Introducción a la microbiología: métodos de observación y estructura de microorganismos

Introducción a la Microbiología

Tema 1 Introducción a la microbiología. Métodos de observación y estructura de los microorganismos.

1. Introducción. Por que es importante estudiar Microbiología? Un poco de historia: Refutación de la teoría de la generación espontánea: Pasteur. Teoría microbiana de la enfermedad: postulados de Koch.
2. Métodos de observación. Fundamentos de microscopia óptica. Mejora y ajuste del contraste en microscopia óptica. Microscopia electrónica.
3. Estructura bacteriana. Por qué es importante estudiar la estructura bacteriana. Principales diferencias entre eucariotas y procariotas. Consecuencias del pequeño tamaño y unicelularidad de las bacterias. Estructuras bacterianas: estructuras externas. La pared celular. Diferencias entre bacterias Gram positivas y negativas. La cápsula. Los flagelos y pili. Estructuras bacterianas: estructuras citoplasmáticas. La membrana plasmática. El DNA bacteriano. Cuerpo de inclusión y endosporas.

Árbol Filogenético de la Vida

CIntroducción Árbol Filogenético de la Vida

• Tres dominios: Bacterias, Arqueas y Eucariotas (Woese, 1990).
• Las Bacterias y Arqueas carecen de un núcleo delimitado por membrana (células procariotas).

PROCARIOTAS EUCARIOTAS Bacteria Archaea Eukarya Animales Entamoebae Hongos mucosos Euryarchaeota Methanosarcina Hongos Mitocondria Plantas Proteobacterias Bacterias gram- positivas Crenarchaeota Thermoproteus Methano- bacterium Halófilos extremos Cloroplasto Pyrodictium Thermoplasma Cianobacterias Thermococcus Flavobacterias Crenarchaeotas marinas Pyrolobus Methanopyrus Tricomónadas Thermotoga Thermodesulfobacterium Microsporidios Aquifex Diplomónadas (Giardia) Ancestro común universal Árbol filogenético universal basado en secuencias de genes del rRNA (Brock). Ciliados Methano- coccus Flagelados Bacterias verdes no del azufre

Estructura Bacteriana

Importancia del Estudio de la Estructura Bacteriana

Introducción Estructura bacteriana ¿ Por qué estudiarla?

• Estructuras complejas. Contienen proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.
• Las bacterias (procariotas) y las células humanas (eucariotas) presenten algunas estructuras diferentes que es crucial para desarrollar terapias antibacterianas.
• Las diferencias son menores entre los hongos patógenos (eucariotas) y las células humanas, lo que complica el descubrimiento de compuestos antifúngicos.

El estudio de las estructuras microbianas es crucial para entender y "controlar" su crecimiento. Membrana citoplasmática Núcleo Pared celular Membrana interna Mitocondria

Diferencias entre Procariotas y Eucariotas

Introducción Estructura bacteriana Procariotas vs Eucariotas Cell wall Cytoplasmic membrane Nucleoid John Bozzola and M.T. Madgan Cytoplasm Bacteria Plasmid Ribosomes H.König and KO.Setter (a) Prokaryotic cell Archaea Cell wall Cytoplasmic membrane Mitochondrion Nuclear membrane Nucleus Ribosomes Endoplasmic reticulum Cytoplasm Golgi complex Eukarya S.F. Caiti and TD. Brock (b) Eukaryotic cell

Comparación de Células Procarióticas y Eucarióticas

Introducción Estructura bacteriana Procariotas vs Eucariotas Célula de levadura (Eukarya) -8 pm de diámetro E. coli Levadura Núcleo Célia de Escherichia coli (Bacteria) -1x3pm Células Procariotas frente a Eucariotas

*Incluye mitocondrias, complejo de Golgi y retículo endoplasmico. 1.000 nm (1 jam)

Consecuencias del Tamaño Bacteriano

Introducción Estructura bacteriana Consecuencias r = 1 um r = 1 pm Área de la superficie (4Tt/2) = 12,6 um2 Volumen ( πr3) = 4,2 μm3 Surperficie =3 Volumen r = 2 pm r = 2 um Área de la superficie = 50,3 µm2 Volumen = 33,5 um3 Superficie Volumen 1,5 Mayor valor S/V (células pequeñas):

• Mayor intercambio de nutrientes, crecimiento más rápido.
• Más divisiones, más replicaciones del DNA, más mutaciones, mayor velocidad evolutiva.

Size matters!

