Diferencia estructural entre bacterias Gram-positivas y Gram-negativas

Bacterias Gram-positivas (+)

• Poseen una pared celular gruesa y rígida compuesta por múltiples capas de peptidoglicano.
• Contienen ácidos teicoicos.
• Presentan ácidos lipoteicoicos, que atraviesan el peptidoglicano y se anclan a la membrana plasmática.

Bacterias Gram-negativas (-)

• Tienen una capa muy delgada de peptidoglicano.
• Poseen una membrana externa (por fuera de la pared) que actúa como barrera física y antifagocitaria.
• Presentan un espacio periplásmico entre la membrana interna y la externa.

Biosíntesis del Peptidoglicano (PG)

1. Etapa Citoplasmática: Se sintetizan los monosacáridos NAG (N-acetilglucosamina) y NAM (ácido N-acetilmurámico); estos se activan uniéndose a UDP. Luego, se añaden secuencialmente cuatro aminoácidos al NAM.
2. Transporte: El complejo disacárido-pentapéptido se transfiere a un transportador lipídico en la membrana plasmática llamado bactoprenol. Este realiza un movimiento de «flip-flop», translocando los componentes desde el citoplasma hacia el exterior de la célula.
3. Transglucosidación: Una vez fuera de la membrana, los disacáridos se unen mediante enlaces β(1,4) para formar cadenas lineales largas de NAG-NAM.
4. Transpeptidación: Se forman enlaces cruzados entre las cadenas de aminoácidos para dar rigidez a la estructura. Este paso final es el sitio de acción de los antibióticos β-lactámicos.

Metabolismo Bacteriano

• Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas con consumo de energía. Los nutrientes del medio exterior son convertidos en componentes celulares. Es la fuente de energía primaria para proteínas, membranas y estructuras.
• Catabolismo: Moléculas grandes y complejas son descompuestas en moléculas más pequeñas y sencillas, liberándose energía en el proceso. Genera energía en forma de ATP para la pared celular, proteínas y ácidos nucleicos.

Crecimiento Bacteriano

Fases del Crecimiento

• Fase de Latencia (o Adaptación): En esta etapa, el número de bacterias no aumenta. Las células están acomodando su metabolismo a las nuevas condiciones ambientales, sintetizando enzimas y componentes necesarios para iniciar la división.
• Fase Exponencial (o Logarítmica): Es el periodo de crecimiento más rápido. Las bacterias se dividen de manera constante y el número de células aumenta logarítmicamente. En esta fase, las bacterias son fisiológicamente muy activas y es cuando se determina el tiempo de generación (G), que es el tiempo necesario para que la población se duplique.
• Fase Estacionaria: El crecimiento neto se detiene porque la velocidad de división iguala a la de muerte. Esto ocurre debido al agotamiento de nutrientes esenciales y a la acumulación de metabolitos secundarios tóxicos.
• Fase de Muerte (o Declinación Logarítmica): El número de bacterias viables disminuye progresivamente debido a las condiciones adversas del medio, que ya no puede sostener la vida celular.

Factores Ambientales

• Temperatura: El rango óptimo se sitúa entre los 35°C y 37°C (similar a la temperatura corporal humana).
• pH: Prefieren ambientes con un pH externo neutro, típicamente entre 5.5 y 8.5.
• Oxígeno: Las bacterias aerobias obligadas requieren oxígeno para la respiración, utilizando enzimas como la superóxido dismutasa (SOD) y la catalasa para neutralizar subproductos tóxicos del oxígeno.
• Disponibilidad de Agua (Aw): Requieren una alta actividad de agua (agua libre disponible). Una baja Aw detiene el metabolismo celular, aunque especies como S. aureus pueden tolerar niveles más bajos (halotolerantes).

Sistemas de Cultivo

• El sistema cerrado permite calcular la eficiencia de una cepa, predecir cuánto tiempo tardará en colonizar un medio y entender la cinética de producción de toxinas o enzimas.
• El sistema abierto o cultivo continuo (como el quimiostato) se utiliza industrialmente para mantener a las bacterias indefinidamente en la fase exponencial mediante el aporte constante de nutrientes.

Postulados de Koch

1. El agente patógeno debe estar presente en los animales enfermos y ausente en los sanos.
2. El agente debe aislarse y cultivarse en un medio puro.
3. El patógeno cultivado debe causar la misma enfermedad al inyectarse en un animal sano.
4. El patógeno debe aislarse de los animales inyectados y debe ser igual al obtenido inicialmente.

Transferencia Horizontal de Genes

Este es un proceso que permite a las bacterias intercambiar material genético y adaptarse rápidamente a nuevos entornos.

• Adquisición de factores de virulencia: Una cepa de E. coli de la flora normal puede adquirir genes de virulencia o islas de patogenicidad provenientes de otras bacterias. Estos genes nuevos le otorgan capacidades que antes no tenía, como la producción de toxinas o la capacidad de invasión tisular.
• Mecanismo de Conjugación: Este es el método más probable de transferencia en entornos clínicos. Mediante el contacto directo (frecuentemente a través de un pili sexual), una bacteria donante transmite un plásmido conjugativo a la E. coli de la flora normal. Los plásmidos son fragmentos de ADN extracromosomal que pueden portar genes específicos para la producción de toxinas o resistencia a antibióticos.
• Nuevas estructuras de adherencia: El material genético adquirido puede codificar estructuras como fimbrias o pili. Estas permiten que la bacteria se adhiera con fuerza a la mucosa intestinal, colonice el epitelio e inicie un proceso infeccioso que deriva en diarrea.
• Diferenciación de cepas: Aunque pertenezcan a la misma especie, una cepa se distingue por poseer rasgos genéticos únicos.

Estructuras Bacterianas y sus Funciones

• Pared Celular (PC): Es una estructura compleja y semirrígida responsable de la configuración y forma de la célula.
• Membrana Plasmática (MP): Es una bicapa lipídica que actúa como una barrera selectiva semipermeable.
• Flagelo: Es un apéndice filamentoso cuya función principal es proporcionar motilidad a la bacteria.
• Fimbrias: Intervienen en la adherencia a las superficies y células del hospedador.
• Pili: Intervienen en el proceso de conjugación bacteriana.
• Citoplasma: Matriz donde ocurren la mayoría de las reacciones metabólicas celulares.
• Nucleoide: Región que contiene el material genético (ADN cromosómico).
• Plásmidos: ADN extracromosomal circular que otorga ventajas adaptativas, como la resistencia a antibióticos y la producción de toxinas.
• Ribosomas (70S): Encargados de la síntesis de proteínas.
• Cápsula / Glucocálix: Capa externa que ofrece protección contra la fagocitosis y la deshidratación, además de facilitar la adhesión y servir como reserva de nutrientes.
• Endosporas: Formas de reposo altamente resistentes que permiten a ciertos bacilos sobrevivir a condiciones extremas de temperatura, desecación y agentes químicos.
• Cuerpos de inclusión: Gránulos insolubles que funcionan como material de reserva de energía o nutrientes (como glucógeno o azufre).