2. Microorganismos En El Mundo Vivo

Curso de Microbiología General de Enrique Iáñez UBICACIÓN DE LOS MICRORGANISMOS EN EL MUNDO VIVO . .

Contenidos ENCLAVE TAXONÓMICO DE LOS MICROORGANISMOS: PERSPECTIVA HISTÓRICA| PROCARIOTAS| MICROORGANISMOS EUCARIÓTICOS| CARACTERES DISTINTIVOS DE LOS PROCARIOTAS| OBJETIVOS| ENLACES| GLOSARIO| AUTOEVALUACIÓN

1 ENCLAVE TAXONÓMICO DE LOS MICROORGANISMOS: PERSPECTIVA HISTÓRICA| a Contenidos Tras el descubrimiento de los microorganismos, se intentó encuadrarlos en los dos grandes reinos reconocidos por la Biología de la época, en base a los rasgos que entonces servían para distinguir entre plantas y animales. De este modo, a finales del siglo XVIII el reino Plantae englobaba a las algas (inmóviles y fotosintéticas) y a los hongos (inmóviles y no fotosintéticos), mientras que en el reino Animalia Lamarck habilitó el grupo de los Infusoria para incluir los microorganismos que presentaban movilidad. El triunfo de la Teoría Celular a mediados del siglo XIX obligó a reconocer la heterogeneidad del grupo de los infusorios. El célebre microscopista Ehrenberg, en una extensa publicación aparecida en 1838, reconoció su diversidad y los definió como "organismos perfectos", dotados de todos los sistemas orgánicos presentes en seres superiores, con lo que, además, intentaba rebatir la noción, procedente de la filosofía de la naturaleza, de que su estructura sencilla probaba la teoría de la generación espontánea. Sus detallados trabajos, junto a los de otros, se plasmaron más tarde en la escisión de los Infusorios en tres grupos distintos: en uno de ellos se colocaron los organismos pequeños pero pluricelulares, considerados como metazoos; otro grupo era el de los Protozoos, considerados como animales primitivos unicelulares y flexibles; el tercer grupo, las Bacterias o Schyzomycetes, abarcaba los microorganismos más pequeños y sencillos, que se adscribieron al reino vegetal dada su semejanza con las cianofíceas (las consideradas durante mucho tiempo como algas verdeazuladas). Pero las paradojas y anomalías de esta sistemática no tardaron en ser patentes: lo único que caracterizaba a los hongos como plantas era su carencia de formas vegetativas móviles; muchas bacterias tampoco eran fotosintéticas y eran abundantes las dotadas de movilidad; muchas algas poseían formas móviles, incluso con grandes semejanzas con determinados protozoos (de hecho

poseían formas móviles, incluso con grandes semejanzas con determinados protozoos (de hecho algunos flagelados eran estudiados simultáneamente por zoólogos y botánicos), etc. Haeckel, uno de los más importantes seguidores de Darwin, intentó poner orden en esta confusión en su famoso árbol filogenético de 1866, proponiendo la creación de un tercer reino, el Protista, definido como el que engloba a todos los seres vivos sencillos, sean o no fotosintéticos y/o móviles: protozoos, algas, hongos y bacterias (= Moneres). Esta aproximación, con su buena dosis de nominalismo, se ha prolongado en nuestro siglo, primero en Herbert Copeland, quien en 1938 aparta a las bacterias de los Protistas, creando para ellas el reino Monera, y más tarde en Whittaker y sus seguidores. Hacia mediados del siglo XX el advenimiento de avances metodológicos como la microscopía electrónica y las técnicas bioquímicas de separación de fracciones subcelulares permitieron diferenciar la presencia en las bacterias de componentes químicos y estructurales exclusivos de ellas. Esto supuso un apoyo experimental a las ideas del biólogo francés Chatton, quien ya en los años 30, en su intento de establecer una filogenia universal, se había dado cuenta que la ausencia de un auténtico núcleo rodeado de membrana en las bacterias justificaba crear dos grandes reinos: el de los procariotas y el de los eucariotas. A comienzos de los 60 eminentes biólogos como van Niel y Murray enuncian claramente el significado de estas observaciones y sus consecuencias para la clasificación de los seres vivos. En 1963, el prestigioso libro de texto de Stanier, Adelberg y Doudoroff (The microbial world, 30 edición) afirma ya que "las diferencias en la estructura celular que separan las bacterias y algas cianofíceas de todos los demás organismos celulares representan probablemente la mayor discontinuidad evolutiva que pueda encontrarse en el mundo vivo". Hubo que esperar a la 80 edición del Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (1974) para ver estas ideas reconocidas de modo "oficial": se consideró la existencia del Reino Procaryotae, al que se dividió en Cyanobacteria y Bacteria. Sin embargo, la propuesta de dos reinos primarios no fue plenamente aceptada por todos. Robert Whittaker, en 1969, modifica la clasificación de Copeland -siguiendo, por tanto, en la tradición haeckeliana- y propone cinco reinos que, en la versión reciente de sus discípulas Lynn Margulis y Karlene Schwartz, quedan como sigue: aparte de las plantas (en el sentido de Metafitas) y de los animales (en el sentido de Metazoos), se establece el reino de los Moneras (sinónimo de Procariotas), el de los Protoctistas (microorganismos eucarióticos y sus parientes macroscópicos, incluyendo los mohos mucosos y excluyendo los hongos) y el de los Hongos (definidos como eucariotas no fotosintéticos que forman esporas y que carecen de undilipodios en todo su ciclo vital). En años recientes se ha comenzado a aplicar técnicas de biología molecular para intentar una clasificación más natural de los microorganismos, especialmente de las bacterias. Los resultados de esta nueva Taxonomía Molecular son aún incompletos, y hay que reconocer que ignoramos mucho todavía sobre las relaciones filogenéticas, pero se puede hablar ya de una auténtica convulsión en nuestras ideas previas, como lo prueba la puesta en entredicho de los dos reinos primarios de Murray reconocidos por el Bergey's. A continuación se hará un repaso breve de las características generales de los distintos grandes grupos biológicos con representantes microbianos, a lo que se añadirá un

