Antología de Bacteriología

Instituto de estudios Superiores de la Sierra, Plantel Zacapoaxtla.

BACTERIOLOGÍA Y MICOLOGÍA MODULO 1 FT Y B IÓL. XAVIER R IVERA HERNÁNDEZ xavier.riv.her@gmail.com Introducción 3 El mundo de los microorganismos 3 Procariontes y eucariontes. 3 Archaea 4 Diferencias entre procarióntes y eucariontes 5 El universo bacteriano 6 Estructuras bacterianas 8 Plásmidos 8 La envoltura celular 8 Formas Bacterianas libres de pared 8 Flagelos 8 Pili (sinónimo: fimbrias) 9 Cápsulas y laminas viscosas () 9 Endosporas (esporas) 10 Palabras claves del tema 13 Pared celular, esporas y biosíntesis de macromoléculas 13 Envoltura celular 14 Envoltura de las Gram Positivas () 14 La envoltura celular de los Gram negativos () 15 Bacterias ácido alcohol resistentes y bacterias relacionadas (mycobacteria, nocardia y corynebacteria). 16 Membrana celular 17 Síntesis de las macromoléculas de la envoltura celular. 17 Lipopolisacárido 18 Endosporas 19 Nutricion, crecimiento y metabolismo de la energía 20 Requerimientos de Oxígeno 20 Requerimientos Nutricionales 21 Temperatura 21 pH 21 Mediciones de masa bacteriana en cultivos líquidos. 21 Metabolismo de azúcares (como un ejemplo de las rutas metabólicas). 22 Glicolisis (Ruta de Embden, Meyerhof y Parnas [EMP] ) 22 Respiración Anaeróbica 22

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Respiración Aeróbica 22 Fosforilación Oxidativa 22 Metabolismo de los acidos grasos 24 Antibióticos que afectan la pared celular 25 Palabras clave 25

Esterilization 26 Antibioticos 26 Inhibidores de la sintesis de pared celular 27 Penicilina 27 Polymyxin B 30 Antibióticos - síntesis de proteínas, síntesis de ácidos nucléicos y metabolismo 30 Principios y Definiciones 30 Revisión de la Síntesis de Proteínas y el Sitio de Acción de Antimicrobianos que Inhiben la Síntesis de Proteínas. 32 Inhibidores de la Síntesis de Proteínas (la mayoría bacteriostáticos) 33 Inhibidores de la Función y Síntesis de los Acidos Nucléicos 34 Antimicrobianos Antimetabolitos 35 Resistencia contra las drogas Antimicrobianas. 36 Cultivo e identificacion de agentes infecciosos 37 Identificación bacteriana en el diagnóstico del laboratorio contra taxonomía 37 Términos taxonómicos (clasificación) 38 Pasos para el aislamiento e identificación diagnóstica de bacterias 38 La tinción de Gram 39 Caracterización taxonómica de bacterias 41 Análisis químico 41 Análisis molecular 42 Diagnóstico rápido en ausencia de cultivo previo. 42 Intercambio de información genética 42 Palabras clave 42 Introducción 44 Mecanismos de transferencia genética en bacterias 45 Transformación 45 Transducción. 46 Conjugación 47 Elementos genéticos transponibles 50 Plásmidos 52 Mecanismos de regulación genética 53 Regulación de la expresión genética 53 Genes Inducibles - El Modelo del Operon 54 Genes Reprimibles - El Modelo del Operón. 57 Atenuación 58

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Regulación de la actividad enzimática. 60 Aspectos generales de la patogénesis bacteriana 60 Panorama general. 60 Postulados de Koch (modificados) 61 Transmisión 61

Adherencia 61 Penetración y diseminación 61 Sobrevivencia en el hospedero 62 Daño tisular 62 Exotoxinas 62 Endotoxinas 64 Inmunopatología 64 Algunos microrganismos de Interés Médico 65 Algunas exotoxinas de importancia 66

Introducción El mundo de los microorganismos La microbiología es el estudio de los microorganismos, que son pequeños organismos que viven a nuestro alrededor y dentro de nuestro cuerpo. Un organismo es un ser viviente que ingiere y descompone los alimentos para obtener energía y nutrientes, los alimentos no digeridos los excreta como residuos, y es capaz de reproducirse. Usted es un organismo y también lo son los perros, gatos, insectos y otras criaturas que se ven todos los días.

Un microorganismo es simplemente un organismo muy, muy pequeño que no puede ver a simple vista, pero que se sienten sus efectos cada vez que sus ojos se llenan de flujos acuosos y escurre moco como un grifo abierto en la nariz.

Usted lo llama un resfriado. En realidad, usted está bajo el asedio de un ejército de microorganismos que atacan las membranas dentro de su cuerpo. Los ojos llorosos y una nariz que moquea son las maneras en las que usted lucha por lavar a los microorganismos fuera de su cuerpo.

Los microorganismos son un componente clave de la guerra biológica, junto con las sustancias químicas que alteran la homeostasis. El ataque con ántrax que siguieron a los ataques terroristas del 9/11 ilustra claramente cómo un sobre con polvo de ántrax puede ser letal para las personas en un edificio de oficinas. El ántrax es una enfermedad causada por el microorganismo Bacillus anthracis, una bacteria que forma endosporas y se infiltra en el cuerpo por ingestión, contacto con la piel e inhalación. Una endospora es una bacteria en un estado inactivo que se forma dentro de una célula.

Afortunadamente, los incidentes de ataques biológicos con microorganismos han sido infrecuentes. Sin embargo, hay miles de microorganismos a nuestro alrededor que pueden ser tan mortales y debilitantes, como los microorganismos utilizados en la guerra a lo largo de la historia.

Las bacterias son las células de vida independiente más pequeñas y más versátiles que se conocen. Este módulo examina las características estructurales, metabólicas y genéticas que contribuyen a la ubicuidad y diversidad de este gran grupo de organismos. La temática se centra sobre todo en las características de las bacterias que les permiten causar enfermedad en humanos.

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Procariontes y eucariontes.

Las bacterias verdaderas (las cuales incluyen todas las bacterias que infectan al hombre) son miembros de un reino (Eubacteria, bacterias verdaderas). Por otra parte, otro grupo de microorganismos a menudo encontrado en ambientes extremos, forma un segundo reino (las archaebacteria, Archaea). Morfológicamente, los organismos de los dos reinos parecen similares, sobre todo por la ausencia de un núcleo y por tanto están clasificados como procariontes. Sin embargo, presentan entre ellos grandes diferencias bioquímicas. La mayoría de los Archaea vive en los ambientes tales como fuentes sulfurosas de agua caliente donde experimentan temperaturas tan altas como de 80°C y pH de 2, a estos se les llama termoacidófilos. Otros viven en medios ambientes que contienen metano (metanógenos) o resisten altas concentraciones de sal (halófilos extremos).

Archaea Con base en sus secuencias de ADN, parece que el reino Archaea y los eucariontes divirgieron del Eubacteria, antes de haber divergido entre ellos () y de alguna manera, las Archaea son bioquímicamente más parecidas a los eucariontes, que lo que puedan parecerse a las Eubacteria. Por ejemplo, la RNA polimerasa de las Archaea es un complejo, en términos del número de subunidades, como lo son las polimerasas nucleares eucariontes y existe considerable homología con algunas subunidades de los eucariontes. La estructura del promotor del gen de las Archaea es también mas parecida a las de los eucariontes, que a las de las Eubacteria. Aunque como las Eubacteria, las Archaea presentan operones y transcriben mRNA policistrónico. También existe similitud entre los factores de la síntesis de proteínas de las Archaea y los eucariontes, sugiriendo que los mecanismos de síntesis de proteínas de los eucariontes en general y el Archaea puedan ser similares. Los rRNAs 16s de las Eubacteria y de las Archaea son bastante diferentes a nivel de su secuencia de nucleótidos.

Taxonomía de los seres vivos Las Eubacterias (con excepción de los géneros Mycoplasma y Chlamydia) poseen peptidoglicano (sinónimos: mureína, mucopéptido, esqueleto de pared celular). El peptidoglicano, contiene un azúcar único el ácido murámico que no se encuentra en otros organismos en la naturaleza. Por otra parte, las Archaebacteria contienen pseudomureína, que es diferente en su estructura de la mureína Eubacteriana.

En vista del número creciente de similitudes entre las Archaea y los eucariontes, el término Archaebacteria ya casi no se utiliza y a todas las otras formas celulares de vida (que incluyen las plantas, animales y hongos), se les llaman eucariontes.

Los miembros de las Archaea no son patógenos de humanos y no se discutirán.

Semejanzas entre Archaea y los eucariontes

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Núcleo Nucleosomas/histonas Operones/RNAs policistrónicos Intrones

Eubacteria No

Archaea No

No Sí

Sí Sí

Eucariontes Sí: limitado por membrana Sí Sí

No

No

Sí

Proteína de unión a la caja de TATA Organelos

No

Sí

Sí

No

No

Sí: mitocondria, lisosomas, retículo endoplásmico etc.

Cromosomas

Uno Circular

Uno Circular

Más de uno

RNA Polimerasa

Una (simple)

Más de una (complejo)

Más de una (complejo)

Aminoácido iniciador de proteínas

N-formil metionina

Metionina

Metionina

Sensibilidad de la síntesis de proteínas ante la toxina diftérica

Insensible

Sensible

Sensible

Peptidoglucanos Síntesis de proteínas

Sí No No Los factores de iniciación proteínas ribosomales factores de alargamiento

Los de los Archaea se asemejan mas a los eucariontes que lo que se asemejan con las eubacterias.

Diferencias entre procarióntes y eucariontes

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La célula de los procarióntes, en contraste con la célula eucariónte, no es compartamentalizada. No están presentes, membranas nucleares, ni mitocondria, ni retículo endoplásmico, ni aparato de Golgi, ni fagosomas o lisosomas. (Figura 1b, 2 y 3). Los procarióntes generalmente poseen un sólo cromosoma circular. Debido a que no hay membrana nuclear, el cromosoma está unido a un sitio específico en la membrana celular - el mesosoma. Los ribosomas procarióntes son 70S (S representa la unidad de Svedberg, una medida de tamaño), mientras que ribosomas eucariontes son más grandes (80S). Las subunidades ribosomales procariontes son 30S y 50S (en los eucariontes son más grandes). La subunidad ribosomal 30S contiene RNA 16S, mientras que la subunidad ribosomal 50S contiene 23S y 5S. El RNA ribosomal es mayor en los eucariontes (por ejemplo. rRNA 18S contra 16S). Las membranas bacterianas generalmente no contienen esteroles (por ej., colesterol).

El prototipo de célula bacteriana

Comparación entre procariontes (Eubacteria) y eucariontes

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El universo bacteriano Entre los agentes infecciosos, las bacterias son los organismos más pequeños, capaces de vivir de manera independiente. Existen Individuos de diferentes especies de bacterias que colonizan o infectan a los seres humanos que se encuentra en el rango de 0,1 a 10 µm (1 µm = 10-6 m). La mayoría de las bacterias esféricas tienen un diámetro de 0,5 a 2 µm, y las células en forma de bastón son generalmente de 0,2 a 2 µm de ancho y de 1 a 10 µm de largo. Como se muestra en la , las bacterias se superponen en al menos una dimensión con grandes virus y algunas células eucariotas, pero son los únicos poseedores de la 1 - tamaño m.

Las bacterias están en el rango de 1 a 10 µ

Tamaño relativo de los microorganismos

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El pequeño tamaño y la naturaleza casi incolora de las bacterias requieren el uso de colorantes para la visualización al microscopio de luz o el uso de la microscopía electrónica. Las formas morfológicas más importantes son: esferas, bastones, varillas dobladas o curvas y espirales (). Las bacterias esféricas u ovaladas se llaman cocos (singular: coco) y normalmente se organizan en grupos o cadenas. Los bastones son llamados bacilos (singular: bacilo) y puede ser rectos o curvos. Los bacilos son pequeños y pleomórficos y a menudo semejan a los cocos, y son llamados cocobacilos. Las bacterias en forma de espiral pueden ser rígidos o flexibles y ondulantes.

Formas de las bacterias. A) Staphylococcus aureus , cocos en forma de racimos; microscopio electrónico de barrido (MEB). B) Estreptococos del grupo B, cocos dispuestos en cadenas; MEB. C) Especies de Bacillus, las barras rectas; tinción de Gram. D. espiroqueta, contraste de fase MEB. E) Vibrio, barras curvas, SEM.

Estructuras bacterianas A pesar de que comparadas con los eucariontes, estas carecen de complejidad, se pueden definir estructuras eubacteriales, aunque no todas las bacterias poseen cada uno de estos componentes.

Plásmidos Estas son moléculas de DNA extracromosomal, presentes generalmente en múltiples copias, que a menudo codifican para factores de patogenicidad y factores de resistencia a antibióticos. Algunas formas también están relacionadas con la replicación bacteriana.

La envoltura celular Las bacterias se pueden dividir en dos grupos sobre las bases de su tinción de Gram. Las bacterias gram positivas se quedan teñidas con cristal violeta después de lavar y las gram negativas no. Todas las bacterias tienen una membrana celular donde ocurre la fosforilación oxidativa (ya que no tienen mitocondrias). Al exterior de la membrana celular, está la pared celular, la cual es rígida y protege a la célula de la lisis celular. En las bacterias gram positivas, la capa de peptidoglicano de su pared celular es una capa mucho más gruesa que en las bacterias gram negativas. Las bacterias gram negativas tienen una membrana externa adicional. La membrana externa es la barrera más importante de permeabilidad en las bacterias gram negativas. El espacio entre las membranas interna y externa se conoce como espacio periplásmico. En el espacio periplásmico las bacterias Gram negativas almacenan enzimas degradativas. Las bacterias Gram positivas carecen de espacio periplásmico; en su lugar secretan exo-enzimas y realizan digestión extracelular. Esta digestión es necesaria ya que moléculas mas bien grandes no pueden pasar fácilmente a través de la membrana externa (si está presente) o la membrana celular.

Formas Bacterianas libres de pared Cuando las bacterias se tratan 1) con enzimas líticas que degradan la pared celular, por ejemplo: lisozima o 2) con antibióticos que interfieren con la biosíntesis de peptidoglicanos, se producen bacterias libres de pared celular.

Generalmente estos tratamientos generan organismos no viables, pero que son útiles en la experimentación in vitro. A las bacterias libres de pared que no pueden replicar se les llama esferoplastos (cuando la membrana externa aún esta presente) o protoplastos (si la membrana externa ya no está presente). Ocasionalmente estos tratamientos generan formas de bacterias libres de pared que pueden replicar (las formas L).

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Flagelos Algunas especies bacterianas son móviles y poseen organelos de locomoción – los flagelos (), aquellas que los tienen son capaces de sentir su ambiente y responder a nutrientes químicos o materiales tóxicos y mueven hacia ellos o se alejan de ellos (por el fenómeno llamado quimiotáxis). Los flagelos están embebidos en la membrana celular, y se extienden a través de la envoltura celular proyectándose como largas cadenas. Los flagelos consisten de un número de proteínas que incluyen la flagelina. Los flagelos mueven a la célula mediante rotación por una acción tipo propela. Los filamentos axiales en las espiroquetas tienen una función similar a los flagelos. Las proteínas de unión en el espacio periplásmico o en la membrana de célula se unen a fuentes de alimento (tal como azúcares y aminoácidos) causando metilación de otras proteínas celulares de membrana, las cuales a su vez afectan el movimiento de la célula por el flagelo. Las permeasas son proteínas que transportan estos alimentos a través de la membrana celular. Las fuentes de carbono y energía pueden ser almacenadas cuando sea necesario en “gránulos citoplásmicos” los cuales consisten de glicógeno, polihidroxibutirato o polifosfato.

Flagelo y pili Pili (sinónimo: fimbrias) Los tipos de pili (cuando están presentes) varían entre las especies. Los pili son proyecciones tipo fibroso de las células (). Algunos están relacionados con la conjugación sexual y otros permiten la adherencia de la bacteria a las superficies epiteliales del huésped que infecta.

