Introducción a las Bacterias: Los Primeros Pobladores del Planeta

La célula bacteriana fue una de las primeras pobladoras del planeta y son, seguramente, las formas de vida más pequeñas. Sin embargo, son las que más han evolucionado, dando lugar a diversos organismos, entre ellos la célula eucariota y, por ende, a nosotros mismos. Recuerda la teoría endosimbiótica de la unidad 2, en ella se explicaba el posible origen de mitocondrias y cloroplastos a partir de bacterias primitivas que fueron endocitadas por otros microorganismos, con los que establecieron una relación simbiótica.

Las bacterias son organismos unicelulares procariotas que se dividen por fisión binaria y con un tamaño que oscila entre 1 y 10 micrómetros (µm). Están adaptadas a vivir en cualquier ambiente.

Morfología Bacteriana: Tipos y Agrupaciones

Morfológicamente, las bacterias presentan formas características que, en ocasiones, pueden estar influidas por las condiciones del medio en el que habitan.

Tipos Morfológicos de Bacterias

• Si presentan forma redondeada, se denominan cocos, los cuales pueden agruparse de dos en dos (diplococos), en grupos de cuatro (tetracocos), formar cadenas lineales (estreptococos) o estructuras con forma de racimo (estafilococos).
• Si su forma es alargada, de bastón, reciben el nombre de bacilos.
• Si presentan forma de coma, se denominan vibrios.
• Si tienen forma helicoidal rígida, se les llama espirilos, y si es flexible, espiroquetas.

Agrupación y Cultivo Bacteriano

Son unicelulares, pero pueden aparecer agrupadas, manteniéndose unidas tras la bipartición y formando colonias.

Para poder estudiar las bacterias se utilizan preparados artificiales líquidos o sólidos, conocidos como medios de cultivo, en los que pueden crecer. Estos medios de cultivo deben presentar una serie de condiciones óptimas, tales como temperatura, grado de humedad, presión de oxígeno y un pH adecuado (grado correcto de acidez o alcalinidad), que permitan una actividad bacteriana óptima.

Nutrición Bacteriana: Fuentes de Energía y Carbono

Las bacterias, al igual que el resto de los seres vivos, realizan tres funciones básicas: nutrición, relación y reproducción.

La función de nutrición posibilita las reacciones metabólicas que permiten a la bacteria obtener energía y el suministro de materiales para la síntesis celular.

Clasificación Nutricional de las Bacterias

En función de la fuente de energía utilizada, las bacterias pueden clasificarse de la siguiente manera:

• Si la energía procede de radiaciones luminosas, se las denomina bacterias fototrofas, que a su vez pueden ser:
  • Fotoautótrofas: utilizan la luz como fuente de energía y el CO₂ como fuente de carbono. Ejemplo: bacterias purpúreas.
  • Fotoheterótrofas: la fuente de energía es la luz y utilizan biomoléculas como fuente de carbono. Ejemplos: Rodospirillum y Chloroflexus.
• Si la energía se desprende a partir de moléculas químicas en reacciones biológicas de óxido-reducción, se las denomina bacterias quimiotrofas, que a su vez pueden ser:
  • Quimioautótrofas: si la captación de energía química es a partir de sustancias inorgánicas y la fuente de carbono es CO₂.
  • Quimioheterótrofas: captación de energía química a partir de sustancias orgánicas. La fuente de carbono es una molécula orgánica.

Estructura y Envolturas Bacterianas: Un Vistazo al Interior

La ultraestructura de las bacterias, al ser organismos procariotas, requiere para su estudio el uso del microscopio electrónico.

Capas que Envuelven a las Bacterias

Se distinguen tres estructuras principales: la cápsula, la pared bacteriana y la membrana plasmática.

• La Cápsula Bacteriana: es una capa que se forma en la parte externa de la pared de la mayoría de las bacterias. Está compuesta por azúcares y protege de la desecación, del ataque de los anticuerpos del hospedador y de la fagocitosis por los glóbulos blancos, lo que aumenta la virulencia de las bacterias encapsuladas.
• La Pared Bacteriana: es la envoltura responsable de la estructura rígida de la bacteria, protegiéndola de fenómenos osmóticos. Puede llegar a constituir hasta el 40% del peso seco de la bacteria y, dependiendo del tipo de bacteria, puede presentar diferentes capas.
  