comentario sobre las perspectivas filogenéticas que se están abriendo con los nuevos enfoques.

1.1 PROCARIOTAS| a Contenidos Las bacterias son organismos con organización celular, es decir, al igual que el resto de seres vivos conocidos, su unidad vital funcional es la célula. El tipo de organización celular es la procariótica, caracterizada porque su material genético (normalmente un solo cromosoma circular de ADN de doble hebra) no está recluido en un recinto rodeado de membrana, sino inmerso en el citoplasma; este cromosoma se replica de modo amitótico y la división celular suele ser por fisión binaria; carecen de orgánulos rodeados de membrana tales como mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplásmico, lisosomas, así como de undilipodios (cilios y flagelos de estructura fibrilar 9+2 y rodeados de membrana citoplásmica); sus ribosomas tienen un coeficiente de sedimentación de 70S; su citoplasma está envuelto por una membrana celular que sirve de barrera selectiva respecto del medio exterior, con funciones de transporte de nutrientes, producción de energía y de biosíntesis de ciertas moléculas. Con algunas excepciones (Mollicutes), la mayoría de las bacterias presentan, externamente a la membrana citoplásmica, una pared celular que, en el grupo de las eubacterias está basada en una macromolécula peculiar denominada peptidoglucano, mientras que en las arqueobacterias éste se ve sustituido por una variedad de tipos moleculares y estructurales exclusivos. Los primeros intentos de clasificaciones bacterianas descansaban prácticamente solo sobre criterios morfológicos (siguiendo la costumbre de la Botánica). Más tarde, con la introducción de los cultivos puros y el establecimiento de razas-tipo, conservadas en colecciones de cultivo, se pudieron comparar diversas características de las cepas aisladas. Las clasificaciones se realizaban aplicando valoraciones intuitivas tras un análisis más o menos detallado de distintos rasgos fenotípicos, dando mayor o menor peso a algunos de estos para establecer jerarquías. Este tipo de taxonomía "subjetiva" ha sido la imperante durante la mayor parte de este siglo. Una aproximación hacia criterios más "objetivos" fue posible a partir de los años 60, cuando el desarrollo de los ordenadores y de los métodos de análisis multivariante dieron nacimiento a la Taxonomía Numérica (o Taxometría), de base adansoniana. En este sistema se comparan distintos organismos respecto de gran número de rasgos fenotípicos, a cada uno de los cuales se le adjudica un peso valorativo semejante, y ha tenido éxito para definir grupos homogéneos ("clusters") de razas, asimilables a taxoespecies bacterianas. Igualmente permite evidenciar cierta estructura taxonómica y jerárquica (recurriendo a métodos como el análisis de "clusters"), que se puede traducir a dendrogramas que expresen relaciones fenéticas. Sin embargo, se ve limitado para establecer criterios válidos en categorías taxonómicas superiores, y presenta el inconveniente de que con él es difícil deducir relaciones filogenéticas. En suma, si bien hay que reconocer la utilidad práctica de los métodos taxonómicos basados en rasgos fenotípicos, hay que admitir su poco valor para dar una visión de las relaciones naturales de parentesco entre los taxones, así como la inestabilidad de la Sistemática a la que da origen. Las polémicas sobre la necesidad o no de una clasificación filogenética no es exclusiva de la Microbiología (en Botánica, bien entrado el siglo XX, aún se discutían las tentativas de definir las especies como unidades naturales reales y la pertinencia de establecer parentescos filogenéticos), pero la carencia, durante mucho tiempo, de una base firme para asentar ese tipo de clasificación, hizo que se abandonaran tales pretensiones filogenéticas en los esquemas taxonómicos, quedando estos como guías para la identificación de nuevos aislados.

