Bacterias
Las bacterias han habitado este planeta desde hace unos 3800 millones de años, en comparación con los organismos eucariontes que llevan unos 1500 millones de años, o los organismos pluricelulares que apenas han existido por unos 600 millones de años. Por esta razón podemos decir que las bacterias son las dueñas de este planeta, pues no solo han existido desde hace mucho tiempo, sino que también han sobrevivido a varias extinciones masivas que han exterminado a gran parte de otros seres vivos.
A pesar de su pequeño tamaño (alrededor de un par de micrómetros), son tan numerosas y están por todos lados que se estima que su peso es de alrededor de la mitad de la masa total de seres vivos del planeta. Las plantas suman cerca del 35 % mientras que los animales alrededor del 15 % de la biomasa total del planeta.
Las bacterias fueron descubiertas a mediados del siglo XVII por un vendedor de telas llamado Anton van Leeuwenhoek, quien tallaba lentes es su tiempo libre. Leeuwenhoek construyó el primer microscopio de la historia, talló una lente muy pequeña y la colocó en un soporte con un tornillo para poder enfocar la muestra.
Hasta entonces, el animal más pequeño que había sido descrito era el ácaro de queso, que mide casi medio milímetro y es apenas visible sin ayuda de algún instrumento. El desarrollo de las técnicas de tallado de lentes permitió crear la lupa y con ello agrandar objetos. Leeuwenhoek llevó este instrumento al máximo al construir su microscopio rudimentario. Los modernos microscopios actuales nos permiten observar más detalles de estos microorganismos, usando diferentes técnicas de microscopía.
A pesar de lo fascinante de su descubrimiento, tuvieron que pasar unos doscientos años antes de que la humanidad (incluyendo la comunidad científica) se interesara en ellos. Fue debido a que se descubrió que algunos de ellos eran responsables de enfermedades en animales, plantas y humanos que se despertó el interés por estos diminutos "animáculos", como los había llamado Leeuwenhoek.
Contrario a lo que se suele pensar, la mayoría de las bacterias que se han descrito son inofensivas y muy pocas son patógenas. De hecho, las bacterias son realmente benéficas ya que se dedican a descomponer la materia orgánica y junto con los hongos, se dedican a reciclar las moléculas orgánicas que componen a los seres vivos. Sin estos microorganismos, los compuestos orgánicos no podrían reincorporarse a la biosfera, pues quedarían "atrapados" en los cuerpos de los organismos muertos. Algunas bacterias son fotosintéticas, otras pueden convertir el nitrógeno atmosférico (N2) gaseoso en otras formas nitrogenadas útiles para los seres vivos como el nitrato (NO3-).
Las bacterias pertenecen a un grupo denominado Procariontes, en el que se agrupan dos tipos de microorganismos, las bacterias y las Arqueobacterias (o simplemente Arqueas). El tamaño de estos microorganismos varía desde 0.5 a 1.0 micrómetros de diámetro y desde 1.0 a 5.0 micrómetros de largo. La mayoría son unicelulares de vida libre, sin embargo, algunos pueden formar colonias que contienen células especializadas.
Existen tres formas básicas que las bacterias pueden tener: esféricas, alargadas o en espiral, llamadas cocos, bacilos y espirilos respectivamente. Los cocos pueden presentarse aislados (simples cocos), en pares (llamados diplococos), en cadenas alargadas (estreptococos) o en racimos similares a los racimos de uvas (estafilococos). Por su parte, los bacilos se presentan aislados o formando cadenas largas. Los espirilos pueden ser flexibles (espiroquetas), rígidos (espirilos) o en forma de "coma" llamados Vibrios.