  Diferenciación entre Bacterias Gram Positivas y Gram Negativas

  En función de la estructura y composición de la pared bacteriana, se diferencian las bacterias Gram positivas de las Gram negativas.

  Gram inventó esta tinción al tratar de diferenciar dos tipos de bacterias causantes de la neumonía. Mediante esta tinción, las bacterias se separan en dos grupos: Gram positivas (que aparecen coloreadas de púrpura-azul) y Gram negativas (que aparecen de color rojo).

  Una de las características que diferencia a las bacterias Gram positivas de las Gram negativas es el espesor de la pared bacteriana: en las bacterias Gram negativas es más delgada (10-15 nm) que la de las Gram positivas (20-25 nm). Además, existen otras diferencias esenciales en cuanto a su composición.

  Características del Peptidoglucano

  Ambos tipos de bacterias presentan un heteropolímero, conocido como peptidoglucano o mureína —que aparece coloreado en verde y es más espeso en Gram positivas—, el cual es responsable de la rigidez de la pared bacteriana. Este compuesto rodea a toda la célula y está formado por tres componentes:

  1. N-acetilglucosamina (NAG).
  2. Ácido N-acetilmurámico (NAM).
  3. Péptido de cuatro aminoácidos o tetrapéptido, algunos de los cuales son D-aminoácidos.

  Diferencias Estructurales Clave

  Bacterias Gram Negativas

  En las bacterias Gram negativas, el peptidoglucano representa tan solo el 10% de la pared. En ellas, esta molécula se dispone en una sola capa delgada, comprendida entre dos membranas: una interna y otra externa.

  En las Gram negativas aparecen diferentes capas:

  • Membrana externa.
  • Lipoproteínas.
  • Espacio periplásmico.
  • Peptidoglucano.
  • Membrana interna.

  Las Gram negativas tienen una capa delgada de peptidoglucano, que se encuentra unida a una membrana externa a través de unas lipoproteínas. La membrana externa es una bicapa de fosfolípidos, proteínas y lipopolisacárido.

  Bacterias Gram Positivas

  En las bacterias Gram positivas, el peptidoglucano representa hasta el 90% de la pared y forma una red que origina varias capas superpuestas que constituyen una estructura gruesa y rígida.

  Las Gram positivas contienen una sola capa y, además, llevan ácidos teicoicos (que contienen glicerol o ribitol fosfatos) y ácidos lipoteicoicos, los cuales se unen al peptidoglucano o a la membrana citoplasmática.

  Impacto de los Antibióticos en la Pared Bacteriana

  Los antibióticos, como la penicilina o la cefalosporina, se unen a la pared bacteriana e impiden que esta se sintetice de manera adecuada. Al no tener la pared bacteriana su estructura correcta, se vuelve poco rígida y estalla por ósmosis. Otros antibióticos alteran la estructura de la membrana plasmática, impiden la síntesis del ácido nucleico o la síntesis de proteínas bacterianas, entre otros mecanismos.

  Funciones de la Pared Bacteriana

  La pared bacteriana realiza, como es sabido, funciones tales como dar forma a la bacteria, prevenir la lisis osmótica, regular el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la bacteria, o conferir capacidad antigénica.

• La Membrana Plasmática: rodea la célula, actuando como una barrera selectiva. Es una bicapa similar a la membrana de eucariotas, pero no presenta colesterol.

  Esta membrana presenta hacia el interior de la célula una serie de plegamientos de diferentes formas —esféricas, tubulares, laminares y ramificadas— conocidos como mesosomas. En ellos abundan las enzimas que intervienen en diversos procesos, como la duplicación del ADN, la respiración o fermentación, y la fotosíntesis.

Componentes del Citoplasma Bacteriano

El citoplasma o matriz citoplasmática es la sustancia englobada por la membrana plasmática. Se encuentra formada fundamentalmente por agua (80%), enzimas, glúcidos, lípidos e iones, y en él se dan la mayor parte de las reacciones vitales para la célula.

