MICROBIOLOGÍA

1. MICROORGANISMOS

Los microorganismos (MO) son un grupo de organismos muy variados que comparten su pequeño tamaño, por lo que se necesita un microscopio (óptico o electrónico) para verlos. 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: diversidad, biología, ecología, evolución,... Existen cinco grupos de MO no relacionados entre sí: bacterias, algas, hongos, protozoos y virus (y otras estructuras). Las bacterias son procariotas; las algas, hongos y protozoos, eucariotas; y los virus (y demás), acelulares.

1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROORGANISMOS

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.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS

MICROORGANISMOS

La Tierra tiene unos 4.540 millones de años y la vida más antigua (formada por MO similares a bacterias), unos 3.800 millones de años. Las cianobacterias y la fotosíntesis aparecieron probablemente unos 1.000 millones de años después, contribuyendo a una enorme diversificación microbiana. Actualmente, 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 (Last Universal Common Ancestor), el último antepasado común universal.

3. VIRUS

Los primeros indicios de virus 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 (veneno) a estos patógenos al creerse que era un líquido. En 1935, Wendell Stanley, aisló el virus del mosaico del tabaco, permitiendo sus estudio. Las técnicas actuales permiten verlos y estudiarlos en profundidad. 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 (forma extracelular), la partícula vírica se denomina virión, es inerte y similar a un mineral. Dentro de una célula (forma intracelular), el ácido nucleico se libera, se inserta en el genoma celular y controla su maquinaria metabólica para inducir la fabricación de nuevos virus.

3.1. ESTRUCTURA DE LOS VIRUS

ÁCIDO NUCLEICO Mientras los procariotas y eucariotas presentan siempre ADN como material genético, los virus tienen ácidos nucleicos con características peculiares: Puede ser ADN o ARN, pero nunca ambos. Puede ser monocatenario (mc, ss) o bicatenario (bc, ds). Puede ser circular o lineal. Puede constar de una única molécula o de varias de ellas (genoma fragmentado) como en el virus de la gripe. Pueden llevar una única copia o dos copias idénticas de su genoma (retrovirus). Pueden tener cadenas positivas o plus (+) (el genoma vírico tiene la misma polaridad que el ARNm vírico producido en la infección), o cadenas negativas o minus (-) (la secuencia de bases es complementaria del ARNm). Los ácidos nucleicos bicatenarios son a la vez positivos y negativos (+/-). Los ácidos nucleicos víricos contienen bases no habituales, como la 5-hidroximetilcitosina (en lugar de C) y el 5- hidroximetiluracilo (en lugar de U). CÁPSIDA La cápsida rodea y protege al ácido nucleico. Juntos forman la nucleocápsida vírica. La cápsida está formada por subunidades proteicas llamadas capsómeros, que pueden componerse de un único tipo de proteína o, más habitual, de varias cadenas peptídicas. MORFOLOGÍA DE LA CÁPSIDA La forma de la cápsida es variable, pero puede clasificarse en tres tipos básicos: Helicoidales: cilindros huecos, rígidos o flexibles, con capsómeros de un único tipo de proteína. Poliédricas: cápsidas con forma de poliedro regular, normalmente un icosaedro. Con capsómeros formados por 3 proteínas diferentes. Complejas: cápsidas con estructuras adicionales (colas, vainas, fibras, espículas) con funciones específicas. Tienen cápsida (cabeza) icosaédrica o prismática y una cola cilíndrica o muy compleja. 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. Proteínas: codificadas por el genoma viral. Muchas son glucoproteínas, sobresalen de la membrana formando espículas y tienen carácter antigénico. 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. Neuraminidasas: para romper enlaces glucosídicos de glucoproteínas y glucolípidos de las membranas del hospedador. Lisozima: degrada la pared bacteriana y rompe la célula al terminar la infección. Polimerasas: para la transcripción del genoma vírico a ARNm. Retrotranscriptasa o transcriptasa inversa: transcribe el ARN vírico a ADN intermediario.

3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS

Aunque existe una clasificación oficial ICTV (Comité Internacional de Taxonomía de Virus), existen diversos criterios de clasificación: 1. Según la estructura de la cápsida: Helicoidales: cápsida helicoidal que envuelve al ácido nucleico. Rabia, Ébola , mosaico del tabaco. Poliédricos: cápsida poliédrica, generalmente icosaédrica. Adenovirus y poliovirus. Complejos: estructura muy compleja. Así, los bacteriófagos, presentan una cápsida poliédrica (cabeza), una cola cilíndrica y, muchas veces, una placa basal con fibras articuladas, espículas y ganchos de anclaje a la célula huésped. Los poxvirus tienen una estructura compleja diferente y aún no bien conocida. 2. Según la presencia o ausencia de envoltura: Virus envueltos: tienen envoltura. Pueden ser helicoidales con envoltura (gripe) o poliédricos con envoltura (herpes simple). Virus desnudos: carecen de envoltura. 3. Según la célula infectada: Bacteriófagos (fagos ): infectan a bacterias. Virus animales: infectan células animales. Virus vegetales: infectan células vegetales. 4. Según el ácido nucleico: Virus de ADN: ds (doble cadena) o ss (cadena sencilla). Virus de ARN: ds, ss, +, - con o sin retrotranscriptasa.