estos como guías para la identificación de nuevos aislados. Los intentos de estudiar relaciones filogenéticas entre los organismos se basan en la existencia de elementos de referencia sobre los que dilucidar dichas relaciones. Estos elementos se pueden agrupar en dos clases: las moléculas semantoforéticas y las moléculas sintácticas. Las primeras son moléculas (ADN, ARN, proteínas) cuyas secuencias primarias representan una copia de la información genética, y su análisis comparativo posibilita establecer relaciones con significado filogenético; las segundas son sustratos o productos de las funciones ejercidas por las primeras, y se plasman en las propiedades fenotípicas que han servido de base a la taxonomía clásica. Como cada grupo se ha estudiado en función de propiedades sintácticas peculiares, la comparación a efectos filogenéticos con otros grupos definidos por otras propiedades sintácticas diferentes imposibilitó, en última instancia, una clasificación que revelara las relaciones evolutivas, siendo difícil evaluar la antigüedad de los grupos definidos por rasgos arbitrarios de los que se desconoce la importancia filogenética. Por otro lado, existía la creencia de que las bacterias, con sus ciclos vitales cortos, evolucionaban de modo tan rápido que sería imposible trazar su linaje genealógico. Sin embargo, a pesar de la rápida reproducción clonal y de la transferencia horizontal de información genética, la evolución estabilizadora permite fijar conjuntos de genes coadaptados que dan una base firme al concepto de especie bacteriana, y a su relativa estabilidad. Ya Orla-Jensen, en 1909, había intentado una clasificación filogenética, y en 1936 Kluyver y van Niel proponen otro esquema "natural" basado en criterios bioquímicos; pero ambas clasificaciones eran muy especulativas, y por supuesto basadas en los fenotipos, aunque al menos tuvieron el mérito de proporcionar un entramado conceptual sobre el que poder pensar más en serio. Al igual que en Zoología y Botánica sistemáticas (y quizá en mayor medidad que éstas), la taxonomía bacteriana se ha beneficiado de los resultados de la investigación general, básica, de modo que diversos conocimientos y metodologías de biología fundamental se han convertido en valiosos auxiliares de la investigación taxonómica, incorporándose a esta disciplina especial. Concretamente, desde inicio de los años 60 se vienen desarrollando una serie de enfoques y técnicas que parecen abrir, por fin, perspectivas serias de elaborar una clasificación natural de las bacterias. La base común de estos planteamientos es analizar moléculas semantoforéticas, esencialmente rasgos del genotipo. En 1974 la 80 edición del Bergey's incluía muchos porcentajes de G+C, aunque su valor de referencia filogenética es bastante limitado. La auténtica revolución comenzó con la cuantificación de homologías entre genomios de distintos microorganismos, mediante experimentos de hibridación entre ácidos nucleicos (heterodúplex ADN-ADN y ADN-ARN), que señalaban la necesidad de introducir correcciones a la taxonomía clásica. Se estableció, por ejemplo, que Salmonella consta de una sola especie; que las especies de Pseudomonas fitopatógenos no deberían clasificarse basándose en la planta parasitada; que Escherichia parece prácticamente homólogo con Shigella, etc. Este tipo de conclusiones preocuparon a algunos, que temieron la llegada de una clasificación poco práctica; de hecho razones de esta clase, junto con la muy asentada rutina de identificación, especialmente en clínica, hacen que la introducción de las nuevas propuestas se realice con cierta moderación. De todas formas, con pocas excepciones, es posible encontrar rasgos fenotípicos que se correlacionen bien con cada grupo de homología detectado por técnicas moleculares, de modo que aquellos puedan usarse en la identificación de nuevos aislados de forma rápida, cómoda y fiable. Las técnicas de hibridación entre ADN y ARN ribosómico, los catálogos de oligonucleótidos generados tras tratamiento del ARNr 16S con ribonucleasa T , y más recientemente, la