Las bacterias no contienen sistemas membranosos internos como las células eucariontes, es decir, no tienen Núcleo, mitocondrias, cloroplastos ni ningún otro organelo. En vez de esto, todo el contenido celular está inmerso en un citoplasma denso que contiene ribosomas, gránulos de glucógeno, lípidos, compuestos fosfatados. Las enzimas implicadas en su metabolismo se encuentran libres en el citoplasma. Aunque las células procariontes no tienen sistemas membranosos internos, algunas de ellas presentan pliegues de su membrana celular que les permiten compartamentalizar algunas reacciones enzimáticas como las implicadas en la respiración celular o en la fotosíntesis.
Las células Procariontas están rodeadas por una Pared celular que las protege de daños ocasionados por cambios osmóticos (cambios en la concentración de moléculas disueltas) del medio en el que se encuentren. Esta pared está hecha de Peptidoglucanos, un polímero complejo que consiste de unidades de carbohidratos unidos por cadenas cortas de polipétidos formando una extensa red que cubre toda la célula.
Desde el punto de vista de la estructura de la pared celular, distinguimos dos tipos de células, las llamadas Gram-Positivas y las Gram-Negativas. Su nombre proviene de una técnica de tinción desarrollada por el científico Danés Christian Gram en 1888 (Conocida ahora como Tinción de Gram. Aquellas bacterias que pueden absorber y retener el colorante cristal violeta en una prueba de laboratorio, se denominan Gram-Positivas, mientras que aquellas que no lo hacen se denominan Gram-Negativas.
La razón por la cual las bacterias Gram-positivas se tiñen es porque tienen una pared gruesa de peptidoglucanos (que además es porosa) y el colorante queda atrapado en ella. Las bacterias Gram-negativas tienen una pared delgada de peptidoglucanos, pero además tienen una membrana celular externa que impide que el colorante entre en contacto con la pared celular y el colorante no se adhiere.
Algunas bacterias producen una cápsula, una capa pegajosa que rodea a la pared celular y que les permite sobrevivir en entornos hostiles. Las protege contra la desecación, les permite adherirse a superficies como rocas, raíces de plantas o el esmalte de los dientes. También les protege contra la fagocitosis de las células del sistema inmune y con ello favorece la colonización y la producción de enfermedades.
Muchas bacterias pueden desplazarse gracias a la presencia de flagelos. Estos son estructuras alargadas que asemejan a un látigo. Están compuestos de tres segmentos: un cuerpo basal, un codo y un filamento largo. El cuerpo basal es una estructura compleja que ancla al flagelo a la membrana y a la pared celulares por medio de discos compuestos de varias proteínas y funciona de la misma manera que un motor eléctrico, solo que en vez de corriente eléctrica, usa la energía protón motriz. Las bacterias usan la energía del ATP para bombear protones al exterior de la célula, cuando estos protones difunden de vuelta al interior mediante proteínas especializadas, son usados para hacer girar al flagelo. Considerando el hecho de que las bacterias "inventaron" el flagelo hace unos 3500 millones de años y los humanos el motor eléctrico hace unas décadas, convierte al cuerpo basal del flagelo en una verdadera maravilla de la mecánica a nivel molecular. El codo sirve como conector entre el cuerpo basal y el largo filamento. La rotación del flagelo propulsa a la célula bacteriana de manera similar a como una propela impulsa a un submarino.
La movilidad de las bacterias les permite desplazarse en respuesta a la presencia de alguna molécula, este fenómeno se conoce como quimiotaxis. La quimiotaxis es usada para acercarse a moléculas que puedan servir de alimento o para alejarse de sustancias químicas dañinas.
Algunas bacterias poseen una estructuras llamadas pilis similares a "pelos" que rodean su superficie. Los pilis favorecen la adherencia con otras bacterias o con células eucariontes a las que infectan. También hay pilis que pueden ser usados para transferir material genético (ADN) a otras bacterias y con ello intercambiar genes, por ejemplo, que confieren resistencia a determinados antibióticos. Este último se conoce como Transferencia Horizontal de Genes y es responsable de generar una alta diversidad entre las bacterias.
La reproducción de los procariotas es de manera asexual por fisión binaria, lo que genera poca variabilidad genética debida solamente a las mutaciones acumuladas. Sin embargo, las bacterias tienen otros mecanismos que les permiten adquirir material genético.
