MICROBIOLOGÍA

MICROORGANISMOS

Los microorganismos (MO) son un grupo de organismos muy variados que comparten su pequeño tamaño. Entre los microorganismos encontramos formas celulares (bacterias, hongos, protozoos) y acelulares (virus, viroides, priones). La microbiología es la ciencia que estudia todos los aspectos relacionados con los MO. Existen cinco grupos de MO no relacionados entre sí: bacterias, algas, hongos, protozoos y virus. Las bacterias son procariotas; las algas, hongos y protozoos, eucariotas; y los virus, acelulares.

La mayoría de las características que comparten los MO se deben a su pequeño tamaño. A medida que disminuye el volumen de un cuerpo, la proporción de área superficial en contacto con el medio se hace mayor, y viceversa. El pequeño volumen permite que enzimas y reactivos estén muy próximos, acelerando las reacciones metabólicas. Su elevada capacidad de intercambiar nutrientes y desechos con el medio hace que alteren rápidamente su entorno. Su elevado metabolismo les permite una reproducción acelerada, pudiendo una bacteria llegar a reproducirse cada 20 minutos.

La clasificación de los seres vivos se basa en buena parte en el estudio de los componentes moleculares de los organismos. Estudiando las secuencias del ARNr en numerosos organismos se ha logrado establecer el árbol evolutivo de los seres vivos. Este árbol está formado por tres grandes ramas denominadas dominios: Eubacteria (verdaderas bacterias), Archaea (arqueobacterias) y Eukarya (eucariotas). Todos ellos derivan de un antepasado común, más sencillo, denominado LUCA.

En cuanto a los virus, los primeros indicios de estos datan de finales del siglo XIX, cuando se vio que los extractos de plantas de tabaco, infectadas por la enfermedad del mosaico, seguían siendo patógenos tras atravesar filtros para bacterias. Se empezó a llamar virus a estos patógenos al creerse que era un líquido. En 1935, Wendell Stanley, aisló el virus del mosaico del tabaco.

Los virus son formas acelulares microscópicas, formados por un ácido nucleico y una envoltura proteica. Son parásitos intracelulares obligados, ya que no pueden reproducirse por sí mismos. Fuera de una célula se denomina virión. Dentro de ella, el ácido nucleico se libera, se inserta en el genoma celular y controla su maquinaria metabólica para inducir la fabricación de nuevos virus. Su estructura es:

• Ácido nucleico: los virus tienen ácidos nucleicos con características peculiares:
• Puede ser ADN o ARN.
• Puede ser monocatenario o bicatenario.
• Puede ser circular o lineal.
• Puede constar de una única molécula o de varias de ellas.
• Pueden llevar una única copia o dos copias idénticas de su genoma.
• Pueden tener cadenas positivas o plus o cadenas negativas o minus. Los ácidos nucleicos bicatenarios son a la vez positivos y negativos (+/-).
• Los ácidos nucleicos víricos de contienen bases no habituales.
• Cápsida: rodea y protege al ácido nucleico. Juntos forman la nucleocápsida vírica. Está formada por subunidades proteicas llamadas capsómeros. La forma de la cápsida es variable, pero puede clasificarse en helicoidales (cilindros huecos, rígidos o flexibles, con capsómeros de un único tipo de proteína), poliédricas (cápsidas con forma de poliedro regular con capsómeros formados por 3 proteínas diferentes) y complejas (cápsidas
  
  con estructuras adicionales con funciones específicas, tienen cápsida icosaédrica o prismática y una cola cilíndrica).
• Envoltura o cubierta: algunos virus presentan una envoltura membranosa que rodea la cápsida y está formada por una bicapa lipídica obtenida al abandonar a la célua huésped y proteínas, generalmente glucoproteínas. Esta envoltura les permite a los virus que la poseen reconocer a la célula huésped y penetrar en ella.
• Enzimas: aunque los viriones son metabólicamente inertes, algunos de ellos llevan enzimas para facilitar el proceso de infección, como neuraminidasas, lisozimas, polimerasas o retrotranscriptasas.

Para clasificar a los virus, aunque existe una clasificación oficial ICTV, existen diversos criterios de clasificación:

• Según la estructura de la cápsida: helicoidales (Rabia, Ébola, mosaico del tabaco), poliédricos (adenovirus y poliovirus) y complejos (bacteriófagos).
• Según la presencia o ausencia de envoltura: virus envueltos o desnudos.
• Según la célula infectada: bacteriófagos, virus animales y vegetales.
• Según el ácido nucleico: virus de ADN yde ARN.

Un virión debe invadir una célula huésped para poder multiplicarse. El ciclo viral es el conjunto de procesos por el que pasa el virión hasta dar lugar a otros muchos viriones idénticos. Puede dividirse en varias fases:

• Fijación o adsorción: los viriones colisionan por azar con una célula huésped y se fijan a su superficie gracias a receptores celulares.
  
• Penetración y descapsidación: consiste en la entrada total o parcial de la estructura del virión. Depende del tipo de virus y de hospedador. Los virus envueltos penetran por fusión de la cubierta vírica con la membrana celular, y los desnudos entran en la célula por penetración directa, liberando el ácido nucleico al interior celular.
• Biosíntesis: en esta fase se dan la  replicación del ácido nucleico, la transcripción a ARNm y la traducción para formar proteínas víricas. La replicación depende del tipo de ácido nucleico. El proceso de biosíntesis puede realizarse en el citoplasma o en el núcleo.
• Ensamblaje o encapsidación: los distintos componentes víricos se autoensamblan, formando nuevos viriones en el interior celular.
• Liberación: el virus sale al exterior celular. Los virus desnudos se liberan por lisis y los virus envueltos se liberan por exocitosis o gemación.