3.3. CICLO VIRAL

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, penetración y descapsidación, biosíntesis, ensamblaje y liberación. a. Fijación o adsorción: los viriones colisionan por azar con una célula huésped y se fijan a su superficie gracias a receptores celulares complementarios de moléculas de la cápsida o envoltura víricas. Ciertos virus animales y vegetales no tienen sitios fijos de unión. b. Penetración y descapsidación: consiste en la entrada total o parcial de la estructura del virión. Depende del tipo de virus y de hospedador. Virus envueltos: penetran por fusión de la cubierta vírica con la membrana celular, liberando la cápsida desnuda al citoplasma; o pueden entrar por endocitosis, formando un endosoma que liberará después la cápsida. Virus desnudos: entran en la célula por penetración directa, liberando el ácido nucleico al interior celular y quedando normalmente la cápsida fuera. La descapsidación es la separación del ácido nucleico de la envoltura proteica. Como se ha visto, depende del tipo de penetración, pudiendo ser simultánea o posterior a la misma. c. Biosíntesis: en esta fase se dan la replicación del ácido nucleico, la transcripción a ARNm y la traducción para formar proteínas víricas (capsómeros, enzimas, etc). Mientras esto sucede, la célula puede estar haciendo sus funciones normales, por lo que a este periodo se le llama eclipse. La replicación depende del tipo de ácido nucleico. En virus con ADN es una copia simple. En virus con ARN (retrovirus) puede llevarse a cabo mediante una retrotranscriptasa. En todo caso, el ADN vírico formado se integrará en el ADN celular y se duplicará, transcribirá y traducirá por los mecanismos habituales en la célula. El proceso de biosíntesis puede realizarse en el citoplasma o en el núcleo, según la célula infectada. Toda la energía y materiales son aportados por la célula huésped. d. Ensamblaje o encapsidación: los distintos componentes víricos se autoensamblan, formando nuevos viriones en el interior celular. e. Liberación: el virus sale al exterior celular. Virus desnudos: se liberan por lisis, rompiendo la membrana celular con enzimas específica, con lo que la célula huésped muere. Virus envueltos: se liberan por exocitosis o gemación, llevándose parte de la membrana celular para formar la nueva envoltura.

3.4. CICLO LÍTICO Y LISOGÉNICO

Según la duración del periodo de eclipse se distinguen dos tipos de ciclos virales: lítico y lisogénico. El ciclo lítico, virulento o normal, es el descrito y conlleva generalmente la muerte celular. Estos virus se denominan virus virulentos. En el ciclo lisogénico, temperado o avirulento los virus no salen al exterior y no causan la muerte celular. Son virus atenuados, lisogénicos o atemperados. Los virus lisogénicos 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. La célula se llama célula lisogénica. El profago puede permanecer latente indefinidamente o durante un cierto tiempo, activándose entonces el ciclo lítico. Durante el ciclo lisogénico la célula no puede ser infectada por otro virus del mismo tipo: inmunidad a la superinfección. Virus lisogénicos son los bacteriófagos y ciertos virus animales como los de las verrugas y algunos retrovirus (virus del SIDA).

4. VIROIDES Y PRIONES

Viroides y priones son los agentes infecciosos más pequeños conocidos.

4.1. VIROIDES

Son moléculas pequeñas de ARN de cadena simple, circular y desnudo. Carecen de proteínas o lípidos. Se consideran una etapa primitiva de los virus. Los viroides no codifican proteínas. Se desconoce su forma de actuación, pero parece ser que interfieren en el “splicing” de las células eucariotas. Hasta ahora se conocen unos 300 viroides, todos patógenos de vegetales, como el del tubérculo filiforme de la patata, del exocortis de los cítricos o del atrofiamiento del tomate.

4.2. PRIONES

Los priones (de protein infection) son glucoproteínas de estructura anómala que ocasionan enfermedades neurodegenerativas transmisibles. La estructura primaria de los priones es idéntica a la de la proteína normal, pero en su plegamiento se altera su estructura secundaria y terciaria, formando una proteína anómala que tiene la capacidad de inducir esta anomalía en las proteínas no priónicas. Los priones afectan al sistema nervioso central, ocasionando encepalopatías espongiformes en humanos y ganado. Prácticamente todos los priones conocidos afectan a mamíferos: enfermedad de Creutzfeldt-JaKob, síndrome de Gerstmann–Sträussler–Scheinker y kuru en humanos; enfermedad de las vacas locas (encefalopatía espongiforme bovina) en vacas; scrapie o tembladera en ovejas y cabras, etc. Se sospecha que tienen un papel en el Parkinson, el Alzheimer, la esclerosis lateral amiotrófica y otras.

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