Los principales mecanismos de Transferencia Horizontal de Genes entre bacterias son la Transformación que implica la incorporación de material genético del medio ambiente (proveniente de bacterias muertas) mediante proteínas de unión a ADN ubicadas en la superficie bacteriana e integrados al cromosoma mediante recombinación. En el proceso llamado Transducción, el material genético de una bacteria puede ser transferido a otra mediante un virus. Normalmente, un virus solo tiene su propio ADN, sin embargo, algunas veces incorpora algo del material genético de la bacteria que infectó y cuando infecta a una nueva célula bacteriana le transfiere esos genes. Otro mecanismo de transferencia de genes es la Conjugación en donde dos células bacterianas entran en contacto por medio de sus pilis y una de ellas le transfiere ADN a la otra. Este ADN puede contener unos pocos genes, un plásmido o inclusive todo el cromosoma.
Cuando un medio ambiente se torna poco favorable por la falta de nutrientes o hay un incremento en la temperatura, algunas bacterias entran en un estado de latencia formando endoesporas. En este proceso, la célula pierde agua, se hace más pequeña y disminuye o apaga su metabolismo. Algunas endoesporas son muy resistentes y pueden sobrevivir a temperaturas extremas. Se han podido rehabilitar bacterias encontradas en hilos polares que han estado inactivas durante miles de años. Cuando las condiciones ambientales son favorables para el crecimiento, las endoesporas germinan formando una célula bacteriana metabólicamente activa.
Como cabría esperar, las bacterias tienen diversos mecanismos de captación de nutrientes y formas de capturar energía. Muchos procariontes son heterótrofos, es decir, que obtienen sus fuentes de carbono de compuestos orgánicos provenientes de otros organismos. Muchos de ellos son quimioautótrofos por lo que dependen de las moléculas orgánicas para obtener energía. Se dedican a la descomposión de la materia orgánica de los organismos muertos (son saprófitos). Otros organismos obtienen los nutrientes que necesitas a partir de organismos vivos y les pueden causar enfermedades (son patógenos), no causarles ningún daño (comensales) o en algunos casos les pueden generar algún tipo de beneficio (son simbiontes) como producir vitaminas necesarias para el organismo hospedador. Otros prokariontas son autótrofos, por lo que pueden sintetizar sus propios nutrientes usando alguna fuente de energía. Los organismos fotoautótrofos, como las cianobacterias, usan la energía del sol para realizar la fotosíntesis y el CO2 como fuente de carbono. Otras bacterias son quimioautótrofas, es decir, obtienen energía a partir de la oxidación de compuestos químicos inorgánicos como el amoniaco (NH3) o el sulfuro de hidrógeno (H2S).
Aquellas bacterias que requieren de la presencia de Oxígeno molecular (O2) para realizar su respiración celular (Cadena respiratoria o Cadena de Transporte de Electrones) son llamadas aerobias. Existen otras bacterias llamadas anaerobias que no utilizan el Oxígeno, ellas respiran usando otros "aceptores finales de electrones" como el sulfato (SO42-), nitrato (NO3-), o el ión fierro (Fe2+); Algunas bacterias anaerobias son sensibles al Oxígeno y se mueren incluso a concentraciones bajas (son anaerobios estrictos). Otras bacterias, en cambio, pueden usar Oxígeno (si está presente) o pueden llevar a cabo un metabolismo anaerobio si es necesario: se denominan anaerobias facultativas.
Desde el punto de vista de la diversidad y adaptabilidad metabólica, los procariontes pueden llevar a cabo casi cualquier reacción bioquímica que se conoce. Son capaces de "encontrar" en muy poco tiempo la forma de degradar compuestos que no "conocían". Por ejemplo, para desarrollar un nuevo antibiótico, el humano se puede tardar varios años de investigación, mientras que las bacterias en menos de un año pueden encontrar algún mecanismo de defensa como la expulsión del antibiótico por medio de una bomba o bien por su degradación enzimática. Se han encontrado bacterias capaces de degradar compuestos del petróleo, pesticidas, y recientemente el plástico PET que se consideraba nada biodegradable.