generados tras tratamiento del ARNr 16S con ribonucleasa T1, y más recientemente, la secuenciación total de dichos ARNr, permiten medir distancias filogenéticas mayores. Así, por ejemplo, el monumental y temprano estudio de Norberto Palleroni sobre Pseudomonas (1973) manifestó la existencia de cinco grupos distintos, que más tarde (1983) De Vos y De Ley demostraron que guardan menos relación entre sí que con otros géneros de bacterias Gram negativas, confirmando el carácter de "cajón de sastre" que se había creado bajo aquella denominación genérica. Algo parecido le ocurre a Clostridium (uno de los más ricos en especies), que consiste en no menos de cuatro grupos merecedores de rango de géneros distintos. Sobrepasando las implicaciones sobre adscripción a géneros, los resultados más excitantes y provocadores para la taxonomía bacteriana de estas técnicas, se iniciaron en 1977, cuando el grupo de Woese, Fox y Stackebrandt comienza a aplicar de forma amplia el sistema de la comparación de los catálogos oligonucleotícos (y más tarde, la secuenciación) del ARNr 16S de muy distintas especies, y cuya consecuencia más trascendental ha sido la propuesta de una clasificación filogenética bacteriana (Woese, 1987). El planteamiento descansa sobre los siguientes supuestos (bien asentados sobre la genética molecular): para cualquier rasgo fenotípico existen numerosos genotipos equivalentes; esto significa que la mayoría de los cambios que se fijan en el genotipo son selectivamente neutros, lo que les confiere un carácter cronométrico. Este tipo de variabilidad genética -sin cambios apreciables de fenotipo- no está sometida a presión selectiva darwiniana (del ambiente externo), por lo que los cambios mutacionales detectables a nivel de secuencia primaria se comportan como cronómetros moleculares que se pueden emplear para medir relaciones evolutivas y tiempos relativos de divergencia entre linajes distintos, pudiendo inferirse de ellos ciertas características mínimas del antepasado común. Los primeros cronómetros empleados fueron secuencias de proteínas, por ejemplo el citocromo c; sin embargo, es difícil encontrar una proteína distribuida universalmente en los grandes grupos de seres vivos (en el ejemplo citado, el citocromo c está representado de modo general en eucariotas, pero sólo está presente en algunos procariotas), y además su función no suele ser siempre constante, de modo que en el transcurso evolutivo se pueden introducir mutaciones selectivas que empobrecen sus cualidades de cronómetro. Por consiguiente, un buen cronómetro molecular con amplio significado evolutivo ha de cumplir los siguientes requisitos: • • • •

ser de distribución universal; cambiar con suficiente lentitud como para permitir detectar relaciones muy antiguas; poseer una función constante; ser de fácil aislamiento y purificación.

Los ARN ribosómicos, especialmente los 16S bacterianos (y sus equivalentes 18S eucarióticos), cumplen con bastante adecuación estos puntos. Además, estudios comparativos de control usando otras "sondas evolutivas" (p. ej., reasociación entre ADNs) han dado resultados concordantes. Ahora bien, está claro igualmente que no tiene sentido aplicar de modo inflexible los parámetros filogenéticos como único criterio válido para circunscribir unidades taxonómicas, debido principalmente a que distintos grupos y géneros definidos fenotípicamente pueden tener distintas edades genealógicas (Stackebrandt, 1988; a este punto se hace referencia más adelante). Los principales resultados de este acercamiento a una clasificación filogenética de las bacterias se