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E. coli con fimbrias (TEM x17,250) Cápsulas y laminas viscosas () Se trata de estructuras que rodean el exterior de la envoltura celular. Cuándo se ven más definidas nos referimos a ellas como la cápsula. Cuando se observan menos definidas, nos referimos a ellas como lámina viscosa o glicocalix. Estas estructuras usualmente consisten de polisacáridos; sin embargo, en ciertos bacilos, están compuestas de un polipéptido

(el ácido poliglutámico). Estas estructuras no son esenciales a la viabilidad celular y en algunas especies habrá cepas que producirán cápsula, mientras que otras no. Las cápsulas de las bacterias inhiben la ingestión y muerte producida por los fagocitos. Durante el cultivo in vitro la síntesis de la cápsula a menudo se pierde.

Bacterias con forma de bacilo formadoras de cápsula. La cápsula está compuesta de polisacáridos y poliproteínas. Las cápsulas tienen un papel en la adherencia, virulencia, protección, aseguramiento de nutrientes y reconocimiento célula-célula. Las cápsulas varían en grosor y pueden fácilmente representar 2 veces el volumen del organismo. En una tinción de cápsula, el fondo se tiñe de azul grisáceo y las células se tiñen en rojo. La cápsula no esta teñida y aparece como una halo alrededor de la célula.

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Endosporas (esporas) Estas son formas latentes de células bacterianas producidas por ciertas bacterias en condiciones de ayuno (, , , ); las formas de crecimiento activo de la célula se llaman células vegetativas. La espora es resistente a condiciones adversas (incluyendo temperaturas altas y solventes orgánicos). El citoplasma de la espora es deshidratado y contiene dipicolinato de calcio (ácido dipicolínico) () el cual está relacionado con la resistencia de la espora al calor extremo. Las esporas se encuentran comúnmente en los géneros Bacillus y Clostridium.

Espora de Bacillus cereus (verde) y las células que no forman esporas (rosa)

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larvae esporulación el cultivo se muestra de forma similar a las de otros formadores de esporas. La célula vegetativa en forma de bastón tiene una gruesa de capa de peptidoglicano

Una espora inmadura se muestra rodeada por su célula madre (esporangio). Una copia del DNA bacteriano esta contenida dentro de la espora en desarrollo. La cubierta externa de la espora aparece más delgada y menos electrodensa que en la célula madura.

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La cubierta gruesa de la espora indica que la diferenciación de la endospora ya es completa, aunque la endospora permanece aún dentro del esporangio. Finalmente, la endospora se libera del esporangio. La cubierta interna consiste en un máximo de siete capas distintas llamadas “lamellae”

Acido Dipicolínico

Palabras claves del tema  Procarióntes  Eubacteria (Bacteria)  Archaebacteria (Archaea )  Eucariontes  Plásmidos  Cromosomas  Ribosomas  Peptidoglicano (mureína, mucopéptido)  Tinción de gram  Gram negativos  Gram positivos  Envoltura celular  Membrana celular  Pared celular  Membrana externa  Espacio periplásmico  Fosforilación oxidativa  Esferoplasto/protoplasto  Flagelos  Quimiotáxis  Filamento axial  Proteína de unión al periplasma  Permeasas  Gránulos de almacenamiento  Pili (fimbrias)  Cápsula (capa viscosa y glucocálix)

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 Endosporas

Pared celular, esporas y biosíntesis de macromoléculas En esta sección se discutirá la estructura de las envolturas celulares de Gram negativos, Gram positivos y ácido alcohol resistentes. También se describirá la composición y la función de las macromoléculas únicas de la envoltura celular y se

mencionará su biosíntesis. Además, se abordarán las endosporas, que son de muchas maneras estructuras bacterianas inusuales, (incluyendo la estructura de su envoltura ).

Envoltura celular La envoltura celular puede definirse como: la membrana celular y la pared celular, mas la membrana externa si ésta se encuentra presente. La pared celular consiste de la capa de peptidoglicano y otras estructuras que ésta lleva unidas. La mayoría de las envolturas celulares caen en dos categorías principales (): Gram positivas y Gram negativas. Esto se basa en las características de la tinción de Gram en donde se reflejan grandes diferencias entre los dos grupos. Otros tipos de pared celular se encuentran en pocas especies bacterianas (ni en los Gram positivos ni en los Gram negativos).

Paredes celulares de bacterias Gram positivas y negativas. M: peptidoglicano o capa de mureína; OM: membrana externa; PM: membrana plasmática; P: espacio periplásmico; W, pared de peptidoglicano en Grampositivas.

El peptidoglicano (PG) es una macromolécula única, con enlaces altamente entrecruzados, forma una bolsa que rodea a la membrana celular bacteriana y que concede rigidez a la envoltura. En tamaño molecular es inmensa (su peso molecular es del orden de millones; comparado con las proteínas que son del orden de miles en peso molecular).

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El peptidoglicano consiste de: un esqueleto de glicano (polisacárido) que está compuesto de ácido N-acetil murámico y N-acetil glucosalina, cadenas laterales de péptidos conteniendo D- y L- aminoácidos y algunas veces ácido diaminopimélico. Las cadenas laterales están unidas de manera entrecruzada por puentes peptídicos. La estructura de estos puentes peptídicos varían entre las especies bacterianas. El ácido murámico, los D-aminoácidos y el ácido diaminopimélico no son sintetizados por mamíferos. El PG se encuentra en todas las eubacterias excepto en Chlamydia o en Mycoplasma.

Envoltura de las Gram Positivas () Unidos covalentemente a la gruesa capa de peptidoglicano están los ácidos teicóicos (sus esqueletos son usualmente polímeros del ribitol o del glicerol que contienen fósforo) o el ácido teicurónico (polisacáridos que contienen ácido glucurónico). Estas moléculas, cargadas negativamente se cree que están involucradas en la concentración de iones metálicos de los alrededores. Los ácidos teicóicos pueden también dirigir a las enzimas autolíticas hacia los sitios de digestión del peptidogicano (autolisis), uno de los pasos en la biosíntesis de la pared celular. Algunas veces también están presentes polisacáridos neutros. El ácido lipoteicóico en muchas bacterias se asocia generalmente con la membrana celular. Otras veces ocurre en las fimbrias, en el exterior de la célula, expresado en el exterior puede estar involucrado en la adhesión o adherencia a las células epiteliales, permitiendo así que se lleve a cabo la colonización, digamos de la garganta (ejemplo: en el Streptococcus del Grupo A).

Envoltura de las bacterias Gram Positivas

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La envoltura celular de los Gram negativos () Unida covalentemente a la delgada capa de peptidoglicano está la lipoproteína de Braun, la cual une a la membrana externa con la pared celular. Como otras membranas, la membrana externa contiene fosfolípidos y proteínas, pero a diferencia de las otras membranas, ésta contiene moléculas adicionales como el lipopolisacárido (LPS). El lipopolisacárido es importante para la pared celular ya que le ayuda a proveer una barrera de permeabilidad ante substancias hidrofóbicas. El LPS consiste de tres regiones: el antígeno O, de una región intermedia o central y la región mas interna que es el lípido A. La región central contiene varios azúcares (heptosas u ácido ceto-desoxi-octónico), que no se encuentran en ninguna otra estructura en la naturaleza y el lípido A contiene ácidos grasos tipo β hydroxi (poco comunes en la naturaleza). Esta molécula despliega una actividad endotóxica, es decir es una endotoxina. Las porinas en la membrana externa forman los canales que permitirán el paso a los pequeños nutrientes hidrofílicos (tales como los azúcares) a través de la membrana externa.

Envoltura células de las bacterias Gram negativas

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Bacterias ácido alcohol resistentes y bacterias relacionadas (mycobacteria, nocardia y corynebacteria).

Las envolturas celulares de estos organismos son considerablemente mas complejos que otras bacterias. Los ácidos micólicos (ácidos grasos largos y ramificados) están covalentemente unidos al peptidoglicano, vía un polisacárido. Otros compuestos conteniendo ácido micólico y más lípidos complejos forman una capa laminada, membranosa y cerosa por fuera de la capa de peptidoglicano.

Membrana celular

Membrana plasmática bacteriana

Síntesis de las macromoléculas de la envoltura celular.

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El peptidoglicano (Figuras 4 y 5): La subunidad precursora (el muramil pentapeptido unido a uridina difosfato, UDP) se sintetiza en el citoplasma y atraviesa la membrana celular. La subunidad es enzimáticamente movilizada desde el nucleótido hasta el lípido acarreador (undecaprenol/bactoprenol) y ensamblado en una subunidad completa (pentapéptido disacárido unido a un puente peptídico). Las subunidades completas entonces son exportadas hacia la pared celular. Después de haberse liberado el monómero de undecaprenol, este es recirculado a la membrana celular y puede ser usado de nuevo. Los esqueletos de glicano de la pared celular existente, se rompen enzimaticamente (por autolisinas) para permitir la inserción de subunidades sintetizadas de novo. Si estas enzimas están sobre-activadas, la pared celular resulta degradada y la presión osmótica alta de la célula revienta a la membrana citoplásmica, produciendo la muerte de la célula (“autolisis”). Las uniones por entrecruzamiento de las cadenas peptídicas laterales de la subunidad de peptidoglicano insertada a la cadena existente se llevan a cabo enzimaticamente (intervienen proteínas de unión a penicilina). Las subunidades completas de los ácidos teicóicos y teicurónicos también se sintetizan en la membrana celular (en acarreadores lipídicos) antes de su transporte e inserción a la pared celular pre-existente.

Estructura de peptidoglicano. Un diagrama esquemático de un modelo de peptidoglicano. Se muestran las cadenas de polisacáridos, las cadenas laterales de tetrapéptido y puentes de péptidos.

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Lipopolisacárido El ensamblaje del lípido A se lleva a cabo en la membrana celular y los azúcares centrales se le van uniendo secuencialmente. Las subunidades del antígeno-O son sintetizadas independientemente (sobre un lípido acarredor, como en la síntesis del peptidoglicano). El antígeno-O completamente sintetizado se une entonces a la región central y el lípido A, generándose el lipopolisacárido) en la membrana celular, antes de su paso/inserción a la membrana externa ().

Estructura de lipopolisacárido. A. lado O de la cadena - formada por azúcares enlazados. Nucleo de polisacáridos - azúcares enlazados a N -acetilglucosamina (NAG) y Keto-desoxicolato (KDO). Lípido A - anclado en la membrana externa. B. modelo molecular.

Endosporas Estas células bacterianas, Gram positivas modificadas, tienen una envoltura celular inusual que consta de una membrana celular y una membrana externa. La capa de peptidoglicano es menos entrecruzada que en la mayoría de las células bacterianas y contiene una forma deshidratada de ácido murámico. El peptidoglicano de la espora se mencionado como la corteza y se encuentra entre las dos membranas. Es una cubierta consistente en queratina altamente entrecruzada que se encuentra rodeando el exterior de la célula. Debido a esta cubierta la espora bacteriana es altamente resistente a los agentes químicos.

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En la replicación bacteriana, normalmente las células se dividen, se forma un septo separando a la célula madre en dos hijas de tamaño más o menos equivalente. Cuando ocurre la esporulación, la división celular no es equitativa y la célula más grande, llamada “célula madre” envuelve a la “célula hija”. La membrana celular de la célula hija constituye la membrana interna de la espora y la membrana celular de la célula madre forma la membrana externa ().

Pasos en la formación de la endospora

Nutricion, crecimiento y metabolismo de la energía Las requerimientos para el crecimiento bacteriano incluyen fuentes de energía, carbohidratos (por ejemplo; azúcares y ácidos grasos) e iones metálicos (por ejemplo; fierro). La temperatura óptima, el pH y los requerimientos de la presencia (ó ausencia) de oxígeno son importantes.

Requerimientos de Oxígeno

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Los aerobios obligados deben ser capaces de crecer en presencia de oxígeno y no llevan a cabo fermentación.

Los anaerobios obligados no llevan a cabo fosforilación oxidativa. Mas aún, ellos mueren en presencia de oxígeno ya que carecen de ciertas enzimas como la catalasa [la cual rompe el enlace del peróxido de hidrógeno, H2O2, a agua y oxígeno], la peroxidasa [por la cual NADH+ H2O2 se convierten a NAD y O2] y la superóxido dismutasa [por la cual el superóxido, O2; es convertido a H2O2]. Estas enzimas de-toxifican los radicales libres producidos a partir del peróxido de hidrógeno y del oxígeno producidos durante el metabolismo aerobio (en presencia de oxígeno). Los anaeróbios aerotolerantes son bacterias que respiran anaeróbicamentre, pero pueden sobrevivir en presencia de oxígeno. Los anaerobios facultativos pueden llevar cabo tanto la fermentación como la respiración aeróbica. En presencia de oxígeno, la respiración anaeróbica de estos organismos generalmente se apaga y entonces respiran aeróbicamente. Las bacterias micro-aerofílicas crecen bien a bajas concentraciones de oxígeno, pero no resisten altas concentraciones.

Requerimientos Nutricionales Estos incluyen fuentes de carbono orgánico, nitrógeno, fósforo, azufre e iones metálicos incluyendo el hierro. Las bacterias secretan moléculas pequeñas que unen el hierro (sideróforos, por ejemplo; enterobactina, micobactina). Los sideróforos (con el hierro unido) son entonces internalizados vía receptores de mebrana por la célula bacteriana. El huésped humano también tiene proteínas transportadoras de hierro (por ejemplo: la transferrina). Por lo tanto las bacterias que compiten con el huésped por el hierro de forma ineficiente no son patógenos exitosos.

Temperatura Las bacterias pueden crecer en una variedad temperaturas, desde aquellas cercanas al punto de congelación hasta el punto de ebullición del agua. Las bacterias que crecen mejor a la mitad de este rango se conocen como mesófilos, las cuales incluyen todos los patógenos y oportunistas de humano. Las que viven a temperaturas óptimas altas se conocen como termófilas y las que lo hacen a bajas temperaturas son los psicrófilicos.

pH Algunas bacterias crecen mejor a pH neutro, sin embargo ciertas bacterias pueden sobrevivir y crecer de forma constante en condiciones ácidas o alcalinas.

Mediciones de masa bacteriana en cultivos líquidos.

Los métodos mas comunes incluyen: a) turbidez: (la opacidad del liquido del cultivo bacteriano- es una estimación del total de bacterias [vivas y muertas].

Esta se cuantifica usualmente con un espectrofotómetro). .

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b) El número de bacterias viables en un cultivo- usualmente se determina contando en número de colonias que crecen después de sembrar un volumen conocido sobre una placa (“conteo en placa” ó unidades formadoras de colonias). En ambos casos se debe graficar el logaritmo de la turbidez o el número de células vivas contra el tiempo y a este se le llama curva de crecimiento. El tiempo de generación se define como el tiempo requerido para duplicar la masa bacteriana del cultivo.

Curva de crecimiento

Metabolismo de azúcares (como un ejemplo de las rutas metabólicas).

Glicolisis (Ruta de Embden, Meyerhof y Parnas [EMP] ) Esta es la ruta más común para el catabolismo de azúcares en las bacterias. (También se encuentra en la mayoría de las células de animales y vegetales). Una serie de procesos enzimáticos dan como resultado la conversión de azúcares para generar ATP (adenosin trifosfato) y NADH (nicotinamida adenina dinucleótido). La energía química necesaria para propósitos biosintéticos se almacena en compuestos formados de novo (ATP y NADH) NAD ---> NADH Glucose (C6)* ------------------------------------> 2 Pyruvate (C3)* (C6) ADP ---> ATP Existen rutas alternativas para el catabolismo de los azúcares a fin de producir energía almacenada en forma de ATP. Estos incluyen la ruta de la pentosa fosfato (derivada de la hexosa monofosfato) la cual se encuentra en la mayoría de las células vegetales y animales. El NADPH se produce usando esta ruta. Otra ruta, la de Entner Doudoroff, se encuentra en algunas bacterias.

