Apunts de Microbiologia: Món microbia, ecologia i catabolisme

MICROBIOLOGIA

TEMA 1. EL MÓN MICROBIÀ

1. INTRODUCCIÓ

S'estima una població mundial de 5×1030 procariotes, que constitueixen el 50% de carboni disponible i son responsables del pas de N2 atmosfèric a nitrogen organic. Estan implicats en tots els cicles de la matèria, de manera que tenen un paper molt important a nivell bioquímica per això que son els organismes mes antics del planera i gràcies als quals es van formar les cellules eucariotes (teoria de l'endosimbiosis). Els cianobacteris, algues procariotes, van ser els encarregats de crear la capa d'ozó que va permetre la vida fora de l'aigua. Tot i que els procariotes es coneixen per la seva patogenia, els causants de malalties son una minoria i la resta poden ser imprescindibles per la vida, com es el cas de la microbiota. Leewenhoek va crear el primer microscopi, gràcies al qual es van descobrir els microorganismes, que van rebre el nom de "animalculos". Els microorganimes (algues, bacteris ... ) son organismes diminuts que requereixen d'instruments especials per visualitzar-los. Podriem dir que son tots els clades excepte els animals, els fongs i les plantes.

2. MICROBIOLOGIA

La microbiologia engloba:

• Organismes microscopics: de menys de 100 micres, pels quals necessitem instrumentació adequada. És per això que la microbiologia ha anat lligada a l'elaboració d'instruments de visualització.
• Existencia aïllada o en conjunt: Tot i que son entitats individuals, poden formar comunitats amb sistemes d'intercanvi d'informació per acordar respostes conjuntes.
• Individualitat de funcions: que treballen independentment i han de captar nutrients, energia, creixer, intercanviar informació i evolucionar.

El camp d'estudi de la microbiologia és molt ampli, ja que embarca citologia, bioquímica, ecologia, etc. Té una part de ciencia bàsica i altra aplica, per la qual es requereixen els coneixements procedents de la basica.

3. CÈL·LULA

És la unitat fonamental dels essers vius i un compartiment que separa el medi de del citoplasma a través d'una membrana. Aquestes cèl·lules poden ser molt diferents, començant per procariotes o eucariotes.

• Nucli: A les eucariotes el material genetic (cromosomes) està separat de la resta del contingut cel·lular per una membrana que forma el nucli, mentre que a les procariotes el material genètic (nuceloid) està en contacte constant amb el citoplasma. És per això que a les eucariotes la transcripció es dona al nucli, generant un missatger que permet la traducció al citoplasma, i en canvi en procariotes transcripció i traducció es donen al mateix lloc i temps.
• Moviment flagel·lar: Als bacteris el moviment es dona per rotació d'un flagel format per flagelina i a eucariotes no hi ha rotació i està format per microtubuls. organuls membranosos
• Organuls membranosos: Les cellules eucariotes tenen organuls membranosos i les procariotes nol i es deu a la teoria de l'endosimbiosi. Als procariotes, l'absència d'organuls li cedeix totes les responsabilitats a la membrana cel·lular.
• Estructures externes: Als procariotes (Arquea i Bacteria) per sobre de la membrana hi ha una paret de peptidoglicans, que pot estar recoberta per una capsula i altres estructures com els flagels. Tot i lesdiferencies esmentades, tots dos tipus cel·lulars tenen les mateixes macromolecules. A eucariotes només trobem parets als vegetals i es polisacarítica.
• Altres orgànuls: Les vesícules de gas i les endòspores es troben només a procariotes, i els seus ribosomes son 70S, mentre que a eucariotes son 80S.

4. L'ORIGEN DE LA VIDA

Fa gairebé 4bya (109 anys), que va apareixen l'ancestre comu universal Luca. Fa 2 bya que van apareixer les eucariotes gràcies a l'oxigenació de l'atmosfera per part dels cianobacteris. Més endavant van aparèixer les algues, els invertebrats, les plantes vasculars i els mamífers. Respecte a l'origen de la vida , podriem dir que la majoria del temps la Terra ha estat habitada per microorganismes.

5. ECOLOGIA

Els microorganismes ens afecten a nivell sanitari, ambiental, en l'agricultura, la potabilitat de l'aigua, l'alimentació i els recursos naturals. I son molt útils en biotecnologia, bioenergia i industria. Tot i que poden ser patògens es tracta d'una minoria, ja que també ens poden ajudar a facilitar diagnostics. Al cas de la PCR es dan servir enzims que equivalen a la polimerasa però son resistents a temperatures molt altes, ja que provenen d'organismes termòfils. Les malalties infeccioses han disminuït gràcies als antibiotics, però es preveu una reversió degut a l'ús excessiu d'aquests. El nostre cos te una elevada carrega de cellules procariotes on una gran part es troba a l'intestí i tenen relació entre elles i amb el SI. microbiota Els procariotes permeten la fixació del nitrogen en materia organica, de manera que intervenen als cicles d'intercanvi del planeta. Però no nomes del nitrogen, també del carboni i del sofre. De fet, la majoria del nitrogen i del fosfor provenen de microorganismes. També actuen en la degradació de cel·lulosa als animals que mengen vegetals. Poden fer-se servir per eliminar contaminants, per produir biofuels, per depurar aigües. A biotecnologia, serveixen com a font de producció de farmacs (Ex: insulina) i per a diagnosticar malalties. També es fan servir en sistemes Crispr, permetent l'edició del genoma humà.

