Citología y morfología de Bacteria y Archaea, Facultad de Química

Citología y Morfología de Microorganismos

Citología y morfología. Bacteria y Archaea MICRO BIOLOGIA FQ 2023 Paula Rodríguez paularod@fq.edu.uy Área de Microbiología - DEPBIO Facultad de Química

Programa Teórico

1. Citología y morfología de microorganismos. Procariotas: Morfología celular. Estructuras celulares y funciones: membrana citoplasmática y pared celular. Otras estructuras: Endosporas, Flagelos, Cápsula e Inclusiones celulares.

Estructura macro y microscópica de hongos. Clasificación. Virus. Estructura y clasificación. Bacteriófagos.

1. Crecimiento microbiano. Crecimiento de poblaciones bacterianas. Etapas del crecimiento en cultivo cerrado. Cultivo continuo. Evaluación del crecimiento microbiano. Factores que afectan el crecimiento microbiano: nutrientes, oxígeno, pH, actividad de agua, potencial redox, temperatura, atmósfera. Categorías nutricionales en función de la fuente de energía y carbono. Adaptaciones a condiciones ambientales.

Bibliografía Recomendada

Tortora, Funke y Case. Microbiology: an introduction. Pearson, (13ª edición). 2021. Capítulos 1, 3 y 4. Madigan, Bender, Buckley, Sattley y Stahl. Brock Biology of Microorganisms. Global Edition (16 Edición). 2022. Capítulos 1 y 2. Willey, Sandman y Wood. Prescott's Microbiology. New York: McGraw-Hill. (11 edición) 2019. Capítulos 1, 2, 3 y 4.

Temario Clases 1 y 2

Introducción Generalidades de los microorganismos Morfología celular Estructura de Bacteria y Archaea: - Membrana citoplasmática - Pared celular - Otras estructuras: · Cápsula y capa mucosa · Fimbria · Pili · Flagelo · Inclusiones celulares · Endosporas

Introducción a la Microbiología

¿ Qué es la microbiología? ¿Qué son los microorganismos? ¿Desde cuándo están los microorganismos en nuestro planeta? ¿ Por qué nos interesa estudiar microbiología? ¿Qué lugares habitan los microorganismos en nuestro planeta?

Definición de Microbiología

Es la ciencia que estudia los microorganismos y sus actividades. Como ciencia biológica básica: aporta al conocimiento de las bases químicas y físicas de la vida. V Como ciencia biológica aplicada: participa en los avances en medicina, veterinaria, agricultura y en la industria. Animal Health Human Health Ecosystem Health Water & Waste Agriculture Natural Resources Food Biotechnology Industry Bioenergy Brock Biology of Microorganisms Pearson (2021)

Edades de Oro de la Microbiología

Se destacan 3 Edades de Oro de la Microbiología: Finales del siglo XIX y principios del XX: Se evidencia que los microorganismos son la causa de enfermedades infecciosas y agentes contaminantes de alimentos y de las aguas. Papel de la inmunidad en la prevención y curación de enfermedades. 1940 - 80: v Descubrimiento y desarrollo de gran cantidad de antibióticos. V Se establecen las bases bioquímicas y genéticas de la estructura, metabolismo y herencia de los procariotas. A partir de 1980: V Desarrollo de la biología molecular y la genómica. En la actualidad, surge el estudio de la relación simbiótica entre el animal o planta y su microbiota asociada.

Características de los Microorganismos

En general, organismos que no pueden verse a simple vista. Mayoría unicelulares. Incluye algas, hongos, protozoarios, bacterias y virus. 90 mm 0.01 mm (10 p.m) 2 mm (b) Paul V. Dunlap Paul V. Dunlap (c) 100 nm 1 x 10-7m 1 um 1 x 10-0m 10 p.m 1 x 10-5m 100 μm 1 x 10-4m Nucleus Nucleus Circovirus Pandoravirus Mycoplasma Yeast Influenza A virus Flagella T4 bacteriophage Giganthauma Nanoarchaeum Haloquadratum Methanosarcina Magnetoglobus Epulopiscium Cell envelope Escherichia coli Spirochaetes Cytoplasm Proteins Pelagibacter Flexibacter Cyanobacteria Nucleoid >0.2 nm Electron microscopy >0.2 pm Light microscopy >100 um Visible Brock Biology of Microorganisms Pearson (2021) Tobacco mosaic virus Nanoflagellates Paramecium Diatoms Ignicoccus Ribosome (a)