Respiración Anaeróbica La respiración anaerobia incluye la glicolisis y la fermentación. Durante los últimos estadios a este proceso, el NADH (generado durante la glicólisis) se reconvierte a NAD por pérdida de un hidrógeno. El hidrógeno se adiciona al piruvato y dependiendo de la especie bacteriana, se producen una variedad de productos finales metabólicos.

NADH --> NAD Pyruvate ---------------------------> Short chain alcohols or (C3) fatty acids (such as lactic acid or ethanol) (C2-C4)

Respiración Aeróbica La respiración aeróbica incluye la glicolisis y el ciclo del ácido tricarboxílico (Ciclo de Krebs). El piruvato se degrada por completo hasta bióxido de carbono (C1) y en el proceso el NAD se convierte a NADH. Por lo tanto, en la fermentación aeróbica, el NADH se genera por dos rutas (glicolisis y ciclo de Krebs). La fosforilación oxidativa convierte el exceso de NADH a NAD y durante este proceso se genera más ATP (energía almacenada). Las ubiquinonas y los citocromos son componentes de la cadena de transporte de electrones, involucrada en este último proceso y la conversión de oxígeno hasta formar moléculas de agua viene a ser el paso final.

Ciclo de Krebs (C4-C6 Compuestos intermediarios).

NAD ---> NADH Pyruvate (C3) ----------------------------------->3 CO2 (C1) Fosforilación Oxidativa NADH --> NAD O2 ----------------------------------------------> H2O

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ADP --> ATP El Ciclo de Krebs ( y ) contiene intermediarios de 4 y 6 carbonos. El piruvato (C3) es la molécula que alimenta el ciclo de Krebs de tal manera que el número de intermediarios C4/C6 permanece igual o se incrementa. a) La pérdida de CO2 (C1) del piruvato para formar la acetil CoA, se ve seguida de su adición a un componente C4 del ciclo (oxalacetato) y se produce un componente C6 (ácido cítrico). Por lo tanto el número de moléculas C6 producidas iguala el número de moléculas C4 presentes inicialmente.

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Los Ciclos de Krebs y Glioxilato

Esquema general del metabolismo bacteriano b) Mediante la adición del CO2 al piruvato se produce un compuesto de C4. En esta situación, se generan moléculas adiciónales de C4 (componentes del ciclo). .

Por lo tanto si alguno de los componentes del ciclo, son removidos para usarse en otras rutas biosintéticas, estos pueden ser repuestos por la vía de esta reacción.

Metabolismo de los acidos grasos Los ácidos grasos se degradan a grupos acetilo (C2) los cuales alimentan el ciclo de Krebs adiciónansose a intermediarios C4 para producir C6. Durante el ciclo, el C2 adicionado se pierde como CO2 y se produce C4. Sobre todo, no ocurre ningún incremento en el número de moléculas intermediarias del ciclo. Por lo tanto si los ácidos grasos son la única fuente de carbono los intermediarios del ciclo de Krebs no pueden ser removidos sin que el ciclo se interrumpa.

En lugar de ello, las bacterias utilizan el ciclo del glioxilato (Figura 2) (una modificación del Ciclo de Krebs) en el cual se saltan los pasos enzimáticos en los cuales dos moléculas de CO2 son removidas de los intermediarios de C6. El intermediario C6 se convierte en dos compuestos C4 (ambos componentes del ciclo). Por lo tanto por cada grupo acetilo (de los ácidos grasos) un intermediario adicional del ciclo se produce. La ruta del glioxalato generalmente no se encuentra en células animales, ya que se utilizan ácidos grasos preformados y presentes en los alimentos.

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En resumen el del Ciclo de Krebs funciona para la producción de energía y biosíntesis de compuestos de carbono. Sin embargo, si los intermediarios del ciclo tienen que ser removidos para utilizarse en otras rutas metabólicas, siempre han de ser reemplazados. El proceso de reemplazamiento es diferente en el caso de la utilización de azúcares de aquel a partir de ácidos grasos.

Productos finales de las vías de fermentación. Debido a que un determinado tipo de organismo utiliza una vía de fermentación características, los productos finales también se puede utilizar como un marcador de identificación.

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Antibióticos que afectan la pared celular Palabras clave •

Esterilización/desinfección/ Antisépsis

•

Antibiótico

•

Toxicidad selectiva Bactericida

•

Bacteriostático

•

Concentración mínima inhibitoria (MIC)

•

Pruebas de susceptibilidad

•

Proteínas de unión a proteínas (PBP)

•

Autolisinas

•

Cicloserina

•

Bacitracina

•

Vancomicina

•

Beta lactamasa

•

Penicilinas

•

Cefalosporinas

•

Monobactamos

•

Acido Clavulínico

•

Penicilinasa/beta lactamasa

•

Resistencia a Polimixina B

Esterilization El término esterilización se refiere a la muerte (o eliminación) de TODAS las bacterias de manera no selectiva. Por ejemplo, esterilizar en autoclave involucra el calentamiento de líquidos (por ejemplo medios de cultivo) o sólidos a 121oC bajo presión de vapor. Los materiales en este caso obviamente deben ser resistentes al calor.

El óxido de etileno se usa con frecuencia en los hospitales para esterilizar equipo que no puede ser calentado. Los filtros de membrana poseen poros que atrapan a las bacterias, no obstante permiten que algunos fármacos y sustancias químicas pequeñas los atraviesen, así que es posible utilizar filtros pre-esterilizados para la esterilización de soluciones delicadas. La luz ultravioleta se usa para disminuir los niveles bacterianos en las superficies como en las salas de operaciones, sin embargo, no es completamente efectiva. La radiación ionizante es más eficiente y puede ser utilizada para esterilizar instrumental y alimentos.

Los desinfectantes (por ejemplo los basados en fenol) pueden ser útiles para eliminar bacterias en algunos instrumentos, pero no pueden ser utilizadas para consumo de ingesta o sobre la piel. Los antisépticos (por ejemplo el yodo o el alcohol al 70%) se usan vía tópica (por ejemplo en la superficie de la piel) para reducir la carga bacteriana.

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Antibioticos En contraste, los antibióticos son agentes que son “selectivamente” tóxicos para las bacterias (ya sea porque las matan [bactericida] o porque inhiben su crecimiento [bacteriostático] sin dañar al paciente. De esta forma pueden ser ingeridos. Estos compuestos por definición, deben actuar sobre estructuras que se encuentran en las bacterias, pero no en el huésped. Los antibióticos trabajan mas eficientemente en colaboración con el sistema inmune activo, para matar las bacterias infecciosas eliminándolas del huésped. Después del aislamiento de colonias puras (ver la Conferencia 2 de Bacteriología, Bacteriology lecture 2), la susceptibilidad de los aislamientos bacterianos se puede ensayar en una amplia variedad de antibióticos. La concentración inhibitoria mínima (MIC) se refiere a la concentración más baja de antibiótico

que detiene visiblemente el crecimiento bacteriano. La forma más simple, la zona de inhibición del crecimiento bacteriano alrededor de un disco impregnada con el antibiótico (método de Kirby-Bauer) es otra medida de la actividad del antibiótico.

Inhibidores de la sintesis de pared celular Una clase principal de antibióticos, es aquella de los que inhiben la síntesis de peptidoglicanos (Figura 1). Una vez que se inhibe la síntesis de la pared celular (lo que involucra proteínas de unión a penicilina, PBPs), puede ocurrir autolisis enzimática de la pared celular. Sin la influencia restrictiva de la pared celular, la elevada presión osmótica dentro de la célula hace estallar a la membrana interna y/o externa de la bacteria. Por lo tanto estos antibióticos son generalmente bactericidas. Varios mecanismos están involucrados en la inhibición de la síntesis de peptidoglicanos: (1) Los dos aminoácidos terminales de la cadena lateral peptídica del peptidoglicano son aminoácidos poco usuales (la Dalanina se opone a su isómero, la L-alanina). El antibiótico cicloserina es un análogo de la D-alanina, el cual interfiere con la conversión enzimática de la L-alanina a D-alanina proceso que se lleva a cabo en el citoplasma. Por lo tanto, en ausencia de la D-alanina la subsecuente síntesis del peptidoglicano no puede ocurrir.

(2) La subunidad de peptidoglicano (que contiene una cadena lateral y un péptido anclado para ser utilizado en la formación de un puente de entre-cruzamiento) atravieza la membrana citoplasmática estando unida a una molécula de undecaprenol difosfato. Luego de alcanzar la pared celular el monómero naciente de peptidoglicano deja el acarreador , el undecaprenol difosfato se desfoforila hasta su forma de monofosfato. La Bacitracina inhibe esta reacción de defosforilación y por lo tanto, en ausencia de su acarreador monofosforilado, la síntesis de la subunidad de peptidoglicano se detiene.

(3) El paso final en la síntesis de peptidoglicano involucra la formación del enlace de la porción azúcar de la subunidad de peptidoglicano con la columna de glicano del polímero existente en la pared celular. Entonces se lleva a cabo la unión de entre-cruzamiento de la porción péptídica de la subunidad con el péptido ubicado ya en la pared celular. Durante este proceso la D-alanina se elimina enzimáticamente del extremo de una cadena lateral de péptidos preexistente, permitiéndole unirse de manera entre-cruzada (mediante un nuevo enlace peptídico) a la subunidad del peptidoglicano.

La Vancomicina se une al dipéptido D-alanina-D-alanina y por lo tanto se inhibe la transpeptidación (cross-linking, unión cruzada) por simple impedimento estérico.

(4) Los antibióticos beta-lactámicos que incluyen a las penicilinas (por ejemplo ampicilina) las cefalosporinas y las monobactamicos. Se unen e inhiben a las enzimas (proteínas de unión a penicilina) involucradas en la transpeptidación (unión cruzada) de peptidoglicanos. Estos antibióticos tienen en común el anillo lactámico de cuatro miembros. Unido al anillo lactámico, las penicilinas tienen un anillo adicional de cinco miembros y las cefalosporinas un anillo de seis miembros. Los monobactamicos consisten solamente del anillo lactámico y muestran actividad antibiótica.

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Penicilina La penicilina la sintetiza el hongo Penicillium chrysogenum. Durante la fermentación el hongo forma el ácido-6aminopenicilánico el cual consta de la fusión de un anillo tiazólico y un anillo beta lactámico (). Sin embargo, este anillo es lábil a pH ácido y está sujeto a la degradación por enzimas bacterianas. Sus derivados más estables se elaboran bioquímicamente de manera que adicionalmente incrementen su estabilidad, se absorban mejor por el tracto gastrointestinal y tengan un más amplio espectro de efectos bactericidas.

Estructura de la penicilina Varias cadenas laterales procedentes de síntesis química, se han unido a las estructuras de anillos lactámicos de forma sintética, produciendo un número de antibióticos con diferentes propiedades en el huésped. Muchas penicilinas () muestran poca actividad contra las bacterias Gram negativas, debido a que no penetran la membrana externa. Las cefalosporinas y otras penicilinas mas recientes son activas contra las bacterias gram negativas ya que pueden penetrar la membrana externa. Otras penicilinas químicamente modificadas presentan una menor tasa de eliminación por parte del paciente, disminuyendo así la frecuencia de administración de estos fármacos.

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Las penicilinas pueden ser destruídas por las beta-lactamasas (o penicilinasas) que producen las cepas bacterianas resistentes (). El ácido clavulínico también posee un componente beta lactámico, mediante el cual se une fuertemente a las beta-lactamasas, impidiendo su disociación como sustrato e inhibiendo por lo tanto la actividad de las betalactamasas. Este compuesto se utiliza en combinación con otras penicilinas, permitiendo su uso contra bacterias que de otra manera presentarían resistencia. Otra forma de resistencia involucra un cambio en la estructura de las proteínas de unión a penicilina (PBPs, penicillin binding proteins), de tal manera que el antibiótico no se una eficientemente con ellas (). En el caso de las bacterias gram negativas, las penicilinas atraviesan la membrana externa por medio de porinas. Los mecanismos de resistencia se pueden desarrollar a través de mutación, dando lugar a la aparición de porinas modificadas.

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Resistancia a beta-lactamasas – Bacterias Gram negativas

Resistancia a beta lactamasas - Bacterias Gram-positivas

Polymyxin B La polimixina B () se une a la porción Lípido A del lipopolisacárido y también se une a fosfolípidos. Sin embargo, se une preferencialmente al Lípido A. Esto desestabiliza la membrana externa de las bacterias gram negativas. Debido a que la membrana celular no se encuentra expuesta en las bacterias gram positivas, la polimixina tiene poca efectividad contra ellas. Esta droga es tóxica a las células humanas, debido a que también puede lisar a las membranas eucarióticas, esto explica que su uso clínico sea limitado.

Estructura de polimixina

Antibióticos - síntesis de proteínas, síntesis de ácidos nucléicos y metabolismo Principios y Definiciones A. Selectividad – Todos los agentes anti-microbianos clínicamente efectivos exhiben toxicidad selectiva hacia las bacterias mas que hacia el huésped. Es ésta característica la que distingue a los antibióticos de los desinfectantes. Las bases para la selectividad variarán dependiendo del antibiótico particular. Cuando la selectividad es alta los antibióticos normalmente no son tóxicos. Sin embargo, aún los antibióticos altamente selectivos tienen efectos secundarios.

B. Índice Terapéutico - el índice terapéutico se define como el cociente entre la dósis téxica para el huésped sobre la dosis terapéutica efectiva. Cuanto ma alto el índice terapéutico, major es el antibiótico.

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C. Categorías de los Antibióticos – Los antibióticos se categorizan como bactericidas si estos matan a las bacterias susceptibles o bacteriostáticos si estos inhiben reversiblemente el crecimiento de las bacterias. En general el uso de antibióticos bactericidas se prefiere pero muchos factores podrían dictar el uso de un antibiótico bacteriostático.

Cuando se usa un antibiótico bacteriostático, la duración de la terapia debe ser suficiente para permitir la erradicación de la bacteria por las defensas humorales y celulares. Si se usaran los antibióticos bactericidas, sería para tratar infecciones del endocardio o las meninges. En tales casos las defensas del huésped son relativamente inefectivas en estos sitios y los peligros impuestos por tales infecciones requieren una pronta erradicación de los microorganismos.

D. Pruebas de Susceptibilidad a los Antibióticos – Las formas básicas de medir cuantitativamente la actividad in vitro de los antibióticos son la concentración mínima inhibitoria (MIC) y la concentración mínima bactericida (MBC). La MIC es la concentración más baja del antibiótico que da como resultado la inhibición de crecimiento visible (p.ej. colonias en una placa o turbidez en caldo de cultivo) bajo condiciones estándar. La MBC es la concentración mas baja del antibiótico que es capaz de matar el 99.9% del inóculo original en un periodo de tiempo determinado. La ilustra como determinar la MIC de un antibiótico.

Pruebas de Susceptibilidad a los Antibióticos Para que un antibiótico sea efectivo debe ser posible alcanzar la MIC o la MBC en el sitio de la infección. La absorción farmacológica y la distribución del antibiótico van a influenciar la dósis, la ruta y la frecuencia de administración del antibiótico a fin de alcanzar la dosis efectiva en el sitio de la infección.

En los laboratorios clínicos una prueba de susceptibilidad a los antibióticos más común, es la prueba de difusión en disco. En esta prueba el aislamiento bacteriano se inocula uniformemente sobre la superficie de una placa de agar. Un disco de papel filtro impregnado con una cantidad estándar del antibiótico se aplica a la superficie de la placa y se deja difundir el antibiótico hacia el medio adyacente. El resultado es la formación de un gradiente de antibiótico que rodea el disco. Después de la incubación, un césped bacteriano aparece sobre la placa. Las zonas de inhibición del crecimiento bacteriano estarán presentes alrededor del disco con antibiótico. El tamaño de la zona de inhibición dependerá de la tasa de difusión del antibiótico, el grado de sensibilidad del microorganismo y la tasa de crecimiento de la bacteria. La zona de inhibición de la prueba del disco de difusión está inversamente relacionada con la MIC.