A pesar de su pequeño tamaño (alrededor de un par de micrómetros), son tan numerosas y están por todos lados que se estima que su peso es de alrededor de la mitad de la masa total de seres vivos del planeta. Las plantas suman cerca del 35 % mientras que los animales alrededor del 15 % de la biomasa total del planeta.
Las bacterias fueron descubiertas a mediados del siglo XVII por un vendedor de telas llamado Anton van Leeuwenhoek, quien tallaba lentes es su tiempo libre. Leeuwenhoek construyó el primer microscopio de la historia, talló una lente muy pequeña y la colocó en un soporte con un tornillo para poder enfocar la muestra.
Hasta entonces, el animal más pequeño que había sido descrito era el ácaro de queso, que mide casi medio milímetro y es apenas visible sin ayuda de algún instrumento. El desarrollo de las técnicas de tallado de lentes permitió crear la lupa y con ello agrandar objetos. Leeuwenhoek llevó este instrumento al máximo al construir su microscopio rudimentario. Los modernos microscopios actuales nos permiten observar más detalles de estos microorganismos, usando diferentes técnicas de microscopía.
A pesar de lo fascinante de su descubrimiento, tuvieron que pasar unos doscientos años antes de que la humanidad (incluyendo la comunidad científica) se interesara en ellos. Fue debido a que se descubrió que algunos de ellos eran responsables de enfermedades en animales, plantas y humanos que se despertó el interés por estos diminutos "animáculos", como los había llamado Leeuwenhoek.
Contrario a lo que se suele pensar, la mayoría de las bacterias que se han descrito son inofensivas y muy pocas son patógenas. De hecho, las bacterias son realmente benéficas ya que se dedican a descomponer la materia orgánica y junto con los hongos, se dedican a reciclar las moléculas orgánicas que componen a los seres vivos. Sin estos microorganismos, los compuestos orgánicos no podrían reincorporarse a la biosfera, pues quedarían "atrapados" en los cuerpos de los organismos muertos. Algunas bacterias son fotosintéticas, otras pueden convertir el nitrógeno atmosférico (N2) gaseoso en otras formas nitrogenadas útiles para los seres vivos como el nitrato (NO3-).
Las bacterias pertenecen a un grupo denominado Procariontes, en el que se agrupan dos tipos de microorganismos, las bacterias y las Arqueobacterias (o simplemente Arqueas). El tamaño de estos microorganismos varía desde 0.5 a 1.0 micrómetros de diámetro y desde 1.0 a 5.0 micrómetros de largo. La mayoría son unicelulares de vida libre, sin embargo, algunos pueden formar colonias que contienen células especializadas.
Existen tres formas básicas que las bacterias pueden tener: esféricas, alargadas o en espiral, llamadas cocos, bacilos y espirilos respectivamente. Los cocos pueden presentarse aislados (simples cocos), en pares (llamados diplococos), en cadenas alargadas (estreptococos) o en racimos similares a los racimos de uvas (estafilococos). Por su parte, los bacilos se presentan aislados o formando cadenas largas. Los espirilos pueden ser flexibles (espiroquetas), rígidos (espirilos) o en forma de "coma" llamados Vibrios.
Las bacterias no contienen sistemas membranosos internos como las células eucariontes, es decir, no tienen Núcleo, mitocondrias, cloroplastos ni ningún otro organelo. En vez de esto, todo el contenido celular está inmerso en un citoplasma denso que contiene ribosomas, gránulos de glucógeno, lípidos, compuestos fosfatados. Las enzimas implicadas en su metabolismo se encuentran libres en el citoplasma. Aunque las células procariontes no tienen sistemas membranosos internos, algunas de ellas presentan pliegues de su membrana celular que les permiten compartamentalizar algunas reacciones enzimáticas como las implicadas en la respiración celular o en la fotosíntesis.
