Son seres generalmente unicelulares que pertenecen al
grupo de los
protistos inferiores. Son células de
tamaño variable cuyo límite inferior está en
las 0,2m y el
superior en las 50m
; sus dimensiones medias oscilan entre 0,5 y
1m . Las
bacterias
tienen una estructura
menos compleja que la de las células de
los organismos superiores: son células
procariotas (su núcleo está formado por un
único cromosoma y carecen de membrana nuclear). Igualmente
son muy diferentes a los virus, que no
pueden desarrollarse más dentro de las células y
que sólo contienen un ácido nucleico.
Las bacterias
juegan un papel
fundamental en la naturaleza y en
el hombre: la
presencia de una flora bacteriana normal es indispensable, aunque
gérmenes son patógenos. Análogamente tienen
un papel
importante en la industria y
permiten desarrollar importantes progresos en la investigación, concretamente en fisiología celular y en genética.
El examen microscópico de las bacterias no
permite identificarlas, ya que existen pocos tipos
morfológicos, cocos (esféricos), bacilos
(bastón), espirilos (espiras) y es necesario por lo tanto
recurrir a técnicas que se detallarán más
adelante. El estudio mediante la microscopia óptica
y electrónica de las bacterias
revela la estructura de
éstas.
Estructura y fisiología de las bacterias.
Estructura de superficie y de
cubierta.
· La
cápsula no es constante. Es una capa gelatinomucosa
de tamaño y composición variables que
juega un papel
importante en las bacterias patógenas.
· Los
cilios, o flagelos, no existen más que en
ciertas especies. Filamentosos y de longitud variable,
constituyen los órganos de locomoción. Según
las especies, pueden estar implantados en uno o en los dos polos
de la bacteria o en todo su entorno. Constituyen el soporte de
los antígenos "H". En algunos bacilos gramnegativos
se encuentran pili, que son apéndices más
pequeños que los cilios y que tienen un papel
fundamental en genética
bacteriana.
· La
pared que poseen la mayoría de las bacterias
explica la constancia de su forma. En efecto, es rígida,
dúctil y elástica. Su originalidad reside en la
naturaleza
química
del compuesto macromolecular que le confiere su rigidez. Este
compuesto, un mucopéptido, está formado por cadenas
de acetilglucosamina y de ácido murámico sobre las
que se fijan tetrapéptidos de composición variable.
Las cadenas están unidas por puentes peptídicos.
Además, existen constituyentes propios de las diferentes
especies de la superficie.
La diferencia de composición bioquímica
de las paredes de dos grupos de
bacterias es responsable de su diferente comportamiento
frente a un colorante formado por violeta de genciana y una
solución yodurada (coloración Gram). Se distinguen
las bacterias grampositivas (que tienen el Gram
después de lavarlas con alcohol) y las
gramnegativas (que pierden su
coloración).
Se conocen actualmente los mecanismos de la
síntesis de la pared. Ciertos antibióticos pueden
bloquearla. La destrucción de la pared provoca una
fragilidad en la bacteria que toma una forma esférica
(protoplasto) y estalla en medio hipertónico
(solución salina con una concentración de 7 g. de
NaCI por litro).
· La
membrana citoplasmática, situada debajo de la
pared, tiene permeabilidad selectiva frente a las sustancias que
entran y salen de la bacteria. Es soporte de numerosas enzimas, en
particular las respiratorias. Por último, tiene un
papel
fundamental en la división del núcleo bacteriano.
Los mesosomas, repliegues de la membrana, tienen una gran
importancia en esta etapa de la vida bacteriana.
Estructuras internas.
· El
núcleo lleva el material genético de la bacteria;
está formado por un único filamento de ácido
desoxirribonucleico (ADN) apelotonado
y que mide cerca de 1 mm de longitud (1000 veces el tamaño
de la bacteria).
· Los
ribosomas son elementos granulosos que se hallan
contenidos en el citoplasma bacteriano; esencialmente compuestos
por ácido ribonucleico, desempeñan un papel
principal en la síntesis proteica.