La prueba se lleva a cabo bajo condiciones estandarizadas y se han establecido zonas estándar de inhibición para cada antibiótico. Si la zona de inhibición es igual o mayor que la zona estándar, el microorganismo es considerado como sensible al antibiótico. Si la zona de inhibición es menor que la zona estándar, el microorganismo se considera como resistente. La también ilustra como se forma la zona de difusión del disco y la ilustra algunas de las zonas estándar de inhibición para varios antibióticos.

E. Terapia de Combinación – La terapia de combinación con dos o más antibióticos se usa en casos especiales: (1) para prevenir el surgimiento de cepas resistentes, (2) para tratar casos de emergencia durante el periodo cuando el diagnóstico del agente etiológico aún se encuentra en proceso y (3) para sacar ventaja del sinergismo de los antibióticos.

El sinergismo de los Antibióticos ocurre cuando el efecto de una combinación es mayor que la suma de los efectos de los antibióticos usados individualmente. El antagonismo de los antibióticos ocurre cuando un antibiótico, usualmente el de menor efecto, interfiere con el efecto de otro antibiótico.

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F. Antibióticos y agentes Quimioterapéuticos - El término antibiótico se refiere estrictamente a substancias de orígen biológico mientras que el término agente quimioterapéutico se refiere a un compuesto químico sintético. La distinción entre estos términos se ha venido borrando debido a que muchos de nuestros más nuevos "antibióticos" son realmente productos biológicos modificados químicamente o más aún son productos biológicos químicamente sintetizados. Los términos genéricos para referirnos ya sea a los antibióticos o a los agentes quimioterapéuticos son antimicrobianos o agentes antimicrobianos. Sin embargo, el término antibiótico se usa con frecuencia para referirse a todos los tipos de agentes antimicrobianos.

Revisión de la Síntesis de Proteínas y el Sitio de Acción de Antimicrobianos que Inhiben la Síntesis de Proteínas.

A. Inicio de la Síntesis de Proteínas – La ilustra la fase de inicio de la síntesis de proteínas y el sitio de acción de antimicrobianos que inhiben este proceso.

B. Alargamiento – La ilustrates el proceso de alargamiento o elongación y el sitio de acción de antimicrobianos que inhiben este proceso.

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Antibióticos que actúan al nivel del inicio de la síntesis de proteínas

Antibiótics que actúan al nivel de la fase de alargamiento de la síntesis de proteínas

Inhibidores de la Síntesis de Proteínas (la mayoría bacteriostáticos) La selectividad de estos agentes es el resultado de diferencias en el ribosoma procarionte 70S y el ribosoma eucarionte 80S. Debido a que los ribosomas mitocondriales son similares al ribosoma procariónte estos antimetabolitos pueden tener alguna toxicidad.

A. Antimicrobianos que se unen a la Subunidad Ribosomal 30S 1. Aminoglicosidos (bactericidas) – Son la estreptomicina, kanamycina, gentamicina, tobramycina, amikacina, netilmicina and neomycina (tópica). a. Modo de acción – Los aminoglicosidos se unen irreversiblemente al ribosoma 30S y detienen el complejo de iniciación 30S (30S-mRNA-tRNA) de manera que ya no puede ocurrir la iniciación. Los aminoglicosidos también disminuyen la síntesus de proteínas que ya ha iniciado e induce una lectura errónea del mRNA. b. Espectro de Actividad – Es útil en el tratamiento de muchos gram-negativos y algunos gram-positivos; No es útil en anaerobios (ya que se requiere del oxígeno para la incorporación del antibiótico) o bacterias intracelulares. c. Resistencia – Es común. d. Sinergia - Los aminoglicósidos sinergizan con los antibióticos β-lactámicos. El β-lactamico inhibe la síntesis de la pared cellular y por tanto incrementa la permeabilidad de los aminoglicósides.

2. Tetraciclinas (bacteriostáticos) - tetraciclina, minociclina y doxiciclina.

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a. Modo de acción – Las tetraciclinas se unen reversibemente al ribosoma 30S e inhiben la unión del aminoacil-tRNA al sitio aceptor del ribosoma 70S. b. Espectro de actividad - Amplio espectro; Útil contra las bacterias intracelulares. c. Resistencia – Es común

d. Efectos Adversos - Destrucción de la flora normal intestinal que resulta en incremento de infectiones secundarias; produce manchado y deapareamiento de la estructura del hueso y de los dientes.

3. Espectinomicina (bacteriostático) a. Modo de acción – La espectinomicina interfiere de manera reversibe con la interacción del m-RNA con el ribosome 30S. La espectinomicina es similar estructuralmente a los aminoglicosidos pero causa lectura errónea del mRNA. b. Espectro de actividad- Se usa en el tratamiento de Neisseria gonorrhoeae resistante a la penicilina. c. Resistencia - Rara en Neisseria gonorrhoeae B. Antimicrobianos que se unen a la Subunidad Ribosomal 50S 1. Chloramfenicol, lincomicina, clindamicina (bacteriostáticos) a. Modo de acción - Estos antimicrobianos se unen al ribosoma 50S e inhiben la actividad de la peptidil transferase. b. Espectro de actividad.

(1) Cloramfenicol - Amplio rango (2) Lincomicina – y clindamicina – Rango restringido c. Resistencia - Común d. Efectos Adversos – El Cloramfenicol es tóxico (suprime a la médula ósea) pero se usa en el tratamiento de la meningitis bacteriana.

2. Macrólidos (bacteriostáticos) - Eritromicina a. Modo de acción – Los macrólidos inhiben la translocación. b. Espectro de actividad - Bacterias Gram-positivas, Mycoplasma, Legionella c. Resistencia - Común C. Antimicrobianos que Interfieren con los Factores de Elongación (Alargamiento).

1. Fusídico ácido (bacteriostatic) a. Modo de acción – El ácido Fusídico se une al factor de elongación G (EF-G) e inhibe la liberación de EF-G del complejo EF-G/GDP. b. Espectro de actividad- Cocos Gram-positive

Inhibidores de la Función y Síntesis de los Acidos Nucléicos La selectividad de estos agentes es el resultado de las diferencias a nivel de las enzimas procarioticas y eucarioticas que se ven afectadas por el agente antimicrobiano.

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A. Inhibidores de la Función y Síntesis del RNA 1. Rifampin, rifamicina, rifampicina (bactericidas) a. Modo de acción – Estos antimicrobianos se unen a la RNA polimerasa DNA-dependiente e inhiben el inicio de la síntesis del RNA.

b. Espectro de actividad- Son de amplio espectro pero se usan mas comunmente en el tratamiento de la tuberculosis c. Resistencia – Es común d. Terapia de combinación – Dado que la resistencia es común, la rifampina se usa normalmente como terapia de combinación B. Inhibidores de la Función y Síntesis del DNA (bactericidas) 1. Quinolonas - ácido nalidíxico, ciprofloxacina, ácido oxolínico a. Modo de acción – Estos antimicrobianos se unen a la subunidad A de la DNA gyrase (topoisomerase), la cual previene el superenrollamiento del DNA, por lo tanto resulta una inhibición de la síntesis del DNA. b. Espectro de actividad – Cocos Gram-positivos e infecciones del tracto urinario c. Resistencia – Es común para el ácido nalidíxico; se está desarrollando para la ciprofloxacina

Antimicrobianos Antimetabolitos A. Inhibidores de la Síntesis del Ácido Fólico - La selectividadn de estos antimicrobianos es una consequencia del hecho de que las bacterias no pueden usar el ácido fólico pre-formado y deben sintetizar su propio ácido fólico. En contraste, las células de mamíferos usan ácido fólico obtenido de la dieta.

Revisión del metabolismo ácido del fólico – La resume la ruta del metabolismo del ácido fólico e indica los sitios en los cuales actúan los antimetabolitos.

1. Sulfonamidas, sulfonas (bacteriostáticos) a. Modo de acción – Estos antimicrobianos son análogos del ácido para-aminobenzóico e inhiben competitivamente la formación de ácido dihidroptérico. b. Espectro de actividad- Actividad de amplio rango contra bacterias gram-positivas y gram-negativas; se usa principalmente en infecciones del tracto urinario y en infecciones por Nocardia. c. Resistencia – Es común. d. Terapia de combinación – Las sulfonamidas se usan en combinación con trimetoprim; esta combinación bloquea dos distintos pasos en el metabolismo del ácido fólico y previene la emergencia de cepas resistentes.

2. Trimetoprim, metotrexato, pirimetamine (bacteriostaticos) a. Modo de acción - Estos antimicrobianos se unen a la dihidrofolato reductasa e inhiben la formación de ácido tetrahidrofólico. b. Espectro de actividad – Amplio rango de actividad contra bacterias gram-positivas y gram-negativas; se usan principalmente en infeciones del tracto urinario y en infecciones por Nocardia.

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c. Resistencia – Es Común d. Terapia de Combination - Estos antimicrobianos se usan en combinación con las sulfonamidas; ésta combinación bloquea dos pasos distintos en el metabolismo del ácido fólico y previene la emergencia de cepas resistentes.

Metabolismo del ácido Fólico B. Agentes Anti-Micobacterianos- Los agentes antimicobacterianos se usan generalmente en combinación con otros antimicrobianos, ya que el tratamiento es prolongado y la resistencia se desarrolla rápidamente ante los agentes antimicrobianos usados en forma individual.

1. Ácido Para-aminosalicílic (PSA) (bacteriostático) a. Modo de acción - Similar a las sulfonamidas b. Espectro de actividad - Específico para Mycobacterium tuberculosis 2. Dapsona (bacteriostático) a. Modo de acción - Similar a las sulfonamidas b. Espectro de actividad- Se usa en el tratamiento de la lepra.

3. Isoniazida (INH) (bacteriostático) a. Modo de acción – La isoniazida inhibe la síntesis de los ácidos micólicos. b. Espectro de actividad- Se usa en el tratamiento de la tuberculosis

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c. Resistencia – Ya se ha desarrollado.

Resistencia contra las drogas Antimicrobianas.

A. Principios y Definiciones.

1. Resistencia clínica a los agentes antimicrobianos ocurre cuando la MIC de la droga para una cepa particular excede a aquella que es capaz de alcanzarse in vivo en forma segura. La resistencia a un antimicrobiano puede originarse (1) por

mutación en el gene que determina la sensibilidad/resistencia al agente o (2) por adquisición de un DNA extracromosomal (plásmido) conteniendo genes de resistencia. La resistencia que aparece después de la introducción de un agente antimicrobiano en el medio ambiente, resulta normalmente de un proceso de selección, por ejemplo: el agente selecciona, es decir, solo permite que el desarrollo a los sobrevivientes de aquellas cepas que poseen el gen de resistencia. La resistencia se puede desarrollar en un solo paso o puede resultar de la acumulación de mutaciones múltiples.

2. La resistencia cruzada implica que un solo mecanismo confiere resistencia a múltiples agentes antimicrobianos mientras que la resistencia múltiple implica que están involucrados múltiples mecanismos. La resistencia cruzada se observa comúnmente en aquellos agentes antimicrobianos relacionados muy cercanamente, mientras que la resistencia múltiple se observa con agentes antimicrobianos cuyos mecanismos de acción no están relacionados.

B. Mecanismos de Resistencia 1. Permeabilidad alterada ante el agente antimicrobiano- Una permeabilidad alterada puede ser atribuído a la incapacidad del agente antimicrobiano para penetrar en la célula bacteriana o alternativamente para exportar activamente el agente desde el interior de la célula.

2. Inactivación del agente antimicrobiano- La resistencia a menudo es el resultado de la producción de una enzima que es capaz de inactivar el agente antimicrobiano.

3. Alteración del sitio blanco – La resistencia se puede producir debido a la alteración del sitio blanco que reconoce el agente antimicrobiano.

4. Reemplazamiento de una ruta sensible – La resistencia puede resultar de la adquisición de una enzima nueva que reemplace la sensible.

Cultivo e identificacion de agentes infecciosos Identificación bacteriana en el diagnóstico del laboratorio contra taxonomía El aislamiento e identificación de las bacterias procedentes de pacientes es un apoyo al tratamiento ya que enfermedades infecciosas causadas por bacterias distintas, presentan diferentes cuadros clínicos y consecuencias. Las pruebas de susceptibilidad a antimicrobianos (por ejemplo, el establecimiento de la concentración o mínima inhibitoria o MIC), en aislamientos microbianos particulares, puede ayudar en la selección de los antibióticos útiles en la terapia. El reconocer que ciertas espécies (o cepas) están siendo aislados en forma atípica, puede sugerir que ha ocurrido un brote de enfermedad nosocomial (hospitalaria), por ejemplo, surgido a partir de instrumentos de hospital contaminados o debido a una mala técnica de asepsia, por parte del personal.

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Cuando se sospecha que un paciente tiene una infección bacteriana, es común que se lleve a cabo el aislamiento de colonias del microorganismo en cultivo puro (observables a simple vista en placas de agar) para luego tipificarlo. La identificación o tipificación se basa en principios taxonómicos básicos aplicados a la microbiología clínica. En el diagnóstico de laboratorio, cada día se deben caracterizar numerosas muestras y los resultados se deben obtener tan pronto como sea posible. Las pruebas deben leerse y realizarse fácilmente y además deben ser de bajo costo. Los métodos clásicos para la tipificación de las bacterias están basados en características morfológicas y metabólicas. Las pruebas diagnósticas se han seleccionado con base en que empíricamente, proveen información suficiente para hacer posible la discriminación entre las especies. Existen numerosas pruebas con resultados diferentes para cada uno de los patógenos objetivo. Adicionalmente, hoy en día las técnicas de biología molecular (basadas en la caracterización de genes específicos o segmentos de ellos) son más comunes en el laboratorio clínico.

Los enfoques de la taxonomía moderna a menudo emplean metodologías técnicas más complejas y se interesan por el perfil de la composición estructural de la bacteria, esto involucra aproximaciones basadas en "biología molecular" o "química analítica". Al día de hoy se reconoce que muchos de los esquemas clásicos para la diferenciación de las bacterias muestran muy poco enfoque en sus relaciones genéticas y algunas veces sus resultados son científicamente

diferentes. La información mas reciente ha dado como resultado en una re-designación de ciertas especies bacterianas y algunas veces se ha requerido reorganizar totalmente las relaciones entre las familias y aún al interior de muchas familias bacterianas.

Términos taxonómicos (clasificación) Familia: un grupo de géneros relacionados.

Género: un grupo de la especies relacionadas.

Especie: un grupo de cepas relacionadas.

Tipo: los grupos de cepas dentro de las especies (por ejemplo. biotipos, serotipos).

Cepa: aislamiento de una especie en particular.

El término más comúnmente utilizado, es el nombre de las especies (por ejemplo. Streptococcus pyogenes - abreviatura S. pyogenes). Hay siempre dos partes del nombre de la especie, uno definirá el género en este caso "Streptococcus" y la otra parte definirá la especie (en este caso "pyogenes"). El nombre del género siempre se escribe con mayúscula y el nombre de la especie no. Ambos, la especie y el género se subrayan o se escriben en itálicas.

Pasos para el aislamiento e identificación diagnóstica de bacterias

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Paso 1. Las muestras de fluidos corporales (por ejemplo, la sangre, la orina, el líquido cerebroespinal) se estrían sobre placas de cultivo y las colonias aisladas de las bacterias (las cuales se observan a simple vista) aparecen después de uno a varios días de incubación (). Cada colonia consiste de millones de células bacterianas. La observación de las colonias se caracteriza por su tamaño, la textura, el color y (si ha crecido en agar sangre) las reacciones de hemólisis. La morfología colonial es altamente importante como un primer paso en la identificación bacteriana. En caso de que el organismo requiera oxígeno para el crecimiento, esta otra característica es relevante en la diferenciación.

Cultivos en placas de bicarbonato y agar sangre de Bacillus anthracis. Colonias lisas en bicarbonato (izquierdo) y colonias rugosas en el agar sangre (derecho)

Paso 2. Las colonias se tiñen por la técnica de Gram y las células bacterianas teñidas individualmente se observan bajo el microscopio.

Paso 3. Las bacterias se tipifican usando colonias aisladas para sembrar pruebas bioquímicas. Esto a menudo requiere horas adicionales de tiempo de crecimiento.