pueden resumir en los siguientes puntos: Las Arqueobacterias (término acuñado por Woese y Fox en 1977) representan una línea evolutiva de organización celular ciertamente procariótica, pero que parecen no estar más relacionadas con el resto de las bacterias de lo que lo están con el núcleo de los eucariotas. Muestran diferencias moleculares, de organización y expresión genética, fisiológicas y ecológicas suficientemente importantes respecto del resto de las bacterias como para justificar la creación de dos Reinos procarióticos perfectamente diferenciados: Archaeobacteria y Eubacteria, que junto a los Eucariotas, constituirían los tres grandes Reinos primarios del mundo vivo. Las Eubacterias parecen agruparse en 10 phyla o linajes naturales. En unos pocos casos, estos phyla, definidos según su secuencia de ARNr, coinciden con taxones identificados por criterios fenotípicos (tal es el caso del grupo de las bacterias con morfología y estructura espiroquetal); en otros casos el phylum coincide con bastante aproximación con una agrupación de bacterias que presentan un rasgo clásico en común (por ejemplo, el phylum de eubacterias Gram-positivas que, con pocas excepciones, engloba a todas los procariotas con pared celular típica Gram-positiva); sin embargo, la mayoría de los phyla de Woese carecen de una característica fenotípica clara en común (así ocurre, por ejemplo el grupo de Bacteroides, Flavobacterium y relacionados), y suponen un desafío a la Microbiología para encontrar las "marcas" unificadoras subyacentes. Por otro lado, de estos estudios surge por primera vez un esbozo de árbol filogenético universal, desprovisto de raíz , en el que se plantea la fascinante cuestión de cómo se relacionan evolutivamente los tres reinos primarios. Woese propone una entidad hipotética, antecesor universal (progenote), que pudo existir en tiempos remotos, y que quizá pudo dar lugar a las tres grandes líneas, cada una con un conjunto de soluciones a los problemas de transferencia de las instrucciones genéticas no resueltos por el progenote. Recientemente (1990) Woese ha recogido la evidencia actual sobre estas tres grandes líneas evolutivas del mundo vivo, y ha propuesto que sean admitidas con la categoría de dominios (=reinos primarios), con las siguientes denominaciones: los dos dominios con organización celular procariótica se rebautizan como Bacteria (equivalente a Eubacteria) y Archaea (sinónimo de Archaebacteria), y el dominio eucariótico pasa a denominarse Eukarya. A pesar de (o incluso, debido a) las grandes implicaciones de estos estudios, la mayor parte de sus conclusiones no han encontrado su traducción "oficial" en la reciente edición del Bergey's (convertido ya en Manual of Systematic Bacteriology), si bien en ésta se reconoce el valor de las nuevas propuestas y se introducen algunas novedades al respecto. En el Manual, Murray (1984) señala las dificultades de índole práctica que desaconsejaban en el momento de su redacción la inclusión de las derivaciones de todos los estudios moleculares, aparte de la necesidad de acumulación de más datos sobre una amplia variedad de grupos, de los que se carecía de suficiente información. La clasificación a niveles jerárquicos superiores propuesta por Gibbons y Murray en 1978 e incorporada a esta novena edición del Bergey's (1984) es la siguiente: se reconoce un solo reino bacteriano, el Procaryotae, en el que se distinguen cuatro divisiones, según la presencia y composición de la pared celular:

composición de la pared celular: División I. Gracilicutes, caracterizados por su pared de tipo Gram-negativo. Dentro de ella se incluyen tres clases: Scotobacteria, bacterias Gram-negativas indiferentes a la luz (no fotosintéticas), Anoxyphotobacteria, bacterias fototrofas con fotosíntesis anoxigénica, y Oxyphotobacteria, con fotosíntesis oxigénica. División II. Firmicutes, bacterias con una estructura de pared celular típicamente Gram-positiva, con peptidoglucano en varias capas. Se consideran dos clases: Firmibacteria, y Thallobacteria (estas últimas, bacterias con tendencia a formar hifas ramificadas, y las relacionadas con ellas). División III. Tenericutes, con la clase única de los Mollicutes; se trata de procariotas pleomórficos y flexibles, carentes de pared celular (micoplasmas) División IV. Mendosicutes, con una sola clase, Archaebacteria, caracterizados por sus paredes celulares (cuando existen) carentes de peptidoglucano. Actualmente estamos asistiendo a una intensa reevaluación de la Sistemática Bacteriana bajo los nuevos planteamientos. Parece que se consolida la Taxonomía Filogenética, y hay numerosas propuestas de modificar definiciones anteriores y la nomenclatura de géneros y especies, creándose combinaciones nuevas y descripciones "corregidas" de taxones clásicos. Un repaso a los últimos ejemplares del International Journal of Systematic Bacteriology, la publicación oficial del Comité Internacional de Bacteriología Sistemática, basta para tomar consciencia de las recientes tendencias.