Según la duración del periodo de eclipse se distinguen dos tipos de ciclos virales: lítico ( es el descrito y conlleva generalmente la muerte celular, estos virus se denominan virus virulentos) y lisogénico (los virus no salen al exterior y no causan la muerte celular, son virus atenuados; se encuentran el el interior celular en forma de provirus o profagos, es decir, su ácido nucleico está incorporado al ADN celular y se multiplica con él).

Viroides (moléculas pequeñas de ARN de cadena simple, circular y desnudo, no codifican proteínas,

se desconoce su forma de actuación, pero parece ser que interfieren en el “splicing” de las células eucariotas) y priones (son glucoproteínas de estructura anómala, su estructura primaria es idéntica a la de la proteína normal, pero en su plegamiento se altera su estructura secundaria y terciaria, formando una proteína anómala; afectan al sistema nervioso central, ocasionando encepalopatías espongiformes transmisibles en humanos y ganado) son los agentes infecciosos más pequeños conocidos.

BACTERIAS

Las bacterias son los seres vivos más pequeños conocidos. Incluye MO muy diversos, unicelulares procariotas. Se encuentran en cualquier tipo de ambiente y presentan todos los tipos posibles de nutrición.

A pesar de su simplicidad estructural, las bacterias presentan formas muy diversas. En general son unicelulares, pero a veces quedan unidas tras la división celular. Además, algunas forman grandes colonias agrupadas en biofilms o biopelículas. Los modelos morfológicos más característicos son cocos, bacilos, espirilos, espiroquetas, vibrios, bacterias filamentosas y bacterias con apéndices.

La estructura de las bacterias es más simple que la de eucariotas: 

• Pared bacteriana: envuelve y protege a la célula, dándole forma y rigidez. Salvo los micoplasmas, está formada principalmente por peptidoglucanos o mureínas. La estructura de la pared permite distinguir dos tipos de bacterias: bacterias Gram positivas (G+) y bacterias Gram negativas (G-).
• Membrana celular: es similar a las membranas plasmáticas eucariotas y con las mismas funciones. Las bacterias G- existen dos membranas, interna y externa. Las G+ solo tienen membrana interna.
• Citoplasma: sustancia rodeada por la membrana plasmática. Está compuesto de agua (80%),
  
  proteínas, glúcidos, lípidos e iones. En el citoplasma hay diferentes estructuras: ribosomas (síntesis de proteínas), inclusiones (orgánulos de reserva), estructuras membranosas, nucleoide (contiene el cromosoma bacteriano formado por ADN de doble cadena, circular y asociado a proteínas no histónicas) y plásmidos (pequeñas moléculas de ADN bicatenario circular capaces de duplicarse de forma independiente del cromosoma, si bien pueden integrarse en éste). Existen varios tipos de plásmidos: episomas, plásmidos conjugativos y plásmidos no conjugativos.
• Otras estructuras como cápsula o glucocálix (protege de ambientes adversos), fimbrias (sirven de adherencia a sustratos vivos o inertes), pili sexuales (participan en la conjugación), endosporas (permite que las bacterias sobrevivan millones de años) y flagelos (sirven para el movimiento).

Las bacterias se reproducen asexualmente, por división simple. Sin embargo, tienen varios mecanismos de intercambio de genes entre diferentes individuos, incluso entre especies diferentes. Esta transferencia horizontal de genes constituye los procesos parasexuales, llamados así para diferenciarlos de la verdadera reproducción sexual, que es un intercambio vertical, entre progenitores y descendientes. Existen tres mecanismos básicos de intercambio de genes:

• Transformación: las bacterias captan fragmentos de ADN desnudo.
• Transducción: transferencia de material genético de una bacteria a otra mediante un fago que actúa como vector.
• Conjugación: una bacteria donadora transmite un fragmento de ADN a una bacteria receptora a través de los pili sexuales. Podría considerarse un tipo de endosimbiosis, pero también podría entenderse como un parasitismo.

La microbiología industrial cultiva MO para realizar transformaciones químicas u obtener productos comerciales. Actualmente se emplean tres grupos de MO en la industria: bacterias (principalmente actinomicetes para obtener antibióticos y lactobacilos en la industria láctea); mohos y levaduras. En microbiología industrial se llaman fermentaciones a todos los procesos de los MO que permiten la obtención de sustancias comerciales, aunque no sean realmente una fermentación. Las fermentaciones se realizan en grandes tanques llamados fermentadores o biorreactores. Entre los usos industriales destacan la fabricación de sustancias químicas, curado y curtido, alimentos fermentados, ecología, farmacia, agricultura, biología, genética y bioquímica.

En la industria alimentaria se usan levaduras, casi siempre se utiliza alguna variedad de la levadura Saccharomyces cerevisiae y se utilizan para fabricar alcohol, bebidas alcohólicas (como el vino, cuyo proceso consta de cuatro fases: prensado/aplastado, fermentación, trasiego y maduración), pan, vitaminas y factores de crecimiento. Para ello se utilizan fermentadores alimentados por residuos de la industria del azúcar de caña y remolacha. También se usan bacterias de ácido láctico, principalmente, para la fabricación de queso, que requiere varias etapas, cuajado y maduración.

En Extremadura existen numerosos productos con Denominación de Origen (D.O.), un certificado de su región de procedencia y condiciones de elaboración. Entre ellos están los vinos (Ribera del Guadiana) y los quesos (queso de la Serena, queso Ibores y torta del Casar).

Fuente: BioGeo