La tinción de Gram Un toque del asa sobre la colonia bacteriana se debe disolver sobre una gota de agua y extender como una capa fina sobre un portaobjetos. Se deja secar la preparación, se fija al calor suave y se trata como sigue (, , , ) : Paso 1. Tinción con cristal violeta.

Paso 2. Fijación con una solución de yodo. Estabiliza el cristal violeta, todas las bacterias en la preparación permanecen de color púrpura o azul.

Paso 3. Extracción con alcohol u otro solvente. Decolora algunas bacterias (las Gram negativas) y no otras (las Gram positivas).

Paso 4. Tinción de contraste con safranina. Las bacterias gram positivas ya están teñidas con cristal violeta y permanecen de color púrpura. Las bacterias gram negativas se tiñen de color rosa.

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El procedimiento de la tinción de Gram

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Bacillus brevis. Tinci贸n de Gram

Streptococcus mutans. Tinci贸n de gram. El cultivo en placa de agar sangre produce una morfologia cocoide sin formar cadenas. Este microorganismo puede causar endocarditis bacteriana subaguda y caries dental.

Streptococcus mutans. Tinción de Gram. Cultivo en caldo de tioglicolato. Su morfología es parecida al Bacillus y forma cadenas cuando se cultiva en caldo, puede causar endocaditits sub aguda bacteriana y caries dental.

A continuación la apariencia de las bacterias se observa bajo el microscopio. Las preguntas que se deben hacer incluyen: •

¿Se trata de bacterias gram positivas o negativas?

•

¿Cuál es la morfología (bastones, cocos, espirales, pleomórficas [forma variable], etc.)?

•

¿Aparecen las células en forma separada o formando cadenas, racimos, pares, etc.? y

•

¿De que tamaño son las células?

Aparte de la tinción de Gram, hay otras tinciones disponibles que son menos empleadas (por ejemplo tinciones para esporas y cápsulas).

De la placa de aislamiento primario se toma otra colonia similar y luego se examinan las propiedades bioquímicas; por ejemplo, ¿fermentara la bacteria un azúcar, por ejemplo la lactosa? Algunas veces, las bacterias se identifican (por ejemplo: por aglutinación) con anticuerpos disponibles comercialmente que reconocen antígenos definidos en la superficie de la bacteria. Ya están disponibles y son actualmente usadas otro tipo de pruebas de diagnóstico molecular.

Caracterización taxonómica de bacterias

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Existe una diversidad considerable aún incluso dentro de las especies. Por lo tanto la comparación de las especies para establecer una separación taxonómica, implica la comparación de múltiples cepas por cada especie en cuestión. Dichas comparaciones están basadas principalmente en análisis químico o molecular.

Análisis químico Se dispone de herramientas sofisticadas para el estudio de la composición estructural de las bacterias (comúnmente ácidos grasos, carbohidratos o perfil de ubiquinona). La caracterización de los productos metabólicos secretados (por ejemplo alcoholes volátiles y ácidos grasos de cadena corta) es también muy útil en la taxonomía.

Análisis molecular La comparación de las secuencias del DNA cromosomal bacteriano completo sería lo ideal, pero esto no es factible hacerlo en todos los casos. Millones de nucleótidos tendrían que ser secuenciados por cada cepa. En años anteriores, se ha llevado a cabo la secuenciación de genomas enteros de un solo representante, de unas pocas especies bacterianas (por ejemplo una cepa). En cada caso, esto involucraría cantidades masivas de trabajo, realizadas por grandes grupos de investigación dedicados a la tarea de secuenciación. Alternativamente, la semejanza genómica históricamente se ha determinado por el contenido de guanina (G) más citosina (C), expresado comúnmente como un porcentaje (% de GC).

Esto ha sido reemplazado por dos alternativas mas confiables – la hibridación y la secuenciación de genes en particular, (comúnmente se usa el gen que codifica para el rRNA 16S).

La homología de DNA-DNA (o qué tanto pueden unirse [hibridizar] dos cadenas de DNA de diferentes bacterias) se emplea para comparar las relaciones genéticas de las cepas/especies bacterianas. Si el DNA de dos cepas bacterianas muestra un alto grado de homología (es decir las cadenas se unen muy bien) se considera que estas cepas son miembros de la misma especie. El DNA de especies bacterianas diferentes (a menos que tenga relación taxonómica muy cercana) no muestra homología.

En los últimos años, la secuenciación de las moléculas del RNA ribosomal 16S (rRNA 16S) se han convertido en el "estándar de oro" de la taxonomía bacteriana. La molécula tiene aproximadamente mil seiscientos nucleótidos de longitud. La secuencia del rRNA 16S provee una medida de la semejanza genómica, sobre la base de que permite hacer comparaciones de parentesco entre especies de todo el reino bacteriano. Las especies bacterianas cercanamente relacionadas a menudo tienen secuencias de rRNA idénticas. Por lo tanto, esta técnica proporciona información complementaria a la hibridación DNA-DNA. La determinación de la secuencia de los genes de rRNA 16S y otras regiones genéticas se usan en la identificación en el laboratorio de microbiología clínica.

Diagnóstico rápido en ausencia de cultivo previo.

Ciertos patógenos de humanos (incluyendo el agente causal de la tuberculosis, de la enfermedad de Lyme y la sífilis) no pueden ser aislados en el laboratorio o crecen extremadamente poco. Un aislamiento exitoso puede ser lento y en algunos casos imposible. Afortunadamente la detección directa de las bacterias sin cultivarlas es posible en algunos de estos casos.

Un acercamiento simple al diagnóstico rápido (como ejemplo: la detección de antígeno) se usa en muchos consultorios médicos para determinación del grupo A de estreptococo. Se toma la muestra con un hisopo a partir de la garganta del paciente y se aglutina el exudado en ausencia de cultivo bacteriano. El antígeno bacteriano se detecta (por aglutinación) con partículas de látex cubiertas con anticuerpos específicos.

Las secuencias específicas de DNA se pueden amplificar directamente a partir de fluidos humanos (por medio de la reacción en cadena de la polimerasa, PCR). De esta forma se generan cantidades amplificadas de genes específicos o de porciones de genes y estos pueden ser rápidamente detectados. De esta forma se ha conseguido éxito en el diagnóstico rápido, por ejemplo, de la tuberculosis.

Finalmente, la observación directa al microscopio de ciertas muestras para observar la presencia de bacterias puede ser muy útil (por ejemplo, la detección de M. tuberculosis en esputo mediante una tinción para microorganismos ácidoalcohol resistentes).

La identificación de la respuesta de anticuerpos en el suero del paciente (perfil serológico) contra el agente infeccioso, solamente puede ser útil después de algunas semanas después de que la infección ha ocurrido.

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Intercambio de información genética Palabras clave •

Merocigoto

•

Transformación

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•

Competencia

•

Recombinación Homóloga

•

Transducción

•

Transducción generalizada

•

Transducción especializada

•

Conversión lisogénica

•

Conjugación

•

Pilus F/pili sexual

•

Replicón

•

F+

•

F-

•

Hfr

•

F'

•

Elemento genético transponible

•

Secuencias de inserción

•

Transposón

•

Recombinación sitio-específico

•

Variación de fase

•

Plásmidos, Plásmido conjugativo

•

Plásmido No conjugativo

•

Factor R

•

RTF

•

Determinante R

Introducción En las poblaciones bacterianas constantemente están surgiendo mutaciones a causa de los errores que aparecen durante la replicación. Si existe cualquier ventaja selectiva para una mutación en particular (ej. resistencia a antibióticos), la mutante enseguida se convertirá en el principal componente de la población, debido a la rápida tasa de crecimiento de las bacterias. Además, dado que las bacterias son organismos haploides, aún las mutaciones que normalmente podrían ser recesivas serán expresadas. Por ello, en poblaciones bacterianas las mutaciones pueden representar un problema en el tratamiento de las infecciones causadas por bacterias. No solo son problema las mutaciones, las bacterias tienen mecanismos por los cuales sus genes pueden transferirse de una célula a otra. Por tanto, una mutación que surge en una célula siempre puede ser transmitida a las otras.

La transferencia genética en bacterias es unidireccional y va de una célula donadora a una receptora y la donadora usualmente cede solamente una pequeña parte de su DNA a la receptora. Por tanto, no se forman cigotos completos; en su lugar se forman cigotos parciales (merocigotos).

Los genes bacterianos usualmente se transfieren a miembros de la misma especie aunque ocasionalmente puede ocurrir transferencia hacia otras especies. La Figura 1 ilustra las transferencias genéticas que se ha demostrado que ocurren entre especies bacterianas diferentes.

En las poblaciones bacterianas constantemente están surgiendo mutaciones a causa de los errores que aparecen durante la replicación. Si existe cualquier ventaja selectiva para una mutación en particular (ej. resistencia a antibióticos), la mutante enseguida se convertirá en el principal componente de la población, debido a la rápida tasa de crecimiento de las bacterias. Además, dado que las bacterias son organismos haploides, aún las mutaciones que normalmente podrían ser recesivas serán expresadas. Por ello, en poblaciones bacterianas las mutaciones pueden representar un problema en el tratamiento de las infecciones causadas por bacterias. No solo son problema las mutaciones, las bacterias tienen mecanismos por los cuales sus genes pueden transferirse de una célula a otra. Por tanto, una mutación que surge en una célula siempre puede ser transmitida a las otras.

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La transferencia genética en bacterias es unidireccional y va de una célula donadora a una receptora y la donadora usualmente cede solamente una pequeña parte de su DNA a la receptora. Por tanto, no se forman cigotos completos; en su lugar se forman cigotos parciales (merocigotos).

Los genes bacterianos usualmente se transfieren a miembros de la misma especie aunque ocasionalmente puede ocurrir transferencia hacia otras especies. La ilustra las transferencias genéticas que se ha demostrado que ocurren entre especies bacterianas diferentes.

Transferencia genética que se ha demostrado que ocurre entre diferentes especies de bacterias.

Mecanismos de transferencia genética en bacterias Transformación La transformación es la transferencia genética que resulta de la incorporación de DNA desnudo por una célula receptora desde una célula donadora. Ciertas bacterias (ej. Bacillus, Haemophilus, Neisseria, Pneumococcus) son capaces de tomar DNA del medio ambiente y ese DNA que es introducido puede llegar a ser incorporado al cromosoma de la célula bacteriana receptora.

1. Factores que afectan la transformación. a. Tamaño del DNA – Funciona mejor el DNA de doble cadena de al menos 5 X 105 daltones. Por tanto, la transformación es sensible a las nucleasas del medio ambiente. b. Competencia de la célula receptora – Algunas bacterias son capaces de incorporar DNA en forma natural. Sin embargo, estas bacterias solo toman al DNA en una etapa particular de su ciclo celular, cuando producen una proteína específica llamada factor de competencia. Cuando la bacteria se encuentra en este estadio se dice que es competente.

Otras bacterias no son capaces de incorporar el DNA naturalmente, sin embargo en estas bacterias la competencia puede ser inducida in vitro mediante tratamiento con sustancias químicas (ej. CaCl2).

2. Pasos de la transformación. a. Incorporación del DNA – La incorporación del DNA por las bacterias Gram+ y Gram- es diferente. En las bacterias Gram+ el DNA se introduce en forma de moléculas de cadena sencilla y la cadena complementaria se sintetiza dentro de la célula receptora. En contraste, las bacterias Gram- incorporan DNA de doble cadena. b. Recombinación General/Legítima/Homóloga – Luego de que el DNA de la célula donadora se ha incorporado, ocurre un evento de recombinación recíproca entre el cromosoma y el DNA de la célula donadora. Esta recombinación requiere de que exista homología entre el DNA del donador y el cromosoma receptor, lo que finalmente resulta en la substitución de DNA entre la receptora y la donadora, como se ilustra en la .

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Esta recombinación requiere de los genes de la recombinación bacteriana (recA, B y C) y de que exista homología entre los DNAs involucrados. Este tipo de recombinación se denomina recombinación general, legítima u homóloga. Debido al requerimiento de homología entre las células donadora y huésped, solo el DNA de una bacteria cercanamente relacionada se esperaría que transformara exitosamente, aunque en raras ocasiones se ha demostrado que sí ocurre transferencia genética de este tipo entre bacterias relacionadas de forma más bien distante.

3. Importancia – La transformación ocurre en la naturaleza de manera normal y es un mecanismo que puede conducir al incremento de la virulencia bacteriana. Por otra parte, la transformación in vitro ha sido ampliamente utilizada en la tecnología del DNA recombinante.

Transducción.

La transducción es la transferencia de información genética desde un donador a un receptor y está mediada por un bacteriófago (fago). La cubierta del fago protege al DNA del medio ambiente, así es que la transducción, a diferencia de la transformación, no se ve afectada por las nucleasas en el medio ambiente. No todos los fagos pueden mediar la transducción. En la mayoría de los casos la transferencia genética se realiza entre miembros de las mismas especies bacterianas. Sin embargo, si un fago en particular posee un amplio rango de huéspedes que él es capaz de infectar, entonces la transferencia entre las especies puede ocurrir. La capacidad del fago para mediar la transducción, está relacionada con el ciclo de vida del mismo.

1. Tipos de Transducción a. Transducción Generalizada - La transducción generalizada es el mecanismo por el cual potencialmente cualquier gene bacteriano de la donadora puede ser transferido a la célula receptora. El mecanismo de la transducción generalizada se ilustra en la .

El mecanismo de la transducción generalizada.

Los fagos que median la transducción generalizada, normalmente cortan el DNA de la célula huésped en pequeñas piezas y empacan ambos DNAs al interior de la partícula fágica mediante un mecanismo llamado “head full” o llenado de las cabezas del fago. Ocasionalmente una de las piezas del DNA de la bacteria huésped resulta empacada al azar dentro de una cubierta de fago. Por lo tanto cualquier gene de la bacteria donadora puede ser potencialmente transferido, pero solamente se transferirá tanto DNA como pueda caber en una sola cápside. Cuando la célula receptora se infecta con un fago que contiene DNA de una donadora, el DNA de la donadora puede entrar a la receptora. Ya dentro de la célula receptora puede ocurrir el evento de la recombinación generalizada, en el cual se substituye el DNA de la célula donadora por el de la receptora ().

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Recombinación General. El DNA del donador se muestra en rojo y el del receptor en azul. b. Transducción especializada – La transducción especializada es la transducción en la cual solo ciertos genes del donador pueden ser transferidos al receptor. Diferentes fagos pueden transferir diferentes genes pero un fago individual solamente puede transferir unos pocos genes. La transducción especializada está mediada por fagos

lisogénicos o fagos temperados y los genes que se llegan a transferir dependerán del lugar donde el profago queda insertado en el cromosoma. El mecanismo de la transducción especializada se ilustra en la .

El mecanismo de la transducción especializada.

Durante la escisión (separación) del profago, un error llega a ocurrir ocasionalmente en el cual un poco del DNA del huésped escinde (se separa del cromosoma) junto con el DNA del fago. Solo puede ser transferido el DNA del huésped que esté flanqueando cada lado del sitio donde el profago se ha insertado, (ej. transducción especializada). Después de la replicación y la liberación del fago y a través de la infección de la célula receptora, puede ocurrir una lisogenización de la receptora dando como resultado la transferencia estable de los genes de la donadora. La receptora ahora tendrá dos copias de los genes que le fueron transferidos. También es posible que se lleve a cabo una recombinación legítima entre los genes de la donadora y de la receptora.

2. Importancia – La conversión lisogénica (mediada por fago) ocurre en la naturaleza y es la fuente de donde proceden las cepas virulentas.

Conjugación La conjugación es la transferencia de DNA de una donadora a una receptora, mediante contacto físico directo entre las células. En las bacterias existen dos tipos de células y son las donadoras (macho) y las receptoras (hembras) y la dirección de la transferencia genética es en un solo sentido; así el DNA se transfiere desde la donadora hacia la receptora.