Tamaño y Volumen de Células Procarióticas

Tamaño de los Procariotas Tabla 4.1 Tamaño y volumen de células procarióticas, de mayor a menor

Características Morfológicas de las Bacterias

Características morfológicas de las bacterias Coccus: spherical (Streptococcus) Bacillus: rod-shaped (Bacillus) Spirochete: snake-like (Treponema) Coccobacillus: oval (Bordetella pertussis) Filamentous: mold-like (Nocardia, Actinomyces) Diplococci: paired cells (Neisseria) Cocci in chains (Streptococcus) Grape-like clusters (Staphylococcus) Las bacterias se describen por su forma y la disposición de las células entre sí. Características morfológicas de las bacterias Oscillatoria (una cianobacteria) 8 × 50 um Bacillus megaterium 1,5 × 4 um 0 Escherichia coli 1 x3 um Streptococcus pneumoniae 0,8 um diámetro Haemophilus influenzae 0,25 x 1,2 pm Anabaena (cyanobacteria) Filamentos (o colonias) rodeadas por una vaina mucilaginosa que proporciona una barrera protectora y permite el intercambio de materiales entre las células.

Clasificación de la Estructura Celular Bacteriana

Introducción Estructura bacteriana Clasificación La estructura celular bacteriana ESTRUCTURAS BACTERIANAS Superficiales: · Pared celular (Obligado) · Membrana citoplasmática (O) · Cápsula (Facultativo) · Capa mucosa o slime (F) Apéndices: · Flagelos (F) · Pili (F) Internas: · Citoplasma (O) · Nucleoide (O) · Ribosomas (O) · Inclusiones (O) · Esporas (F) ADN PLÁSMIDO RIBOSOMA ADN PARED CELULAR MEMBRANA DE PLASMA MES CITOPLASMA O FLAGELO PILI

La Pared Celular Bacteriana

Introducción Estructura bacteriana Pared celular La Pared Celular

• En procariotas, hongos (y plantas).
• Estructura que es esencial para su supervivencia.

Gram- Membrana externa Membrana citoplasmática Peptidoglicano Levadura 500 nm Funciones: · Protege a la célula de ser lisada por la presión osmótica. · Determina la forma de la célula bacteriana o fúngica. · Propiedades patogénicas (adhesión a células, contiene toxinas) · Actúa como barrera frente a algunas moléculas (p.ej. resistencia sales biliares) H2O C Gram+ Peptidoglicano Membrana citoplasmática

La Tinción de Gram

Introducción Estructura bacteriana Pared celular La tinción de Gram Hans Christian Joachim Gram (1850-1938) Division septum Outer membrane Peptidoglycan layer (Pili) (Capsule) (Capsule) Cytoplasmic membrane Inclusion body Inclusion body 88 Peptidoglycar layer Porin proteins Cytoplasmic membrane Ribosome Ribosome Surface proteins Chromosome (Flagellum) (Flagellum) GRAM-POSITIVE GRAM-NEGATIVE Gram-Positive Staphylococcus aureus Step 1 Crystal violet Step 2 Gram iodine Step 3 Decolorizer (alcohol or acetone) Step 4 Safranin red Gram-Negative Escherichia coli 0 0 0 0 C - 10μm 9 C Periplasmic space

Diferencias entre Bacterias Gram-positivas y Gram-negativas

Introducción Estructura bacteriana Pared celular Las diferencias entre bacterias Gram+ y Gram- La pared celular es más compleja en las bacterias gramnegativas que en las grampositivas.

• Las estructuras internas y la membrana plasmática son similares en todas las bacterias.

Plasma membrane Mesosome Division septum Capsule Capsule mmmmm Outer membrane Inclusion body Peptidoglycan layer Cell wall peptidoglycan - Cell wall Lipoprotein Periplasmic space Ribosome Chromosome Flagellum Surface proteins Flagellum Gram-positive Gram-negative VS Rosenthal & Tan. 2011. Rapid Review Microbiology and Immunology. Elsevier

Componentes de la Pared Celular Gram+ vs. Gram-

Introducción Estructura bacteriana Pared celular La Pared Celular - Gram+ vs. Gram-

GlcNAc: N-acetilglucosamina MurNAc: N-acetilmuramico Cytoplasmic membrane Structural and enzymatic proteins

Pared Celular: Gram+ vs. Gram- Detalle

Introducción Estructura bacteriana Pared celular La Pared Celular: Gram+ vs. Gram- Lipopolysaccharide Pore D(porin proteins) Outer membrane Periplasmic space Cytoplasmic membrane Lipoprotein Nutrient-binding protein Carrier protein Peptidoglycan

GlcNAc: N-acetilglucosamina MurNAc: N-acetilmuramico