6. CARACTERÍSTICAS DELMICROORGANIMES

Degut a que son organismes molt petits, es requereix una metodologia pròpia per estudiar-los:

• Microscopia: per poder visualitzar els microorganimes i les seves estructures
• Cultiu: per estudiar les seves poblacions
• Tècniques d'asepsia i esterilització: per estudiar un bacteri cal que la resta no interfereixin. L'esterilitat implica l'absencia de qualsevol forma e vida la l'asepsia son els mecanismes per evitar que altres formes de vida interfereixin (guants, bunsen ... ).

La seva mida es troba entre 1 i 10 micres, i per tant sota de les cèl·lules eucariotes. La importancia de ser petit es basa en una major relació superfície/volum, que permet per una banda una major superfície de per reaccions i més contacte amb l'exterior, i per altra menys gest energetic. Però trobem excepcions per bacteris més grans que eucariotes o més petits que els virus. És el cas de Epulopiscium fishelsoni, un bacteri de 500 micres que viu al tracte intestinal, un medi estable que li permet el luxe de tenir una menor relació superfície/volum. Un altre cas es el de Thiomargarita namibiensis, de 750 micres, que pot solventar aquesta mida degut a que presenta una vacuola de nitrat que redueix el contingut citoplasmatic. A mes presenta granuls de sofre, que son refringents. Posteriorment es va descobrir la Thiomargarita magnifica, encara més gran. O 6. La morfologia dels bacteris és diversa, poden ser cocs, bacils, espirils, espiroquetes, filamentoses, gemades o, menys comunament, peduculades. Com els microorganimes no tenen citoesquelet, la morfologia la determinen les proteïnes Fys-Z, MreB i crescentina.

• FtsZ: Li dona forma esférica als cocs i permet la divisió binaria que genera estreptococs o estafilococs. També es troba als bacils.

2/Bauils : FtsZ + MreB COLS : FTAZ espirito: crecentina-MreB: la seva presencia allarga la cèl·lula generant bacils. En presencia de MreB el bacteri no es pot dividir i només pot creixer en llargada. - Crescentina: genera les corbes que poden formar espirils o espiroquetes. Trobem cassos de arques quadrades o bacteris en forma d'estel.

7. MICROSCOPIA

Els microscopis composts tenen dos sistemes de lents i el seu poder de resolució ve determinat per la fórmula: d = N sina 0,5 2 El poder de resolució determina la distancia mínima diferenciable entre dos objectes. A menys poder de resolució, més distingibles son dos objectes propers. Cal disminuir la longitud d'ona (1), augmentar l'apertura numèrica (N sina) o augmentar l'index de refracció (N) o la meitat de l'angle de la lent (a). Amb l'oli, augmentem N, de manera que disminuïm el poder de resolució. A part del MO típic existeixen altres microscopis. Els de camp brillant, camp fosc (filtre de llum negativa) de contrast i de fluorescencia permeten veure estructures cel·lulars sense necessitat d'una tinció i per tant in-vivo. El microscopi electronic permet augmentar la resolució al disminuir la longitud d'ona (d=0,5) gràcies a un feix d'electrons a través d'un tub buit. La de transmissió té menys resolució i ens permet veure estructures internes i la d'escombrat dona una imatge amb relleu.

8. TINCIONS

Per observar material biologic al microscopi, aplicar tincions pot permetre un augment de contrast que faciliti la visualització i aporti informació de les estructures i características d'identificació. El proces s'inicia amb una extensió, es segueix amb una fixació i es finalitza amb la tinció. Depenent dels colorants que fem sevir i es podran identificar certes caracteristiques.

• Metilè: tenyeix totes les cellules de blau.
• Gram: tinció diferencial que ens permet distingir GP de GN.
• Ziehl-Neelsel: tinció diferencial especial per micobacteris, resistents a alcohols
• Tinció de capsules: tinció especial amb tinta xina i negativa, permet diferenciar les estructures que no es tenyeixen
• Verd de malaquita: tinció especial que serveix per tenyir espores
• Tinció de flagels: tinció especial que permet el moviment flagel·lar i engruixen aquestes estructures per que siguin visibles en MO.

TEMA 3. LA MEMBRANA PLASMATICA BACTERIANA

· Ribosomes 705 L. 300 r 505

1. INTRODUCCIÓ

La membrana plasmatica es una bicapa lipídica (mosaic fluid) que separa el citoplasma de l'exterior i filtra allò que traspassa (permeabilitat selectiva), això permet un gradient de protons que genera energia. Té una elevada concentració de proteïnes, per sobre de les eucariotes, degut a la funcionalitat de la membrana. Inclou Mg2+ i Ca2+, que estabilitzen les càrregues. Els fosfolipids que donen lloc a la bicapa lipídica estan formats per ag unit a un glicerol a través d'enllaços ester (procariotes i eucariotes) o èter (arqueà). El glicerol té un grup fosfat que al mateix temps està unit a grup organic. Els acids grassos formarien la cua hidrofobica i la resta el cap hidrofílic. Els àcids grassos poden ser saturats quan no tenen cap enllaç doble, o insaturats, quan tenen al menys un. Els insaturats generen membranes fluides i els saturats en generen de rigides. És per això que un bacteri potencia el ag insaturats quan les temperatures son baixes, i els ag saturats quan son elevades. · Ribosomes # ruava de road. · No manté la forma