1. Tipos de células acopladas (mating cells) en las bacterias

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a. Donadora – La capacidad de una bacteria de ser el donador es consecuencia de la presencia en dicha célula de una pieza extra de DNA, llamada factor F, factor de fertilidad o factor sexual. El factor F es una pieza circular de DNA que es capaz replicar en forma autónoma en la célula; es un replicón independiente. Las piezas de DNA extra-cromosomal que pueden replicar autónomamente, reciben el nombre genérico de plásmidos. El factor F posee los genes necesarios tanto para su replicación como para su habilidad de transferir DNA a la célula receptora. Una de las cosas que el factor F codifica es la capacidad de producir una estructura llamada pilus sexual (pilus F) sobre la superficie de la bacteria. Este pilus es importante en el proceso de conjugación. El factor F no es el único plásmido que puede mediar la conjugación pero generalmente se toma como modelo. b. Receptora – La capacidad de actuar como receptora es consecuencia de la carencia de esta célula del factor F. 2. Estados fisiológicos del factor F

a. (F+) Autónomo – El factor F en este estado lleva solamente aquellos genes necesarios para su replicación y para la transferencia de DNA. No hay genes cromosomales asociados con el factor F en las cepas F+.

En los cruces del tipo F+ X F- el F- se convierte en F+ mientras que F+ permanece como F+. Por lo tanto, el factor F es infeccioso. Por otra parte, solamente se presenta un bajo nivel de transferencia de los genes cromosomales de la donadora. b. (Hfr) Integrado - En este estado el factor F se encuentra integrado en el cromosoma bacteriano, vía un evento de recombinación, como se ilustra en la a En los cruces del tipo Hfr X F- el F- raramente se convierte en Hfr y la célula Hfr permanece como tal. En éste caso existe una alta frecuencia de transferencia de los genes cromosomales del donador, de ahí que el nombre de la cepa sea hfr, del inglés high frequency of recombination. c. Autónomo con genes cromosomales (F') - En este estadio el factor F es autónomo, pero ahora contiene algunos genes cromosomales. Los factores F' se producen por escisión del factor F de una Hfr, como se ilustra en la b. Ocasionalmente, cuando el factor F se escinde del cromosoma Hfr, los genes del donador localizados en cada lado del factor F pueden escindir junto con el factor F generando una F'. Los factores F' se denominan dependiendo de los genes cromosomales que contienen.

a)

b) Estados fisiológicos del factor F.r En los cruces del tipo F' X F- el F- se convierte a F' mientras que F' permance como tal. Por otra parte esta bacteria presenta una alta frecuencia de transferencia de aquellos genes cromosomales se encuentran en el F' y presenta una baja frecuencia de transferencia de otros genes cromosomales del donador.

3. Mecanismo de la conjugación.

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a. Cruces F+ X F- ()

Mecanismo de los cruces F+ x Fi) Formación del par - La punta del pilus sexual se pone en contacto con la receptora y formandose un puente de conjugación entre las dos células. Es a través de este puente que el DNA pasará del donador al receptor. De tal forma que el DNA queda protegido de las nucleasas ambientales. Los pares de acoplamiento o mating pairs pueden ser separados por fuerzas tan simples como la agitación y así la conjugación se puede interrumpir. Consecuentemente, los pares de apareamiento permanecen asociados solamente por un tiempo corto. ii) Transferencia del DNA – El DNA del plásmido se corta en un sitio específico llamado origen de la transferencia y se replica mediante un mecanismo de círculo rodante. Una sola cadena de DNA pasa a través del puente de conjugación y entra a la receptora donde la segunda cadena se replica. iii) Este proceso explica los cruces característicos F+ X F-. La receptora se convierte en F+, la donadora permanece como F+ y presenta una baja frecuencia de transferencia de los genes cromosomales del donador. Como se describe en la , realmente no hay transferencia de los genes cromosomales del donador. Sin embargo en la práctica, existe un bajo nivel de transferencia de los genes cromosomales del donador en tales cruces. b. Cruces Hfr X F- ()

Mecanismo de los cruces Hfr x F-

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i) Formación del Par ii) Transferencia de DNA – El DNA sufre un corte en el sitio de origen de la transferencia y se replica mediante un mecanismo de círculo rodante. En este caso el DNA que se transfiere primero es el del cromosoma. Dependiendo del lugar del cromosoma donde el factor F se ha integrado y en qué orientación lo haga, diferentes genes cromosomales serán transferidos a tiempos diferentes. Sin embargo, el orden relativo y las distancias de los genes siempre

permanecerán igual. Solo hasta que el cromosoma entero se haya transferido, entonces el factor F se transferirá. Ya que los movimientos tales como las fuerzas de agitación son capaces de separar a los pares sexuales formados, es raro que el cromosoma entero se transfiera. Por ello, la receptora generalmente no recibe el factor F en un cruce Hfr X F-. iii) Recombinación legítima – La recombinación entre el DNA transferido y el cromosoma da como resultado un intercambio del material genético entre la donadora y la receptora. iv) Este mechanismo explica las caracteristicas de los cruces Hfr X F-. La receptora permanece como F-, la donadora permanece Hfr y existe una alta frecuencia de transferencia de los genes cromosomales a partir de la donadora. c. Cruces F' X F- ()

El mecanismo de cruces F" x Fi) Formación del Par ii) Transferencia del DNA - Este proceso es similar al cruce F+ X F-. Sin embargo, debido a que el F' lleva algunos genes cromosomales estos también van a ser transferidos. iii) Recombinación homóloga. No es necesaria aunque puede ocurrir. iv) Este mecanismo explica las características de los cruces F' X F-. El F- se convierte en F', el F' permanece como tal y la se presenta una alta frecuencia de transferencia de los genes del donador que van en el F' pero una baja frecuencia de transferencia de otros genes cromosomales del donador.

4) Importancia – Entre las bacterias Gram negativas esta es la forma principal en que se transfieren los genes. La transferencia puede ocurrir entre diferentes especies bacterianas. La transferencia de resistencia múltiple a los antibióticos por conjugación ha llegado a ser un problema relevante en el tratamiento de ciertas enfermedades bacterianas. Debido a que la célula receptora se convierte en donadora después de la transferencia del plásmido, es fácil ver por qué un gen de resistencia a los antibióticos que va en un plásmido puede rápidamente convertir una población sensible de bacterias en una resistente.

Las bacterias Gram positivas también tienen plásmidos que llevan genes de resistencia múltiple a los antibióticos, en algunos casos estos plásmidos se transfieren por conjugación mientras que en otras ellos se transfieren por transducción. El mecanismo de conjugación en las bacterias Gram + es diferente al de las Gram -. En las bacterias Gram + el donador produce un material adhesivo el cual causa agregación con el receptor y el DNA se transfiere.

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Elementos genéticos transponibles A. Elementos Genéticos Transponibles Los elementos genéticos transponibles son segmentos de DNA que tienen la capacidad de moverse desde una localización hasta otra (ej. genes saltarines).

B. Propiedades de los Elementos Genéticos Transponibles 1. Movimiento al azar- Los elementos genéticos transponibles pueden moverse desde cualquier molécula de DNA a cualquier otra molécula de DNA o aún a otro lugar dentro de la misma molécula. El movimiento no es totalmente al azar; existen sitios preferentes en una molécula de DNA en la cual se insertará el elemento genético transponible.

2. Incapaz de auto-replicarse – Los elementos genéticos transponibles no existen de manera autónoma (a excepción – algunos genes transponibles en los fagos) y por tanto, para ser replicados deben ser parte de algún otro replicón.

3. Transposición mediada por recombinación sitio-específica – La transposición requiere poca o ninguna homología entre la localización actual y el nuevo sitio. El evento de transposición está mediado por una transposasa codificada por el elemento genético transponible. La recombinación que no requiere de homología entre las moléculas recombinantes se denomina de sitio-específico, ilegítima o bien recombinación no-homóloga.

4. Transposición acompañada por duplicación – En muchas instancias la transposición del elemento genético transponible resulta en la remoción del elemento de su sitio original y su inserción en un nuevo sitio. Sin embargo, en algunos casos el evento de transposición se acompaña de una duplicación del elemento genético transponible. Una copia permanece en el sitio original y la otra se transpone en el nuevo sitio.

C. Tipos de Elementos Genéticos Transponibles 1. Secuencias de Inserción (IS)- Las secuencias de inserción son elementos genéticos transponibles que llevan genes desconocidos, con excepción de aquellos que se requieren para la transposición. a. Nomenclatura – A las secuencias de inserción (insertion sequences) se les da la designación IS seguida por un número (ej: IS1) b. Estructura ()

Estructura de los elementos genéticos transponibles Las secuencias de inserción son pequeños tramos de DNA que a sus extremos tienen secuencias repetidas que están involucradas en la transposición. En medio de las secuencias terminales repetidas hay genes involucrados en la transposición y secuencias que pueden controlar la expresión de los genes, pero no presentan otros genes que no sean esenciales. c. Importancia i) Mutación – La introducción de una secuencia de inserción en medio de un gene bacteriano resultará en la inactivación de tal gene.

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ii) Inserción de plásmidos en los cromosomas – Los sitios en los cuales los plásmidos se insertan en el cromosoma bacteriano se localizan ya sea en las propias secuencias de inserción o cerca de ellas. iii) Variación de Fase – Los antígenos flagelares son de los principales antígenos ante los cuales se dirige la respuesta inmune, en nuestro intento de luchar contra la infección bacteriana. En Salmonella existen genes que codifican para dos genes flagelares antigenicamente diferentes. La expresión de estos genes está regulada por secuencias de inserción. En una orientación, uno de los genes está activo mientras que en la otra orientación el otro gene flagelar estará activo.

Como resultado Salmonella puede cambiar sus flagelos en respuesta al ataque del sistema inmune. La variación de fase en los antígenos flagelares de Salmonella no es única. También se ha visto que ocurre con otros antígenos de superficie.

Además el mecanismo de la variación de fase puede ser diferente en diversas especies de bacterias (ej. transformación en Neisseria).

2. Transposones (Tn) – Los transposones son elementos genéticos transponibles que llevan uno o más de otros genes además de aquellos que son esenciales para la transposición. a. Nomenclatura – A los transposones se les da la designación Tn seguida de un número. b. Estructura - La estructura de un transposón es similar a la de una secuencia de inserción. Los genes extra están localizados entre las secuencias repetidas terminales. En algunas instancias (transposones compuestos) las secuencias repetidas terminales son de hecho secuencias de inserción. (See ).

Estructura de un Transposón. c. Importancia - Muchos genes de resistencia a los antibióticos se localizan en transposones. Debido a que los transposones pueden saltar de una molécula DNA a otra, estos transposones de resistencia a antibióticos son un factor principal en el desarrollo de plásmidos los cuales pueden conferir resistencia a múltiples drogas en las bacterias que albergan tales plásmidos. Estos plásmidos de resistencia a múltiples drogas han llegado a ser un problema médico grave, debido que el uso indiscriminado de antibióticos ha dado lugar a una ventaja selectiva presente en las bacterias que poseen este tipo de plásmidos.

Plásmidos A. Definición – Los plásmidos son elementos genéticos extra-cromosomales que pueden llevar a cabo una replicación autónoma. Un episoma es un plásmido que además es capaz de integrarse al cromosoma bacteriano.

B. Clasificación de los Plásmidos 1. Propiedades de Transferencia a. Plásmidos Conjugativos – Los plásmidos conjugativos son aquellos que son los mediadores del proceso de la conjugación. Estos plásmidos usualmente son grandes, tienen todos los genes necesarios para una replicación autónoma y para la transferencia del DNA hacia una célula receptora (ej. genes para el pilus sexual). b. Plásmidos No-conjugativos – Los plásmidos no-conjugativos son aquellos que no pueden mediar el proceso de la conjugación. Estos son plásmidos usualmente más pequeños que los plásmidos conjugativos y carecen de uno o más de los genes necesarios para la transferencia del DNA. Un plásmido no-conjugativo puede transferirse por conjugación si la célula también alberga a un plásmido conjugativo.

2. Efectos en el fenotipo a. Plásmido de Fertilidad (factor F) b. Plásmidos Bacteriocinogénicos - Estos plásmidos poseen genes que codifican para substancias que matan a otras bacterias. Dichas substancias se llaman bacteriocinas o colicinas. c. Plásmidos de Resistencia (factores R) – Estos plásmidos acarrean genes de resistencia a los antibióticos.

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i) Origen – El origen de los factores R no se conoce. Es probable que hayan evolucionado con otros propósitos y que el advenimiento de la era de los antibióticos haya proporcionado una ventaja selectiva para su amplia diseminación. ii) Estructura – Los plásmidos R son plásmidos conjugativos en los cuales los genes para la replicación y la transferencia se localizan en una parte del factor R y los genes de resistencia están localizados en otra parte del mismo, como se ilustra en la .

Estructura del Plásmido R RTF (Resistance Transfer Factor) – acarrea los genes de transferencia.

Determinante R – acarrea los genes de resistencia. Los genes de resistencia frecuentemente forman parte de transposones.

Mecanismo de acción de los genes de resistencia a) Modificación (detoxificación) de antibióticos - ej. la enzima β-lactamasa b) Alteración del sitio blanco - ej. resistencia a la estreptomicina c) Alteración de la incorporación- resistencia a la Tetraciclina d) Substitución de una ruta sensible - ej. Una nueva ruta de síntesis del ácido fólico como mecanismo de resistencia a las drogas conocidas como sulfas.

Mecanismos de regulación genética Regulación de la expresión genética Las bacterias no producen todo el tiempo todas las proteínas que son capaces de elaborar. En lugar de eso, ellas se adaptan a su medio ambiente y sintetizan solo aquellos productos genéticos esenciales para sobrevivir en un medio ambiente en particular.

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Por ejemplo, las bacterias no sintetizan las enzimas necesarias para la síntesis del triptofano cuando hay una fuente abundante de triptofano en su medio ambiente. Sin embargo, cuando el triptofano está ausente, las enzimas se sintetizan. De manera similar, solo porque una bacteria lleva un gen de resistencia a un antibiótico, no significa que ese gen se va a expresar. El gen de resistencia solo se puede expresar cuando el antibiótico está presente en el medio ambiente que rodea a la bacteria.

Normalmente las bacterias llevan a cabo un control de la expresión genética regulando los niveles de la transcripción. En las bacterias, los genes con función relacionada se encuentran generalmente adyascentes uno al otro y están regulados en forma coordinada, (cuando uno se expresa se expresan todos). La regulación coordinada de los genes agrupados se consigue mediante la producción de un mRNA policistrónico (un mRNA largo conteniendo la información de muchos genes). Por tanto, las bacterias son capaces de "sentir" su medio ambiente y expresar el juego de genes necesario y más apropiado para el medio ambiente en particular regulando la transcripción de ciertos genes.

Genes Inducibles - El Modelo del Operon 1. Definición - Los genes inducibles son aquellos en los que la presencia de una sustancia (un inductor) en el medio ambiente, enciende la expresión de uno o más genes (genes estructurales) involucrados en el metabolismo de tal sustancia ejemplos: la lactosa induce la expresión de los genes del operon lac. Un antibiótico induce la expresión de un gen de resistencia.

La inducción es común en las rutas metabólicas que dan como resultado el catabolismo de una sustancia y el inductor es normalmente el sustrato de esa ruta.