Las células Procariontas están rodeadas por una Pared celular que las protege de daños ocasionados por cambios osmóticos (cambios en la concentración de moléculas disueltas) del medio en el que se encuentren. Esta pared está hecha de Peptidoglucanos, un polímero complejo que consiste de unidades de carbohidratos unidos por cadenas cortas de polipétidos formando una extensa red que cubre toda la célula.
Desde el punto de vista de la estructura de la pared celular, distinguimos dos tipos de células, las llamadas Gram-Positivas y las Gram-Negativas. Su nombre proviene de una técnica de tinción desarrollada por el científico Danés Christian Gram en 1888 (Conocida ahora como Tinción de Gram. Aquellas bacterias que pueden absorber y retener el colorante cristal violeta en una prueba de laboratorio, se denominan Gram-Positivas, mientras que aquellas que no lo hacen se denominan Gram-Negativas.
La razón por la cual las bacterias Gram-positivas se tiñen es porque tienen una pared gruesa de peptidoglucanos (que además es porosa) y el colorante queda atrapado en ella. Las bacterias Gram-negativas tienen una pared delgada de peptidoglucanos, pero además tienen una membrana celular externa que impide que el colorante entre en contacto con la pared celular y el colorante no se adhiere.
Algunas bacterias producen una cápsula, una capa pegajosa que rodea a la pared celular y que les permite sobrevivir en entornos hostiles. Las protege contra la desecación, les permite adherirse a superficies como rocas, raíces de plantas o el esmalte de los dientes. También les protege contra la fagocitosis de las células del sistema inmune y con ello favorece la colonización y la producción de enfermedades.
Muchas bacterias pueden desplazarse gracias a la presencia de flagelos. Estos son estructuras alargadas que asemejan a un látigo. Están compuestos de tres segmentos: un cuerpo basal, un codo y un filamento largo. El cuerpo basal es una estructura compleja que ancla al flagelo a la membrana y a la pared celulares por medio de discos compuestos de varias proteínas y funciona de la misma manera que un motor eléctrico, solo que en vez de corriente eléctrica, usa la energía protón motriz. Las bacterias usan la energía del ATP para bombear protones al exterior de la célula, cuando estos protones difunden de vuelta al interior mediante proteínas especializadas, son usados para hacer girar al flagelo. Considerando el hecho de que las bacterias "inventaron" el flagelo hace unos 3500 millones de años y los humanos el motor eléctrico hace unas décadas, convierte al cuerpo basal del flagelo en una verdadera maravilla de la mecánica a nivel molecular. El codo sirve como conector entre el cuerpo basal y el largo filamento. La rotación del flagelo propulsa a la célula bacteriana de manera similar a como una propela impulsa a un submarino.
La movilidad de las bacterias les permite desplazarse en respuesta a la presencia de alguna molécula, este fenómeno se conoce como quimiotaxis. La quimiotaxis es usada para acercarse a moléculas que puedan servir de alimento o para alejarse de sustancias químicas dañinas.
Algunas bacterias poseen una estructuras llamadas pilis similares a "pelos" que rodean su superficie. Los pilis favorecen la adherencia con otras bacterias o con células eucariontes a las que infectan. También hay pilis que pueden ser usados para transferir material genético (ADN) a otras bacterias y con ello intercambiar genes, por ejemplo, que confieren resistencia a determinados antibióticos. Este último se conoce como Transferencia Horizontal de Genes y es responsable de generar una alta diversidad entre las bacterias.
La reproducción de los procariotas es de manera asexual por fisión binaria, lo que genera poca variabilidad genética debida solamente a las mutaciones acumuladas. Sin embargo, las bacterias tienen otros mecanismos que les permiten adquirir material genético.