· El
citoplasma, por último, contiene inclusiones de
reserva.
La división celular bacteriana.
La síntesis de la pared, el crecimiento
bacteriano y la duplicación del ADN regulan la
división celular. La bacteria da lugar a dos células
hijas. La división empieza en el centro de la bacteria por
una invaginación de la membrana citoplasmática que
da origen a la formación de un septo o tabique
transversal. La separación de las dos células va
acompañada de la segregación en cada una de ellas
de uno de los dos genomas que proviene de la duplicación
del ADN
materno.
Espora bacteriana.
Ciertas bacterias grampositivas pueden sintetizar
un órgano de resistencia que
les permite sobrevivir en condiciones más desfavorables, y
se transforma de nuevo en una forma vegetativa cuando las
condiciones del medio vuelven a ser favorables. Esta espora, bien
estudiada gracias a la microscopia electrónica, contiene la información genética
de la bacteria la cual está protegida mediante dos
cubiertas impermeables. Se caracteriza por su marcado estado de
deshidratación y por la considerable reducción de
actividades metabólicas, lo que contrasta con su riqueza
enzimática. La facultad de esporular está sometida
a control
genético y ciertos gérmenes pueden perderla. La
germinación de las esporas es siempre espontánea.
Da lugar al nacimiento de una bacteria idéntica al germen
que había esporulado.
Nutrición y crecimiento
bacterianos.
Las bacterias necesitan de un aporte energético
para desarollarse.
· Se
distinguen distintos tipos nutricionales según la fuente
de energía utilizada: las bacterias que utilizan la
luz son
fotótrofas y las que utilizan los procesos de
oxirreducción son quimiótrofas. Las bacterias
pueden utilizar un sustrato mineral (litótrofas) u
orgánico (organótrofas). Las bacterias
patógenas que viven a expensas de la materia
orgánica son quimioorganótrofas.
· La
energía en un sustrato orgánico es liberada en la
oxidación del mismo mediante sucesivas deshidrogenaciones.
El aceptor final del hidrógeno puede ser el
oxígeno: se trata entonces de una respiración. Cuando el aceptor de
hidrógeno es una sustancia orgánica (fermentación) o una sustancia
inorgánica, estamos frente a una anaerobiosis.
·
Además de los elementos indispensables para la
síntesis de sus constituyentes y de una fuente de
energía, ciertas bacterias precisan de unas sustancias
específicas: los factores de crecimiento. Son
éstos unos elementos indispensables para el crecimiento de
un organismo incapaz de llevar a cabo su síntesis. Las
bacterias que precisan de factores de crecimiento se llaman
"autótrofas". Las que pueden sintetizar todos sus
metabolitos se llaman "protótrofas". Ciertos factores son
específicos, tal como la nicotinamida (vitamina B,)
en Proteus. Existen unos niveles en la exigencia de las
bacterias. Según André Lwoff, se pueden distinguir
verdaderos factores de crecimiento, absolutamente indispensables,
factores de partida, necesarios al principio del crecimiento y
factores estimulantes. El crecimiento bacteriano es proporcional
a la concentración de los factores de crecimiento.
Así, las vitaminas, que
constituyen factores de crecimiento para ciertas bacterias,
pueden ser dosificadas por métodos
microbiológicos (B12 y Lactobacillus lactis
Doraren).
Se puede medir el crecimiento de las bacterias siguiendo
la evolución a lo largo del tiempo del
número de bacterias por unidad de volumen. Se
utilizan métodos
directos como pueden ser el contaje de gérmenes mediante
el microscopio o el
contaje de colonias presentes después de un cultivo de una
dilución de una muestra dada en
un intervalo de tiempo
determinado. Igualmente se utilizan métodos
indirectos (densidad óptica
más que técnicas bioquímicas).
Existen seis fases en las curvas de crecimiento. Las
más importantes son la fase de latencia (que depende del
estado
fisiológico de los gérmenes estudiados) y la fase
exponencial, en la que la tasa de crecimiento es máxima.