2. Operón de Lactosa - El operón de lactosa se ilustra en la .

El operón de lactosa a. Genes estructurales - El operón de lactosa contiene tres genes estructurales que codifican para las enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa. El gen lac z codifica para la β-galactosidasa, una enzima que convierte la lactose en glucosa y galactosa, el gen lac y que codifica para una permeasa, la cual está involucrada en la incorporación de la lactosa, y el gen lac a, que codifica para una galactosa transacetilasa. Estos genes se transcriben desde un promotor común en un mRNA polícistrónico, el cual es traducido para dar lugar a las tres enzimas. b. Gen Regulador- La expresión de los genes estructurales no solamente se ve influenciada por la presencia o ausencia del inductor, también está controlada por un gen regulador específico. El gen regulador puede estar cerca o lejos de los genes que están siendo regulados. El gen regulador codifica para una proteína específica, un producto denominado REPRESOR. c. Operador - El represor actúa mediante la unión con una región específica del DNA llamada el operador, la cual está adyacente a los genes estructurales que se están regulando. Los genes estructurales junto con la región operadora y el promotor se conocen como un OPERÓN. Sin embargo, la unión del represor con el operador se previene por el inductor y el inductor puede también remover el represor que ya se haya unido al operador. No obstante, en presencia del inductor el represor se inactiva y no se une al operador, dando como resultado la transcripción de los genes estructurales. En contraste, en ausencia del inductor, el represor si está activo y se une al operador, lo cual da como resultado la inhibición de la transcripción de los genes estructurales. Este tipo de control se conoce como CONTROL NEGATIVO, ya que la función del producto del gen regulador (el represor) es apagar la transcripción de los genes estructurales. d. Inductor – La transcripción de los genes lac está influenciada por la presencia o ausencia de un inductor (lactosa u otros β-galactósidos) ().

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Ej.

+ inductor ----> Expresión - inductor ----> No hay expresión

Transcripción de los genes lac en presencia y ausencia de glucosa 3. Represión Catabólica (Efecto de la Glucosa)

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Muchos operones inducibles no solamente están controlados por sus respectivos inductores y genes reguladores, sino que también se ven controlados por el nivel de glucosa en el medio ambiente. La capacidad de la glucosa en el control de la expresión de un número de diferentes operones inducibles se le llama REPRESIÓN CATABÓLICA. La cual se ilustra en la .

Represión Catabólica

La represión catabólica se observa generalmente en aquellos operones que están involucrados en la degradación de los componentes que se emplean como fuentes de energía. Dado que la glucosa es la fuente preferida en las bacterias, la capacidad de la glucosa para regular la expresión de otros operones, asegura que las bacterias utilizarán glucosa antes que cualquier otra fuente de carbono como fuente de energía. a. Mecanismo – En las bacterias existe una relación inversa entre los niveles de glucosa y los de AMP cíclico (AMPc).

Cuando los niveles de glucosa son bajos, los niveles de AMPc son altos y viceversa. Esta interrelación existe porque el transporte de glucosa al interior de la célula inhibe a la enzima adenilato ciclasa que es la que produce el AMPc. En las bacterias el AMPc se une a una proteína de unión con AMPc llamada CAP o CRP. El complejo AMPc-CAP y no la proteína CAP por sí sola, es capaz de unirse a un sitio en los promotores de los operones sensibles a la represión catabólica. La unión con el complejo hace al promotor más eficiente, por lo tanto se llevarán a cabo más procesos de iniciación de la transcripción de ese promotor, como se ilustra en las y . Debido a que el papel del complejo CAP-AMPc es encender la transcripción, este tipo de control se considera como CONTROL POSITIVO. Las consecuencias de este tipo de control son que, para que se logre la expresión máxima de un operón sensible a represión catabólica, la glucosa necesariamente debe estar ausente en el medio ambiente bacteriano y el inductor del operón deberá estar presente. Si ambos están presentes el operón no se expresará a su nivel máximo hasta que la glucosa sea metabolizada completamente.

Obviamente, no hay expresión del operón, es decir esta no ocurre a menos que el inductor se encuentre presente.

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Efecto de la glucose en la expresión de las proteínas codificadas por el operón lac

Efecto de la glucosa en la expresión de las proteínas codificadas por el operón lac Genes Reprimibles - El Modelo del Operón.

1. Definición – Los genes reprimibles son aquellos en los cuales la presencia de una sustancia (un co-represor) en el medio ambiente, apaga la expresión de uno o más genes (genes estructurales) involucrados en el metabolismo de una sustancia.

Ejemplo, el triptofano reprime la expresión de los genes trp.

La represión es común en las rutas metabólicas que dan como resultado la biosíntesis de una substancia y el co-represor normalmente es el producto final de la ruta que está siendo regulada.

2. Operón del triptofano -El operón para triptofano se ilustra en la . a. Genes estructurales – El operón para el triptofano contiene cinco genes estructurales que codifican para las enzimas involucradas en la síntesis del triptofano. Estos genes se transcriben desde un promotor común dando lugar a un RNA mensajero (mRNA) policistrónico, el cual se traduce dando lugar a las cinco enzimas del operón.

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b. Gen Regulador- La expresión de los genes estructurales no solamente se ve influenciada por la presencia o ausencia del co-represor, es también controlada por un gen regulador específico. El gen regulador puede estar cercano o lejano a los genes que están siendo regulados. Los genes reguladores codifican para un producto protéico específico llamado el REPRESOR (a veces también se le conoce como el apo-represor). Cuando el represor se sintetiza es inactivo. Sin embargo, se puede activar al formar un complejo con el co-represor (por ejemplo: el triptofano) c. Operador – El complejo represor/co-repressor actúa uniéndose a la región específica del DNA llamada operador el cual es una secuencia adyascente a los genes estructurales que se están regulando. Los genes estructurales junto con la región del operador y el promotor se le conoce como el OPERÓN. Por lo tanto, en presencia del co-represor, el represor se activa y se une al operador, dando como resultado la represión de la transcripción de los genes estructurales. En contraste, en ausencia del co-represor, el represor es inactivo y por tanto no es capaz de unirse al operador, lo cual da como resultado la transcripción de los genes estructurales. A este tipo de control se le conoce como CONTROL NEGATIVO, ya que la función del producto del gen regulador (represor) es apagar la transcripción de los genes estructurales.

El operón de triptofano d. Co-represor – La transcripción de los genes del triptofano está influenciada por la presencia o ausencia de un corepresor (triptofano) ().

Ej.

+ co-represor----> Expresión - co-represor ----> No hay expresión

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El efecto del triptofano sobre la expresión del operón trp Atenuación En muchos operones reprimibles la transcripción que se inicia en el promotor puede terminarse prematuramente en la region líder, que es la que precede al primer gen estructural. (ej: la polimerasa termina la transcripción antes de que se empiece a transcribir el primer gen del operón. Este fenómeno se conoce como ATENUACION; la terminación prematura de la transcripción. Aunque la atenuación se observa en un número de operones, el mecanismo se conoce y se entiende mejor en aquellos operones que son reprimibles y que están involucrados en la síntesis de los aminoácidos. En estos casos la atenuación se regula mediante la disponibilidad del tRNA aminoacilado correspondiente al aminoácido en cuestión.

a. Mecanismo (Ver la )

Mecanismo de atenuación Aunque la transcripción se inicia al nivel del promotor, realmente esta empieza antes del inicio del marco de lectura del primer gen estructural y en esta región previa se forma un transcrito corto y se conoce como región líder. Esta región líder contiene una señal de inicio y otra de alto (paro) para la síntesis de proteínas. Ya que las bacterias no tienen membrana nuclear, la transcripción y la transducción pueden ocurrir simultáneamente. Por tanto se puede estar formando un péptido corto, al mismo tiempo que la RNA polimerasa está transcribiendo la región líder. Este péptido de prueba contiene varios residuos de triptofano a la mitad del mismo. Por lo tanto, si existe suficiente cantidad de triptofanil-t-RNA para traducir el péptido de prueba, el péptido entero estará formado y el ribosoma alcanzará la señal de alto. Por otra parte, si no hay suficiente triptofanil-t-RNA para traducir el péptido, el ribosoma se arrestará en los dos codones para el triptofano antes de alcanzar la señal de alto.

La secuencia en el mRNA líder contiene cuatro regiones, las cuales tienen secuencias complementarias entre sí (). Por lo tanto, varias diferentes estructuras de tallo y lupa se pueden formar. La región 1 solamente puede formar pares de bases con la región 2; la region 2 puede formar pares de base ya sea con la región 1 o con la región 3; la región 3 puede formar pares de bases con las regiones 2 o 4; y la región 4 solamente puede formar pares de bases con la región 3. Por lo tanto tres posibles estructuras de tallo/lupa pueden formarse en el RNA.

Formación de estructuras tallo-lupa región 1: región 2 región 2: región 3

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región 3: región 4 Una de las posibles estructuras (la región 3 que forma pares de bases con la región 4) genera una señal para la RNA polimerasa para que ella termine la transcripción (ej. para atenuar la transcripción). Sin embargo la formación de una estructura de tallo y lupa puede ser que anule la formación de otras. Si la región 2 forma pares de bases con la región 1

no estará disponible para parearse con la región 3. De manera similar, si la región 3 forma pares de bases con la región 2 no estará disponible para formar pares de bases con la región 4.

La capacidad de los ribosomas para traducir el péptido de prueba, afectará la formación de las diferentes estructuras de tallo y lupa . Si el ribosoma alcanza la señal de alto de la traducción, ésta estará cubriendo la región 2 y por tanto la región 2 no estará disponible para la formación de pares de bases con otras regiones. Esto permite la generación de la señal para la terminación de la transcripción, porque la región 3 estará disponible para parearse con la región 4. Por lo tanto, cuando existe suficiente triptofanil-t-RNA para traducir el péptido de prueba ocurrirá una atenuación y los genes estructurales no se transcribirán. En contraste, cuando existe una cantidad insuficiente de triptofanil-t-RNA para traducir el péptido de prueba, entonces la atenuación sí ocurrirá. Esto es porque el ribosoma se detendrá en los dos codones para triptofano de la región 1, permitiendo así que la región 2 forme pares de bases con la región 3 previniendo así la formación de la señal de atenuación (ej. la región 3 se parearía con la región 4). Por lo tanto, los genes estructurales se transcribirán.

Mecanismo de atenuación

Regulación de la actividad enzimática.

Las bacterias también tienen formas de regular las actividades de sus enzimas.

A. Inhibición por retroalimentación - Las actividades de las enzimas bacterianas frecuentemente están sujetas a la regulación por retroalimentación conocida como inhibición sujeta a retroalimentación (feedback). Normalmente, es el producto final de la ruta metabólica el que actúa como inhibidor de la primera enzima de la misma. Es el paso en el cual se lleva a cabo la regulación de la ruta metabólica.

B. Modificación epigenética - Las actividades de las enzimas bacterianas también se regulan mediante modificaciones covalentes de las enzimas. Tales modificaciones se llaman MODIFICACIONES EPIGENÉTICAS. Ejemplos. La adenilación de la sintetasa de glutamina, la fosforilación de la sintetasa de glicógeno.

Normalmente estas modificaciones son reversibles de manera que las actividades de las enzimas pueden ser encendidas y apagadas.

Aspectos generales de la patogénesis bacteriana

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Panorama general.

La patogénesis es un proceso multi-factorial que depende del estado immunológico del individuo, de la naturaleza de las especies o de las cepas bacterianas (factores de virulencia) y de la cantidad de organismos en la exposición inicial.

Un número limitado de especies bacterianas son responsables de la mayoría de las enfermedades infecciosas en los individuos sanos. Gracias al éxito de las vacunas, los antibióticos y las medidas efectivas en salud pública, se había

pensado hasta ahora que las epidemias eran cosa del pasado. Debido al surgimiento de organismos resistentes a los antibióticos, esta situación ha cambiado rápidamente.

Todos los humanos estamos colonizados por bacterias (flora normal) que viven en las superficies externas (incluyendo la piel, intestinos y vías respiratorias). Estamos también constantemente expuestos a bacterias del ambiente (incluyendo aire, agua, suelo y alimentos). Normalmente gracias a nuestros mecanismos de defensa, la mayoría de estas bacterias no causan daño. En pacientes inmunocomprometidos, cuyas defensas están debilitadas, estas bacterias causan a menudo enfermedades infecciosas oportunistas cuando ingresan a la corriente sanguínea (después de una cirugía, cateterización u otras modalidades de tratamiento). Cuando estas infecciones son iniciadas en el hospital, son referidas como nosocomiales. Algunas bacterias comunes encontradas en la flora normal incluyen a Staphylococcus aureus, S. epidermidis y Propionibacterium acnes (encontrado en la piel) así como Bacteroides y Enterobacteriaceae encontrados en el intestino (esta última especie en cantidades mucho menores).

Postulados de Koch (modificados) 1. El microorganismo debe ser siempre hallado en humanos con la enfermedad infecciosa pero nunca en individuos sanos.

2. El microorganismo debe ser aislado de humanos con la enfermedad infecciosa y poder crecer en cultivos puros.

3. El microorganismo aislado cultivo puro debe iniciar la enfermedad cuando es inoculado en animales susceptibles 4. El microorganismo deberá ser re-aislado de los animales experimentalmente infectados.

Los postulados 3 y 4 son extremadamente importantes como prueba definitiva de su papel como agente causal de la enfermedad en humanos. Sin embargo, esto depende de la habilidad de desarrollar modelos animales que asemejen a la enfermedad en los humanos. En muchos casos tales modelos no existen.

Transmisión Las especies específicas de bacterias (o cepas dentro de una especie) inician la infección después de ser transmitidas por diferentes routas a sitios específicos del cuerpo humano. Por ejemplo, las bacterias se transmiten en gotitas aerotransportadas al tracto respiratorio, por ingestión de alimentos o agua, o por contacto sexual

Adherencia Las infecciones bacterianas son iniciadas generalmente por la adherencia del microbio a una superficie epitelial específica del cuerpo. Lo contrario ocurre cuando el organismo es eliminado ya sea por peristalsis y defecación (en el intestino), por acción de los cilios, tos y estornudos (en las vías respiratorias) o por micción (en el tracto urogenital). La adherencia no es simplemente una unión inespecífica sino que existen interacciones específicas entre constituyentes externos en la célula bacteriana (adhesinas) y en las células del organismo (receptores), es decir, interacciones adhesinareceptor.

Los estreptococos (S. pyogenes) tienen fimbrias en su superficie que contienen dos componentes principales, la proteína M y el ácido lipoteicoico. La fibronectina presente en el plasma se une a las células epiteliales y las porciones de ácidos grasos del ácido lipoteicoico interactúan a su vez con la fibronectina.

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Las cepas de E. coli con diferentes características de superficie causan distintas enfermedades. Entre los pili más extensamente estudiados están los de E. coli uropatogénica. Ciertas adhesinas presentes en los extremos de las fimbrias de E. coli facilitan la unión a las células epiteliales. Las fimbrias tipo 1 se unen a receptores que contienen manosa.

Mientras que las fimbrias P permiten la unión a glicolípidos que contienen galactosa (e.g. cerebrosidos) y a glicoproteínas presentes en las células epiteliales. Se denominan fimbrias "P" porque originalmente se demostró que se unían a los antígenos de eritrocitos del grupo sanguíneo P de humanos.

Penetración y diseminación Algunos patógenos bacterianos se alojan en las superficies epiteliales como por ejemplo Vibrio cholerae. Otras especies son capaces de penetrar estas barreras pero permanecer localmente. Otros pasan a la corriente sanguínea y de ahí a

otros sitios sistémicos. Esto generalmente ocurre en el intestino, tracto urinario y tracto respiratorio y en menor medida a través de la piel. Por ejemplo, Shigella penetra a las células epiteliales del intestino al activar su función endocítica; Shigella no se disemina por la vía sanguínea. En otros casos, las bacterias (ej. Salmonella typhi) pasan a través de las células epiteliales a la circulación sanguínea. Así, la invasión se refiere a la habilidad de un organismo para entrar a una célula, aunque en algunos casos esto puede significar un paso posterior hacia el sistema vascular. Borrelia burgdorferi se transmite a la circulación sanguínea a través de la piel por medio de una picadura de insecto. Ciertas endotoxinas degradativas secretadas por algunas bacterias (ej. hialuronidasa o colagenasa) pueden aflojar la matriz del tejido conectivo aumentando la facilidad del paso de las bacterias a través de estos sitios.

Sobrevivencia en el hospedero Muchos patógenos bacterianos son capaces de resistir a la acción citolítica del plasma y de otros fluidos corporales que contienen anticuerpos y complemento (ir aquí) (vía clásica) o complemento solo (vía alterna) o lisozima. La destrucción de los patógenos extracelulares ocurre en mayor medida dentro de los fagocitos después de la opsonización (por anticuerpos y/o complemento) y la fagocitosis. Evadir la fagocitosis es por lo tanto un mecanismo principal de supervivencia para los patógenos extracelulares. La presencia de cápsulas (en muchos patógenos), la proteína A (S. aureus) y la proteína M (S. pyogenes) funcionan en este sentido.