Carece de citoesqueleto, pero contiene:

Elementos Principales del Citoplasma

• Ribosomas 70S (formados por ARN y proteínas); aparecen libres en el citoplasma o unidos a la parte interna de la membrana plasmática.
• Región nuclear o nucleoide;
• Cromosoma bacteriano de ácido nucleico.
• Plásmidos: moléculas pequeñas de ADN en círculos cerrados.
• Inclusiones;
• Gránulos de volutina.
• Gotas lipídicas.
• Polisacáridos.
• Magnetosomas.

Detalle de los Componentes Citoplasmáticos

1. Ribosomas: son semejantes a los de los eucariotas, aunque de menor tamaño (70S) —como ya se vio en temas anteriores—, compuestos por una subunidad pequeña de 30S y otra mayor de 50S. Son los encargados de la síntesis de proteínas.
2. Inclusiones: son una gran variedad de granulaciones que, generalmente, constituyen un depósito de sustancias de reserva, como por ejemplo:
   • Gránulos de volutina: acúmulos de polifosfatos.
   • Gotas lipídicas: triglicéridos.
   • Polisacáridos: almidón y glucógeno.
   • Magnetosomas: algunas bacterias acuáticas contienen magnetita en sus inclusiones, lo que les permite orientarse en los campos magnéticos. Estas bacterias presentan un movimiento dirigido según las líneas del campo magnético, que se denomina magnetotaxis.
3. Nucleoide y Plásmidos: la célula bacteriana no presenta un núcleo verdadero, pero sí un nucleoide o región nuclear. Esta es una región concreta del citoplasma, de forma irregular y menos densa que el citoplasma circundante, que contiene el cromosoma bacteriano y, frecuentemente, unidades de replicación autónoma denominadas plásmidos.
   • Cromosoma bacteriano: las bacterias son organismos haploides. Poseen un solo cromosoma formado por una doble hélice de ADN circular asociado a ciertas proteínas no histonas.
   • Plásmidos: pequeñas moléculas circulares de doble cadena de ADN. Están presentes en muchos tipos bacterianos y son capaces de existir y replicarse independientemente del cromosoma bacteriano o pueden estar integrados en este. Aunque la información genética que contienen no es esencial para el crecimiento y la reproducción, los plásmidos pueden llevar genes que aportan a la bacteria una ventaja selectiva.

Reproducción y Variabilidad Genética Bacteriana

Reproducción Asexual: Bipartición

El proceso de reproducción bacteriana es por bipartición, una forma de división asexual por la que se obtienen dos bacterias hijas que son genéticamente idénticas a la bacteria madre de la que provienen.

Si las condiciones del medio en las que viven dichas bacterias cambian drásticamente, toda esa población bacteriana podría morir, ya que son clones.

Mecanismos de Variabilidad Genética

Las bacterias pueden cambiar; este hecho puede deberse a dos fenómenos diferentes. Por un lado, a la gran cantidad de mutaciones que pueden darse en su material genético. Por otro, los cambios en las bacterias también pueden darse por un fenómeno llamado procesos parasexuales.

Procesos Parasexuales en Bacterias

Existen tres mecanismos parasexuales en las bacterias:

• Conjugación: el paso de material genético se realiza, a través de los pilis, de una bacteria donadora a otra aceptora. En la conjugación, la bacteria que actúa como donadora (y a la que se denomina bacteria F+, ya que presenta un plásmido F) transmite a través del pili el plásmido F o bien un fragmento de su ADN a otra bacteria que actúa como receptora, a la que se denomina F- por no tener el plásmido F. La bacteria F- se convierte así en F+ al adquirir el plásmido F, e incluso podrá adquirir genes de la bacteria F+ que hayan pasado junto al plásmido F.
• Transformación: una bacteria receptora capta una molécula o un fragmento de ADN desnudo que se encuentra libre en el medio donde vive, y lo incorpora a su cromosoma de forma heredable. En este proceso, una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio. No todas las bacterias pueden ser transformadas. Las que pueden serlo se dice que son competentes.
• Transducción: la transferencia de material genético de una bacteria a otra se realiza a través de un virus bacteriófago. En la transducción, los virus que participan son bacteriófagos, es decir, virus que infectan a bacterias. En este proceso, el paso de material genético de una bacteria a otra se realiza a través del virus, que por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y actúa como vector entre las dos bacterias.