El crecimiento se para como consecuencia del agotamiento de uno o
varios alimentos, de la
acumulación de sustancias nocivas, o de la evolución hacia un pH
desfavorable: se puede obtener una sincronización en la
división de todas las células de la población, lo que permite estudiar ciertas
propiedades fisiológicas de los
gérmenes.
Genética bacterian a.
Por la rapidez en su multiplicación, se eligen
las bacterias como material para los estudios genéticos.
En un pequeño volumen forman
enormes poblaciones cuyo estudio evidencia la aparición de
individuos que tienen propiedades nuevas. Se explica este
fenómeno gracias a dos procesos
comunes a todos los s o, traducidas por la
aparición brusca eres vivos: las variaciones del
genotipo de un carácter transmisible a la
descendencia, y las variaciones fenotípicas,
debidas al medio, no transmisibles y de las que no es apropiado
hablar en genética.
Las variaciones del genotipo pueden provenir de mutaciones, de
transferencias genéticas y de modificaciones
extracromosómicas.
Las mutaciones.
Todos los caracteres de las bacterias pueden ser objeto
de mutaciones y ser modificados de varias maneras.
Las mutaciones son raras: la tasa de
mutación oscila entre 10 y 100. Las mutaciones aparecen en
una sola vez, de golpe. Las mutaciones son estables: un
carácter adquirido no puede ser perdido salvo en caso de
mutación reversible cuya frecuencia no es siempre
idéntica a las de las mutaciones primitivas. Las
mutaciones son espontáneas:no son inducidas, sino
simplemente reveladas por el agente selectivo que evidencia los
mutantes. Los mutantes, por último, son
específicos: la mutación de un
carácter no afecta a la de otro.
El estudio de las mutaciones tiene un interés
fundamental. En efecto, tiene un interés
especial de cara a la aplicación de dichos estudios a los
problemas de
resistencia
bacteriana a los antibióticos. Análogamente tiene
una gran importancia en los estudios de fisiología bacteriana.
Transferencias
genéticas.
Estos procesos son
realizados mediante la transmisión de caracteres
hereditarios de una bacteria dadora a una receptora. Existen
varios mecanismos de transferencia genética.
A lo largo de la transformación, la
bacteria receptora adquiere una serie de caracteres
genéticos en forma de fragmento de ADN. Esta
adquisición es hereditaria. Este fenómeno fue
descubierto en los pneumecocos en 1928.
En la conjugación, el intercambio de
material genético necesita de un contacto entre la
bacteria dadora y la bacteria receptora. La cualidad de dador
está unida a un factor de fertilidad (F) que puede ser
perdido. La transferencia cromosómica se realiza
generalmente con baja frecuencia. No obstante, en las poblaciones
F+, existen mutantes capaces de transferir los genes
cromosómicos a muy alta frecuencia.
La duración del contacto entre bacteria dadora y
bacteria receptora condiciona la importancia del fragmento
cromosómico transmitido. El estudio de la
conjugación ha permitido establecer los mapas
cromosómicos de ciertas bacterias. Ciertamente, la
conjugación juega un papel en la aparición en las
bacterias de resistencia a los
antibióticos.
La transducción es una transferencia
genética obtenida mediante introducción en una
bacteria receptora de genes bacterianos inyectados por un
bacteriófago. Se trata de un virus que infecta
ciertas bacterias sin destruirlas y cuyo ADN se integra en
el cromosoma bacteriano. La partícula fágica
transducida a menudo ha perdido una parte de su genoma que es
sustituida por un fragmento de gene de la bacteria
huésped, parte que es así inyectada a la bacteria
receptora. Según el tipo de transducción, todo gen
podrá ser transferido o, por el contrario, lo serán
un grupo de genes
determinados.
Variaciones
extracromosómicas.