1.2 MICROORGANISMOS EUCARIÓTICOS| a Contenidos Los microorganismos eucarióticos son seres vivos unicelulares o pluricelulares, pero nunca con diferenciación en tejidos, pudiendo ser coloniales, cenocíticos o miceliares, y cuyo pequeño tamaño obliga a emplear el microscopio para observarlos y analizar su estructura. Su organización celular eucariótica se caracteriza por su compartimentalización estructural y funcional: el material genético (ADN de doble hebra), repartido en varios cromosomas, y normalmente unido a proteínas básicas especiales, se alberga en un núcleo rodeado de membrana; pueden existir diversos orgánulos limitados por membrana: retículo endoplásmico, aparato de Golgi, lisosomas, mitocondrias, etc; las células pueden disponer de uno o más orgánulos de locomoción (cilios y flagelos, denominados genéricamente como undilipodios), con una estructura de 9+2 fibrillas internas, envueltas por prolongaciones de la membrana citoplásmica. Sus ribosomas, más grandes y complejos que los de procariotas, poseen un coeficiente de sedimentación de 80S, y el citoplasma contiene ciertos tipos de elementos citoesqueléticos (microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios). Tradicionalmente se han venido considerando tres grupos dentro de los microorganismos eucarióticos: algas, protozoos y hongos, pero cada una de estas denominaciones no designa categorías filogenéticamente coherentes. Las Algas son eucariotas macro o microscópicos, normalmente aerobios y capaces de realizar fotosíntesis oxigénica por medio de cloroplastos (aunque algunos grupos presentan formas leucofíticas heterotrofas). Pueden ser unicelulares, cenocíticas, o pluricelulares (filamentosas,

coloniales, etc.), pero nunca con diferenciación en tejidos, aunque muchas algas macroscópicas exhiben llamativas diferenciaciones morfológicas. Las algas microscópicas requieren el empleo de técnicas plenamente microbiológicas para su estudio. Actualmente se consideran varios grupos cuyas relaciones filogenéticas no están aclaradas: Chlorophyta (algas verdes), Gamophyta (algas conjugadas, que algunos incluyen en el phylum anterior), Euglenophyta (algas flageladas), Chrysophyta (algas doradas), Xantophyta, Bacillariophyta (diatomeas), Haptophyta (cocolitoforales), Cryptophyta, Phaeophyta (algas pardas) y Rhodophyta (algas rojas). Ejemplos de grupos disputados durante mucho tiempo por zoólogos y botánicos son los Euglenófitos y los Criptófitos. Los Protozoos constituyen un grupo heterogéneo de microorganismos eucarióticos unicelulares no fotosintéticos (exceptuando la clase Phytomastigophorea, dentro del subphulum Mastigophora), muchos con capacidad de movimiento en medios acuosos por medio de pseudópodos o de undilipodios, y con numerosos representantes con formas de vida parasitaria. Sus relaciones filogenéticas no están claras, si bien del estudio de los Dinoflagelados se deduce que al menos algunos grupos pudieron derivar de phyla de algas. La actual clasificación (Levine et al., 1980) distingue siete grandes phyla, que reseñamos brevemente a continuación. El phylum Sarcomastigophora se caracteriza por poseer un único núcleo (excepto en los foraminíferos heterocarióticos); cuando existe sexualidad, ésta es por singamia; la movilidad es por flagelos, pseudópodos, o por ambos. Dentro de este grupo, el subphylum de los Mastigophora (caracterizado por trofozoitos con uno o más flagelos) incluye los fotosintéticos Fitomastigóforos estudiados igualmente por los ficólogos, y los Zoomastigóforos, un grupo polifilético con numerosos órdenes de interés parasitológico, como los Kinetoplastida -Trypanosoma, Leishmania, etc.-, los Diplomonadida -por ejemplo, Giardia-, los Trichomonadida, etc. El subphylum Opalinata, consta de protozos que presentan numerosos cilios cubriendo toda su superficie en filas oblicuas. El subphulum Sarcodina se distingue por la posesión de pseudópodos o de flujo protoplasmático sin pseudópodos auténticos; de existir flagelos, quedan restringidos a las fases de desarrollo. La mayor parte son de vida libre. En la superclase de los Rizópodos, existen dos órdenes con relevantes representantes parasitos, el Amoebida (con Entamoeba, Acanthamoeba, Iodamoeba, etc.) y el Schizopyrenida (con Naegleria); muy interesante es el orden Pelobiontida, cuyas especies (por ej., Pelomyxa), carecen de mitocondrias, pero presentan bacterias endosimbióticas. La otra superclase, la de los planctónicos Actinópodos, consta de los clásicos radiolarios (ahora escindidos en dos nuevas clases) y de los Heliozoos. El phylum de los Labyrinthomorpha es considerado por algunos como un representante de "hongos inferiores" (véase más adelante, bajo la denominación de Labyrinthulomycetes). El phylum Apicomplexa se caracteriza por el llamado complejo apical, un conjunto de anillos polares, roptrias, micronemas, microtúbulos, etc., distinguibles a microscopio electrónico. Carecen de cilios, su sexualidad es por singamia, y todos son parasitos. Dentro de la subclase Coccidia, de la clase Sporozoea, encontramos géneros de interés clínico, como Eimeria, Isospora, Cryptosporidium, Toxoplasma, Plasmodium, etc. La subclase Piroplasmia incluye al género Babesia. El phylum Microspora es muy interesante por su gran antigüedad filogenética, probablemente anterior a la "radiación eucariótica" que se produjo con el establecimiento de las condiciones