Estudio de la Microbiología

Organismos y entidades biológicas estudiadas por los microbiólogos Celular Acelular Hongos Protistas Bacterias Arqueas @McGraw-Hill Education/Stephen Durr, photographer T. D. Brock Ej. levaduras y hongos filamentosos Ej. Algas, Protozoarios, mohos Ej. Bacillus Ej. Metanógenas subtilis Virus Viroides Priones CDC/PHIL, Tesom Harrestt https://www.nationalgeogra phicla.com/ciencia/ TEM 20 nm Compuestos de Proteínas y ácidos nucleicos ARN Proteínas

Microorganismos y Microscopía

En general son organismos microscópicos. No pueden verse a simple vista, al menos en parte de su ciclo. Cápside Cola Fibras de la cola Existen como células aisladas, agrupaciones celulares o como entidades que contienen ácidos nucleicos capaz de replicarse. Incluye algas, hongos, protozoarios, bacterias, arqueas y virus. MICROSCOPÍA

Rangos de Microscopía

Rangos de microscopía Eritrocitos LM F 6 um Escherichia coli SEM 1 pm Bacteriófago T4 (virus) ADN AFM 10 nm Microscopio de fuerza atómica 0.1nm-10nm AFM Microscopio electrónico de transmisión 10pm-1um TEM Microscopio electrónico de barrido 10nm-1nm SEM Microscopio óptico 200nm-10nm LM Visión ocular ≥ 200um Rango de organismos presentados 1 m 0.1 m 1 cm 1 mm 100 pm 10 pm 1 pm 100 nm 10 nm 1 nm 0.1 nm 10 pm Tortora Microbiology an introduction (2021) Garrapata TEM 60 nm Tamaño actual

Tipos de Microscopios

Microscopio · Ojo humano -Resolución máxima 0.2 mm (200 um) · Microscopio óptico -Resolución máxima 0.2 um (200 nm) · Microscopio electrónico -Resolución máxima 0.5 nm T .

Microscopio Óptico Compuesto

Ocular Aumento 100×, 400 x, 1.000 x Trayectoria de la luz Imagen visualizada Objetivo Platina Condensador Dispositivo de enfoque Luz ZEISS Aumento y resolución (0,2 um) Contraste 10x Lente ocular Imagen Intermedia (Invertida respecto de la muestra) 10x. 40× 0 100 x (aceite) t Lente objetivo Muestra Lente condensadora Fuente de luz Ninguno Brock Biology of Microorganisms Pearson (2021)

Ampliación y Resolución en Microscopía Óptica

¿Como se logra una gran ampliación (1000*) con una buena resolución? Luz no refractada Lente de objetivo de aceite de inmersión Sin aceite de inmersión, la mayor parte de la luz se refracta y se pierde Aceite de inmersión Aire Portaobjeto Lentes de condensador Condensador Diafragma Fuente de luz Tortora Microbiology an introduction (2021)

Microscopio Óptico: Campo Claro

Campo claro Ojo Lente del ocular Lente del objetivo Muestra Lente del condensador Luz Tortora Microbiology an introduction (2021) . Brock Microorganismos pigmentados: el propio color del organismo añade contraste Brock Biology of Microorganisms Pearson (2021) Para mejorar el contraste: cambiar el índice de refracción de las muestras de la de su medio. Tinción

Microscopio Óptico: Contraste de Fases y Campo Oscuro

Contraste de fases Ojo Ojo Penacho flagelar Lente del ocular Placa de difracción Norbert Pfennig Luz no difractada, no alterada por la muestra Lente del objetivo Únicamente la luz reflejada por la muestra es capturada por el lente del objetivo Luz difractada, alterada por la muestra Luz no difractada Muestra Lente del condensador Diafragma anular Disco opaco Luz Campo oscuro Penacho flagelar R. Jarosch Luz Tortora Microbiology an introduction (2021)