Además de por mutaciones y transferencias
genéticas, la herencia
bacteriana pude ser modificada por las variaciones que afectan
ciertos elementos extracromosómicos que se dividen con
la
célula y son responsables de caracteres transmisibles:
son los plasmidios y episomas entre los cuales el
factor de transferencia de residencia múltiple juega un
papel principal en la resistencia a los
antibióticos.
Clasificación de las bacterias.
La identificación de las bacterias es tanto
más precisa cuanto mayor es el número de criterios
utilizados. Esta identificación se realiza a base de
modelos,
agrupados en familias y especies en la clasificación
bacteriológica. Las bacterias se reúnen en 11
órdenes:
– Las eubacteriales, esféricas o bacilares, que
comprenden casi todas las bacterias patógenas y las formas
fotótrofas.
– Las pseudomonadales, orden dividido en 10 familias
entre las que cabe citar las Pseudomonae y las
Spirillacae.
– Las espiroquetales (treponemas,
leptospiras).
– Las actinomicetales (micobacterias,
actinomicetes).
– Las rickettsiales.
– Las micoplasmales.
– Las clamidobacteriales.
– Las hifomicrobiales.
– Las beggiatoales.
– Las cariofanales.
– Las mixobacteriales.
Relaciones entre la bacteria y su
huésped.
Ciertas bacterias viven independientes e otros seres
vivos. Otras son parásitas. Pueden vivir en simbiosis con
su huésped ayudándose mutuamente o como comensales
(sin beneficio). Pueden ser patógenas, es decir, vivir de
su huésped.
La virulencia es la aptitud de un microorganismo para
multiplicarse en los tejidos de su
huésped (creando en ellos alteraciones). Esta virulencia
puede estar atenuada (base del principio de la vacunación)
o exaltada (paso de un sujeto a otro). La virulencia puede ser
fijada por liofilización. Parece ser función del
huésped (terreno) y del entorno (condiciones
climáticas). La puerta de entrada de la infección
tiene igualmente un papel considerable en la virulencia del
germen.
El poder
patógeno es la capacidad de un germen de implantarse en un
huésped y de crear en él trastornos. Está
ligada a dos causas:
– La producción de lesiones en los tejidos
mediante constituyentes de la bacteria, como pueden ser enzimas que ella
excreta y que atacan tejidos vecinos o
productos
tóxicos provenientes del metabolismo
bacteriano.
– La producción de toxinas. Se puede tratar
de toxinas proteicas (exotoxinas excretadas por la bacteria,
transportadas a través de la sangre y que
actúan a distancia sobre órganos sensibles) o de
toxinas glucoproteicas (endotoxinas), estas últimas
actuando únicamente en el momento de la destrucción
de la bacteria y pudiendo ser responsables de choques infecciosos
en el curso de septicemias provocadas por gérmenes
gramnegativos en el momento en que la toxina es
brutalmente liberada.
A estas agresiones microbianas, el organismo opone
reacciones defensivas ligadas a procesos de
inmunidad, mientras que el conflicto
huésped-bacteria se traduce por manifestaciones
clínicas y biológicas de la enfermedad
infecciosa.
Importancia de las bacterias.
Existen bacterias en todos los sitios. Hemos visto el
interés
de su estudio para la comprensión de la fisiológica
celular, de la síntesis de proteínas
y de la genética. Aunque las bacterias patógenas
parecen ser las más preocupantes, su importancia en la
naturaleza es
ciertamente menor. El papel de las bacterias no patógenas
es fundamental. Intervienen en el ciclo del nitrógeno y
del carbono,
así como en los metabolismos del azufre, del
fósforo y del hierro. Las
bacterias de los suelos y del las
aguas son indispensables para el equilibrio
biológico.
Por último, las bacterias pueden ser utilizadas
en las industrias
alimenticias y químicas: intervienen en la síntesis
de vitaminas y de
antibióticos.
Las bacterias tienen, por lo tanto, un papel fundamental
en los fenómenos de la vida, y todas las áreas de
la biología
han podido ser mejor comprendidas gracias a su
estudio.