobacter, Spirillum; sangre humana: Streptococcus, Escherichia; h2o d mar: Pseudomonas, Vibrio.

FAC QCOS: Son muchas las sustan qcas q tienen efects nocivos sobre los microbios; su act sobre éstos es d 2 tipos: unas destruyen las bact, hongos o virus y son los agtes bactericidas, fungicidas o viricidas. Otras dificultan o inhiben su crecimiento y son los bacteriostáticos, fungistáticos o virustáticos. O si producen lisis bacterioliticos, fungeoliticos o viroliticos. Desinfectantes: aquellas sust qcas capaces d destruir en 10 a 15 minut los gérmenes depositados sobre un material inerte o vivo, alterando lo menos posible el sustrato dnde residen y abarcando en aquella destrucción todas las formas vegetativas d las bact, hongos y vrus. Antiséptico: se usa pra indicar la sust q se opone a la existencia o desarrollo d gérmenes sobre la piel o mucosas, heridas, abrasiones, etc. Su objet es esencialmente prevenir la multiplicación d m.o. patógenos. Conservador o preservador: sust q se utilizan pra evitar la contaminación y proliferación bacteriana d 1 bebida, alimento o producto biológico o farmacéutico. Sanitizantes: c trata d objetos inanimados en los q c ha reducido la población bacteriana a unos niveles bajos, q cumplen los requisitos d la legislación en salud públik. Degerminación: Término usado en USA pra expresar la remoción x el lavado o limpieza d m.o., sobre todo transeúntes, d la piel. Antibiotics y Sulfamidas: Son los antimicrobianos q en gral pueden ser consumidos x los organis superiores, con efecto 2rios controlables.