Microscopía de Fluorescencia

Microscopía de fluorescencia Microorganismos que emiten fluorescencia de forma natural bajo UV. Uso de fluoróforos. Los microorganismos teñidos con un fluoróforo que se examinan bajo un microscopio de fluorescencia con una fuente de luz UV, aparecen como luminiscentes y brillantes sobre un fondo oscuro: · DAPI (4,6-diamidino-2-fenilindol) · Auramina O CABEZA TORAX ABDOMEN Bacteroides, células eucariotas llenas de bacterias RW. Castenholz Verde - bacterias intracelulares Azúl - ADN del núcleo eucariota > Usos en: · Diagnóstico clínico microbiológico · Ecología microbiana https://www.labmedica.com/microbiology/article s/294764959/lung-pathogens-detected-faster-by- molecular-based-method.html

Microscopía Tridimensional

Microscopía de contraste por interferencia diferencial (DIC). Nucleus a M.T. Madigan b Linda Bamett and James Barnett Observación de Saccharomyces cerevisiae en microscopía de campo claro (a) y DIC (b) Microscopia confocal. a Subramanian Karthikeyan b Gernot Arp and Christian Boeker, Carl Zeiss, Jena (a) Imagen confocal de la comunidad microbiana en un biofilm. (b) Imagen confocal de una cianobacteria filamentosa en un lago alcalino. Brock Biology of Microorganisms Pearson (2021)

Microscopía Electrónica

Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM)

Fuente de electrones Electron gun Electron gun Primary electron beam Electron beam Electromagnetic lenses Electromagnetic condenser lens Viewing screen Specimen Electromagnetic objective lens Electron collector Secondary electrons Electromagnetic projector lens Specimen Viewing screen Amplifier Membrana citoplasmática Septo Pared celular DNA (nucleoide) de la célula a Stanley C. Holt b F.R. Turner (a) Micrografía TEM de un corte fino de una célula bacteriana en división. (b) Micrografía SEM de células bacterianas Tortora Microbiology an introduction (2021) Cámara de vacío Vía para la muestra Pantalla de visualizació

Microscopio Electrónico de Barrido (SEM)

¿Qué lugares habitan los microorganismos en nuestro planeta? Stomach (pH 2, 104 cells/g) Small intestine (pH 4-5, up to 108 cells/g) Serrati Capsu Plastic Large intestine (pH 7, about 1011 cells/g) SEM

Importancia del Estudio de la Microbiología

¿ Por qué nos interesa estudiar microbiología? Salud 1900 Influenza and pneumonia Tuberculosis Gastroenteritis Heart disease Stroke Kidney disease Accidents Cancer Infant diseases Diphtheria 0 100 200 Deaths per 100,000 population Alimentos DANNON Cancer Pulmonary disease Accidents Stroke Alzheimer's disease Diabetes Influenza and pneumonia Kidney disease Infectious disease Suicide Nonmicrobial disease 0 100 200 Deaths per 100,000 population Agricultura N2 + 8 H Joe Burton Plant matter Wastes N2 fixation Nutrients 2 NH3 Soil + H2 Decomposition Energía Cellulose GLUCOSE Cornstarch Fermentation ETHANOL vinegar 2 Ethanol + 2 CO2 GLUCOSE 2 Acetic acid HHAXIN Propionic acid + Acetic acid + CO2 KOMBUCHA Biotecnología Soybean plant Today Heart disease 2 Lactic acid

Historia de los Microorganismos en la Tierra

¿Desde cuándo están los microorganismos en nuestro planeta? Mammals Humans Vascular plants Origin of Earth (4.6 bya) Animals Present Earth sterile ~1 bya 4 bya Bacteria and Archaea Oxygen present Phototrophic bacteria Bacterias púrpuras del azufre o bacterias verdes del azufre Norbert Pfennig Norbert Pfennig 3 2 bya bya Oxygen absent Eukarya LUCA Bacteria and Archaea diverge ~3.8 bya Archaea Eukarya diverge from Archaea ~2.0 bya Eukarya Thomas D. Brock Last Universal Common Ancestor (LUCA) Bacteria Cyanobacteria Transition to an oxygenated atmosphere Microbial life rms only f La línea de tiempo de la vida en la Tierra muestra que el 80 % de la historia de la vida fue exclusivamente microbiana.