Los principales mecanismos de Transferencia Horizontal de Genes entre bacterias son la Transformación que implica la incorporación de material genético del medio ambiente (proveniente de bacterias muertas) mediante proteínas de unión a ADN ubicadas en la superficie bacteriana e integrados al cromosoma mediante recombinación. En el proceso llamado Transducción, el material genético de una bacteria puede ser transferido a otra mediante un virus. Normalmente, un virus solo tiene su propio ADN, sin embargo, algunas veces incorpora algo del material genético de la bacteria que infectó y cuando infecta a una nueva célula bacteriana le transfiere esos genes. Otro mecanismo de transferencia de genes es la Conjugación en donde dos células bacterianas entran en contacto por medio de sus pilis y una de ellas le transfiere ADN a la otra. Este ADN puede contener unos pocos genes, un plásmido o inclusive todo el cromosoma.
Cuando un medio ambiente se torna poco favorable por la falta de nutrientes o hay un incremento en la temperatura, algunas bacterias entran en un estado de latencia formando endoesporas. En este proceso, la célula pierde agua, se hace más pequeña y disminuye o apaga su metabolismo. Algunas endoesporas son muy resistentes y pueden sobrevivir a temperaturas extremas. Se han podido rehabilitar bacterias encontradas en hilos polares que han estado inactivas durante miles de años. Cuando las condiciones ambientales son favorables para el crecimiento, las endoesporas germinan formando una célula bacteriana metabólicamente activa.
Como cabría esperar, las bacterias tienen diversos mecanismos de captación de nutrientes y formas de capturar energía. Muchos procariontes son heterótrofos, es decir, que obtienen sus fuentes de carbono de compuestos orgánicos provenientes de otros organismos. Muchos de ellos son quimioautótrofos por lo que dependen de las moléculas orgánicas para obtener energía. Se dedican a la descomposión de la materia orgánica de los organismos muertos (son saprófitos). Otros organismos obtienen los nutrientes que necesitas a partir de organismos vivos y les pueden causar enfermedades (son patógenos), no causarles ningún daño (comensales) o en algunos casos les pueden generar algún tipo de beneficio (son simbiontes) como producir vitaminas necesarias para el organismo hospedador. Otros prokariontas son autótrofos, por lo que pueden sintetizar sus propios nutrientes usando alguna fuente de energía. Los organismos fotoautótrofos, como las cianobacterias, usan la energía del sol para realizar la fotosíntesis y el CO2 como fuente de carbono. Otras bacterias son quimioautótrofas, es decir, obtienen energía a partir de la oxidación de compuestos químicos inorgánicos como el amoniaco (NH3) o el sulfuro de hidrógeno (H2S).
Aquellas bacterias que requieren de la presencia de Oxígeno molecular (O2) para realizar su respiración celular (Cadena respiratoria o Cadena de Transporte de Electrones) son llamadas aerobias. Existen otras bacterias llamadas anaerobias que no utilizan el Oxígeno, ellas respiran usando otros "aceptores finales de electrones" como el sulfato (SO42-), nitrato (NO3-), o el ión fierro (Fe2+); Algunas bacterias anaerobias son sensibles al Oxígeno y se mueren incluso a concentraciones bajas (son anaerobios estrictos). Otras bacterias, en cambio, pueden usar Oxígeno (si está presente) o pueden llevar a cabo un metabolismo anaerobio si es necesario: se denominan anaerobias facultativas.
Desde el punto de vista de la diversidad y adaptabilidad metabólica, los procariontes pueden llevar a cabo casi cualquier reacción bioquímica que se conoce. Son capaces de "encontrar" en muy poco tiempo la forma de degradar compuestos que no "conocían". Por ejemplo, para desarrollar un nuevo antibiótico, el humano se puede tardar varios años de investigación, mientras que las bacterias en menos de un año pueden encontrar algún mecanismo de defensa como la expulsión del antibiótico por medio de una bomba o bien por su degradación enzimática. Se han encontrado bacterias capaces de degradar compuestos del petróleo, pesticidas, y recientemente el plástico PET que se consideraba nada biodegradable.
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