oxidantes en la atmósfera. Posee esporas unicelulares con pared imperforada y carece de mitocondrias. Son parasitos obligados de muchos grupos de animales. Un representante con interés "histórico" es el género Nosema. El phylum Ascetospora presenta esporas multicelulares con uno o más esporoplasmas; igualmente son de vida obligadamente parasitaria. El phylum Myxozoa se define por sus esporas de origen multicelular, con una o más cápsulas polares y esporoplasmas. Finalmente, en el phylum Ciliophora se engloban los protozoos con cilios, ya sea simples, ya sea formando orgánulos ciliares compuestos, al menos en alguna fase de sus ciclos de vida. Presentan dos tipos de núcleos. Su fisión binaria es transversal, pero se encuentran también fisión múltiple y gemación. La reproducción sexual puede ser por conjugación, por autogamia o por citogamia. Poseen vacuolas contráctiles. La mayoría son de vida libre, pero existen representantes parasitos (por ejemplo, Balantidium). La denominación de Hongos es igualmente muy ambigua, ya que define genéricamente a seres heterotróficos cuya estructura vegetativa suele ser multinucleada y cenocítica, en muchos casos de crecimiento miceliar. La historia filogenética de los hongos no se conoce bien; aparentemente, el modo de vida de estilo fúngico ha surgido en repetidas ocasiones durante la evolución. Los denominados a veces como "hongos inferiores" consisten en varios grupos distintos cuya única característica en común reside en la posesión de formas móviles en al menos alguna fase de su ciclo de vida. Los principales taxones son los siguientes: Los Labyrinthulomycetes: forman colonias de células vegetativas fusiformes que se mueven aparentemente por deslizamiento sobre pistas mucilaginosas en retículo, formadas por ellos mismos. Se han descrito isogametos undilipodiados en algunas especies. Los Acrasiomycetes (mixomicetes celulares, que los zoólogos estudiaban con el nombre de Micetozoos) presentan un ciclo vital asexual con varias fases, todas ellas haploides: una fase de amebas solitarias fagotróficas, que en condiciones de carencia de nutrientes se agregan hacia unos centros de aglomeración, originando un pseudoplasmodio celular migrador provisto de vaina, y que más tarde entra en fructificación, generando un cuerpo fructífero pedunculado en cuyo ápice las amebas se diferencian a esporas, que al germinar, cierran el ciclo. Los Myxomycetes (mixomicetes plasmodiales), al igual que los anteriores, presentan una fase de células ameboides (mixamebas) que pueden interconvertirse en células flageladas (y viceversa). Cada uno de estos tipos morfológicos puede diferenciarse en dos sexos opuestos, que tras su fusión producen un zigoto que, por sucesivas divisiones nucleares origina un plasmodio multinucleado osmotrófico e inmóvil. En condiciones adversas el plasmodio se diferencia en varias zonas en esporangios pedunculados, en cuyos ápices los núcleos sufren meiosis (frecuentemente degenerativa), produciéndose esporas haploides, cada una de las cuales genera una mixameba. Los Quitridiomycetes (ficomicetes acuáticos) poseen talo vegetativo a base de hifas ramificadas no septadas que se introducen en el sustrato (rizoides) y que se encuentra separado por un tabique