La proteína A es un constituyente asociado a la superficie de S. aureus pero también es un producto que se secreta y se une a la porción Fc de las inmunoglobulinas. Las bacterias, al unírseles el anticuerpo, activan la vía clásica del complemento lo cual resulta en la fijación de C3. La fagocitosis ocurre cuando las bacterias opsonizadas se unen a los receptores que reconocen a las porciones Fc de las inmunoglobulinas y/o a regiones del componente C3. La proteína A es anti-complementaria (ya que cuando se une a la IgG, se activa la cascada del complemento, bajando los niveles del complemento). Lo anterior significa que en presencia de la proteína A, habrá menos fijación del complemento y por lo tanto la interacción de la bacteria con los receptores para C3 no ocurrirá. Por otro lado, la proteína A libre se une a las porciones Fc de la IgG por lo que la fagocitosis vía receptores de Fc será inhibida debido al impedimento estérico.

Los peptidoglicanos, así como los polisacáridos, activan a la cascada alterna del complemento. En S. pyogenes el péptidoglicano está suficientemente expuesto de tal manera que es capaz de unir complemento por la vía alterna. La proteína M del estreptococo del grupo A es el componente anti-fagocítico de las fimbrias. La proteína M se une al fibrinógeno del plasma lo cual bloquea la unión del complemento a las capas de peptidoglicano que cubre a las bacterias. Por lo tanto, los estreptococos en un suero no inmune no son fagocitados.

Los patógenos intracelulares (tanto obligados como facultativos) deben evitar ser destruidos dentro de los fagolisosomas. Esto ocurre cuando los parásitos evitan a estas vesículas o las lisan para luego establecerse en el citoplasma. Alternativamente, los patógenos pueden sobrevivir en los fagosomas (inhibiendo la fusión de los fagosomas con los lisosomas o bien se hacen resistentes a las enzimas degradativas si ocurre la fusión con los lisosomas).

Daño tisular Las bacterias causan daño a los tejidos por varios mecanismos distintos que implican: 1) exotoxinas 2) endotoxinas e inmunidad no-específica, 3) inmunidad específica humoral y celular.

Exotoxinas

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Muchas bacterias producen proteínas (exotoxinas) que por su acción enzimática modifican o bien destruyen determinadas estructuras celulares. Los efectos de las exotoxinas usualmente se observan de manera aguda, ya que son suficientemente potentes para producir efectos serios (ej. la muerte) como resultado. Ejemplos de estos son el botulismo, el ántrax, el cólera y la difteria. Si el huésped sobrevive a la infección aguda, los anticuerpos neutralizantes (anti-toxina) frecuentemente se producen de manera tal que neutralizan los efectos de la exotoxina. Las diferentes clases de exotoxinas incluyen: (1) Toxinas que actúan sobre la matriz extracelular del tejido conectivo.

Ejemplos. La colagenasa de Clostridium perfringens y la hialuronidasa de Staphylococcus aureus.

(2) Toxinas que tienen un componente de unión "B" y un componente catalítico "A" (Toxinas tipo A-B)

Estas incluyen: a) Aquellas con actividad ADP-ribosiladora ej. la toxina del cólera, la toxina termo-lábil de E. coli, las toxinas de Pseudomonas aeruginosa y difteria. b) Aquellas con actividad lítica sobre el rRNA 28S ej. las toxinas shiga y shiga-like (o vero). c) Aquellas con un sitio de acción parcialmente caracterizado ej. la toxina botulínica, la toxina del tétanos u la toxina letal del ántrax.

(3) Toxinas con daño a las membranas. ej. la toxina delta de Staphylococcus aureus.

Toxinas que actúan extracelularmente. Estas incluyen proteasas, colagenasas y hialuronidasas. Por ejemplo, Clostridium perfringens produce una colagenasa muy potente, mientras que Staphylococcus aureus produce una hialuronidasa. El daño a la matriz del tejido conectivo (por la hialuronidasa y la colagenasa) puede "aflojar" las fibras tisulares permitiendo al microorganismo diseminarse mas facilmente a través de los tejidos. También se encuentra incluída en este grupo la exfoliatina de Staphylococcus aureus la cual causa una separación de las láminas entre la epidermis y es el agente causal del síndrome de la piel escaldada del recién nacido.

Toxinas A - B. Tales toxinas consisten de dos componentes. Uno de los cuales se une a las superficies y el otro pasa al interior de la membrana hacia el citoplasma donde realmente actúa. Las toxinas clásicas que han demostrado que actúan de esta manera son las del cólera y la difteria. (i) Exotoxinas ADP-ribosiladoras.

La toxina diftérica (producida por Corynebacterium diphtheriae) está codificada por el gen tox de un fago. La toxina se sintetiza como una cadena polipeptídica y rápidamente es procesada para dar dos cadenas que se mantienen juntas por un enlace disulfuro. B se une a las células y A lleva la actividad enzimática. A se endocita y desde el endosoma pasa al citosol. La toxina diftérica, lleva a cabo la ADP-ribosilación del factor de elongación (EF2) en los ribosomas, inhibiendo por lo tanto la síntesis de proteínas. La exotoxina A de Pseudomonas tiene un mecanismo de acción similar al de la toxina diftérica.

La toxina colérica tiene varias subunidades las cuales forman un anillo pentamñerico de B con la subunidad A monomérica insertada en el centro. B se une a los gangliósidos sobre la superficie celular y parece proveer de un canal a través del cual penetra A. A1 se forma por una modificación proteolítica y después de la internalización lleva a cabo la ADP-ribosilación de un complejo regulador en la membrana celular (usando NADH como substrato), causando así la activación de la enzima adenilato ciclasa. La activación de la adenilato ciclasa da lugar a un incremento en la producción del AMP cíclico, lo que lleva a un decremento en la incorporación de cloruro de sodio desde el lumen intestinal y activa la secreción de iones y agua dando lugar a la diarrea. La toxina termolábil de E. coli tiene un modo de acción similar. (ii) Toxinas que actúan sobre el rRNA 28S

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Las toxinas de Shiga (codificadas en el cromosoma) están involucradas en la patogénesis de la shigelosis, mientras que las toxinas shiga-like (o semejantes a la de Shiga) son codificadas por fagos. Estas se producen principalmente por E. coli enterohemorrágica. Estas toxinas comparten un mecanismo de acción común. Un fragmento de la subunidad A pasa por el ribosoma donde tiene actvidad de N-glycosidasa sobre un solo residuo de adenosina; ej. el enlace entre la base y la ribosa se anula. La diarrea es el resultado, no de una forma activa de secreción de iones/agua, sino de una deficiente absorción de agua debida a la muerte de las células epiteliales, los enterocitos, por la inhibición de su síntesis de proteínas. (iii) Sitio de acción parcialmente caracterizado Las neurotoxinas botulínicas, la tetanospasmina y la toxina letal de B. anthracis parecen ser del tipo de las exotoxinas AB. La toxina botulínica actúa causando inhibición de la liberación de la acetilcolina a nivel de la unión neuromuscular. La toxina del tetanos se absorbe a nivel de las uniones neuromusculares y se transporta a través de los axones hacia las

sinapsis. Entonces actúa inactivando las neuronas inhibidoras. Las exotoxinas del tétanos y el botulismo, parecen tener componentes B, pero el mecanismo de acción de sus subunidades A no se conoce. El componente B de la toxina letal de B. anthracis es el antígeno protector; es interesante que este componente también sirve como subunidad B para la toxina de edema.

Toxinas que dañan la membrana: Estas toxinas digieren enzimáticamente componentes como los fosfolípidos (o proteínas) de las membranas, es decir, se comportan como detergentes. En cada caso producen hoyos en la membrana celular y los contenidos citoplásmicos se pueden derramar. La ("toxina") fosfolipasa de C. perfringens es un ejemplo de una toxina por daño a la membrana. Esta destruye a los vasos sanguíneos deteniendo así el influjo o llegada de las células inflamatorias, lo cual también ayuda a crear un ambiente anaeróbico mismo que es importante para el crecimiento de este microorganismo anaerobio estricto. La toxina delta de S. aureus es una proteína extremadamente hidrofóbica que se inserta en las membranas celulares y se cree que tenga una acción similar a la de un detergente.

Endotoxinas A pesar de los avances de la era de los antibióticos, alrededor de 200,000 pacientes desarrollarán sepsis por Gram negativos cada año, de los cuales alrededor de 25-40% morirán finalmente debido a un choque séptico. El choque séptico involucra hipotensión (debida a los fluidos tisulares que se mezclan), coagulación intravascular diseminada y fiebre la cual es frecuentemente fatal debido a la falla sistémica masiva. Esto incluye la pérdida de oxigenación efectiva de los tejidos sensibles tales como el cerebro. No hay terapia efectiva para revertir la actividad tóxica del lípido A o el peptidoglicano en los pacientes.

Las endotoxinas son componentes tóxicos de la envoltura (membrana y pared) de la célula bacteriana. La endotoxina clásica y la más potente es el lipopolisacárido (LPS). Sin embargo, el peptidoglicano despliega muchas propiedades similares a la endotoxina. Ciertos peptidoglicanos (PG) son poco biodegradables y su presencia puede causar daño tisular, tanto de tipo crónico como de tipo agudo. Las endotoxinas son disparadores "no-específicos" de la inflamación.

Por ejemplo, las células del sistema inmune y otras más se estimulan y liberan citocinas (incluyendo la interleucina 1 y el factor de necrosis tumoral). Las endotoxinas también activan la ruta alterna del complemento (ir aquí). La producción de éstas citocinas dá lugar a la atracción de células polimorfonucleares hacia los tejidos afectados. El PG, el LPS y ciertos otros componentes de la pared celular (ej. el ácido teicóico pneumococal) son también activadores de la cascada alterna del complemento. Por tanto muchas bacterias unirán al complemento favoreciendo su incorporación y muerte por los fagocitos en ausencia del anticuerpo. Ciertos productos secundarios del complemento son también quimoatrayentes para los neutrófilos. Las endotoxinas también son potentes mitógenos para las células B, los activadores policlonales de células B y los adyuvantes (para ambos tipos de inmunidad, la inmunidad mediada por anticuerpos y la inmunidad mediada a través de células); esto juega un papel en el desarrollo de una respuesta crónica deseable para poder manejar a los microbios si estos no se han eliminado en una infección aguda.

En una infección "primaria", durante la fase aguda, la inmunidad "no antígeno-específica" (ir aquí) Será de primordial importancia en erradicar la infección. Si el microorganismo persiste (o aparece en una in re-infección en fecha posterior), la inmunidad específica será de mayor significancia para disminuir el crecimiento de los microorganismos o para la eliminación de la infección. Esto es importante en las infecciones crónicas tales como la tuberculosis, la lepra, la enfermedad de Lyme y la sífilis.

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Inmunopatología El tejido infectado a veces actúa solamente como un inocente observador y le aparece una inmunopatología. Esto puede ocurrir en las infecciones tanto agudas como crónicas. La sobre-estimulación de la producción de citocinas y la activación del complemento por las endotoxinas puede causar daño tisular en ausencia de respuesta inmune. Los antígenos generados que liberan continuamente los microbios viables y persistentes, subsecuentemente van a incrementar los anticuerpos de la respuesta humoral y la inmunidad mediada por células resultará en una inmunopatología crónica.

Ciertos antígenos que no se degradan eficientemente (ej. el polisacárido pneumococal y la pared celular del grupo A estreptococal) pueden mantener la inmunopatología que causan, aún en ausencia de agentes vivos persistentes. Otros antígenos bacterianos dan reacción cruzada con antígenos procedentes de los tejidos del huésped, causando así el desarrollo de autoinmunidad (ej. la proteína M de S. pyogenes presenta reacción cruzada con la miosina de mamíferos).

Por tanto la inmunopatología puede persistir aún después de que la infección y los antígenos microbianos se hayan eliminado.

El sistema inmune en la resistencia a la infección - ejemplos 1. Parásitos extracelulares. Los anticuerpos causan lisis del microorganismo y/o su opsonización para favorecer la ingestión por los fagocitos y en tal punto son rápidamente eliminados.

2. Parásitos intracelulares. Principalmente son eliminados por la inmunidad mediada por células.

3. Las exotoxinas pueden ser neutralizadas por antitoxinas. Estas se pueden inducir usando vacunas basadas en toxoides (los toxoides son antigénicos pero no tóxicos). Esto ocurre, por ejemplo, en la vacunación contra la difteria.

4. Ciertos microorganismos producen proteasas contra IgA (incluyendo H. influenzae, S. pneumoniae, N. gonorrhoeae and N. meningitidis), estas le ayudan a sobrevivir sobre las superficies externas.

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Algunos microrganismos de Interés Médico Cocos aerobios Gram negativos Neisseria

Cocos Gram positivos (anaerobios facultativos) Streptococcus Staphylococcus

Espiroquetas Treponema Borrelia Leptospira

Cocos anaerobios Gram positivos Peptococcus Peptostreptoccus

Espirilos, Gram negativos Campylobacter Helicobacter

Bacilos Gram positivos formadores de endosporas Bacillus (aerobic) Clostridium (anaerobic)

Bacilos aerobios Gram negativos Pseudomonas Bordetella Francisella

Bacilos aerobios esporógenos Gram positivos Listeria Erysipelothrix

Bacilos aerobios facultativos Gram negativos a) Enterobacteriaceae Escherichia Salmonella Shigella Yersinia Enterobacter Proteus Serratia Edwardsiella

Actinomicetos y microorganismos relacionados Corynebacterium Mycobacterium Nocardia Actinomyces Corynebacterium-like in appearance Propionibacterium

b) Otros Vibrio Hemophilus Pasteurella c) Legionellaceae Legionella Tatlockia

Bacilos anaeróbios Gram negativos Bacteroides

Bacterias Gram negativas de crecimiento fastidioso Brucella Rochalimeae/Bartonella Chlamydia Rickettsia Mycoplasma

Algunas exotoxinas de importancia Microorganismo

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Bacillus anthracis

Enfermedad Antrax

Toxina

Mayor información

Toxin de edema

Complejo antígeno protector/Factor Edema

Toxina Letal

Factor Letal / complejo antígeno protector Bloquea la liberación de acetilcolina

Clostridium botulinum

Botulismo

Toxina Botulínica

Clostridium difficile

Colitis pseudo membranosa

Enterotoxina

Clostridium perfringens

Gangrena Gaseosa

Toxina Alfa Hialuronidasa

Envenenamiento alimentario

Enterotoxina

Fosfolipasa, (lecitinasa)

Clostridium tetani

Tétanos

Tetanospasmina

Bloquea la acción de las neuronas inhibidoras

Corynebacterium diphtheriae

Difteria

Toxina diftérica

Inhibe la ADP ribosilación del factor de elongación-2 (EF2)

Escherichia coli

Diarrea (ETEC)

Toxina termolábil

Activa la adenilato ciclasa

Toxinas termoestables

Activan la adenilato ciclasa

Colitis Hemorrágica

Vero-toxina

Pseudomonas aeruginosa

Enfermedades propias de huésped comprometido

Exotoxina A

Staphylococcus aureus

Infecciones oportunistas

Toxinas alfa-gamma, leucocidina

Choque Tóxico

Toxina del choque tóxico (endotoxina)

Envenenamiento alimentario

Enterotoxina

Síndrome de la piel escaldada

Exfoliatina

Fiebre escarlatina Choque Tóxico

Toxina Eritrogénica/pirogénica

Streptococcus pyogenes Shigella dysenteriae

Vibrio cholerae

Disentería bacilar

Toxina de Shiga

Cólera

Colerágeno o toxina colérica

Referencia Bibliográfica

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Microbiologia e Immunologia On-line - Bacteriologia http://j.mp/qZK2H3

Inhibe a EF2

Inhibe la síntesis de proteínas degradando al rRNA 28S Activa la adenil ciclasa mediante ADP-ribosilación