septadas que se introducen en el sustrato (rizoides) y que se encuentra separado por un tabique transversal respecto de un esporangio multinucleado, con forma de saco. Éste puede ser un mitosporangio o un meiosporangio, liberando en ambos casos esporas undilipodiadas uninucleadas. Los Hyphoquitridiomycetes son microorganismos holocárpicos o eucárpicos con hifas, septadas o no, de los que se desconocen fases sexuales, siendo su órgano reproductivo un zoosporangio que produce esporas flageladas. Los Oomycetes son microoganismos filamentosos cenocíticos, cuyas formas vegetativas carecen de septos, siquiera parciales, estando separadas por un tabique de estructuras reproductoras masculinas (anteridios) y femeninas (oogonios); al ponerse en contacto ambos, el anteridio emite un tubo de fertilización por donde migran los núcleos masculinos al encuentro de los femeninos (oosferas). La reproducción asexual es por zoosporas flageladas. Los "hongos superiores" (algunas veces denominados Eumycetes) presentan en común las propiedades de producir esporas y carecer de undilipodios en todas las fase de sus ciclos vitales. Exceptuando los "Hongos Imperfectos", todos poseen reproducción sexual, que es por conjugación de hifas de signos opuestos. Exponemos a continuación una breve descripción de los grupos. Los Zygomycetes (ficomicetes terrestres) tienen un micelio no tabicado, a excepción de la separación entre la porción vegetativa y la reproductiva. Las esporas haploides (conidiosporas) se forman en un esporangio sostenido por un esporangióforo pedunculado. La reproducción sexual se produce por hifas especializadas (gametangios) de signos opuestos, que al fusionarse por sus ápices dan lugar a una estructura engrosada donde se produce la cariogamia, seguida de meiosis. En los Ascomycetes la fusión de las hifas sexuales de signo opuesto da origen a un saco o asca, donde se produce la meiosis (muchas veces seguida de una o dos mitosis), con formación de ascosporas haploides. La reproducción asexual se produce por fragmentación del extremos de ciertas hifas, originando conidiosporas. Los Basidiomycetes se caracterizan por un micelio primario joven a base de hifas monocarióticas, multinucleadas y aseptadas, que más tarde desarrollan septos transversales incompletos que delimitan porciones uninucleadas; dos segmentos de hifas de signo opuesto se conjugan, sin fusión de núcleos, dando una hifa dicariótica (que puede ser homocariótica o heterocariótica, dependiendo del homotalismo o heterotalismo de la especie); estos micelios dicarióticos desarrollan unas estructuras especiales, denominadas basidios, con forma de maza, en cuya superficie se forman las basidiosporas haploides por migración, a los esterigmas correspondientes, de los núcleos producidos tras la cariogamia y la subsiguiente meiosis. Los Deuteromycetes o Fungi Imperfecti constituyen una clase-forma, o sea, no suponen un grupo natural; abarcan todos los géneros de eumicetos de los que no se ha podido demostrar fase sexual, aunque algunos exhiben fenómenos de parasexualidad. Es posible que muchas especies carezcan en realidad de procesos sexuales, representando formas de Ascomicetos y Basidiomicetos que perdieron la capacidad de producir ascas y basidios. Aunque, como se ha indicado más arriba, la filogenia de los hongos no se conoce bien, se ha

propuesto que los Ascomicetos y Basidiomicetos pueden provernir de algún antepasado de tipo zigomiceto, que a su vez puede mantener alguna relación evolutiva con otros organismos eucarióticos que se reproducen por conjugación (algas gamofitas o rodofitas).

2 CARACTERES DISTINTIVOS DE LOS PROCARIOTAS| a Contenidos Los estudiaremos sobre la base de su comparación con los eucariotas.

DIFERENCIAS ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS Datos relativos Procariotas a: Un solo cromosoma circular Genóforo o nucleoplasma cerrado covalentemente

División del material genético Organización del citoplasma

No existe membrana nuclear (no hay núcleo) No hay histonas asociadas al ADN No mitosis

Eucariotas Varios cromosomas lineares terminados en telómeros Existe membrana nuclear (núcleo auténtico) Histonas asociadas al ADN Mitosis

No orgánulos eucarióticos

Orgánulos (mitocondrias, cloroplastos, RE, Golgi, centriolos, etc) No citosqueleto (no corrientes Citosqueleto (corrientes citoplásmicas, ni mov. citoplásmicas) ameboide) Ribosomas tipo 70S Ribosomas tipo 80S

OTROS RASGOS (NO UNIVERSALES) DE LOS PROCARIOTAS| a Contenidos •

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No existen esteroles en las membranas, aunque muchas bacterias poseen un tipo de politerpenoides llamados hopanoides. Los únicos procariotas con esteroles son algunas especies de cianobacterias y de bacterias metilotrofas. Los micoplasmas (Mollicutes) presentan esteroles, pero los obtienen a partir de sus hospedadores eucarióticos. No existen cilios ni flagelos eucarióticos (tipo 9+2 fibrillas). Pero muchos procariotas se mueven por un tipo de flagelos totalmente distinto, constituidos por subunidades de una proteína, arrolladas helicoidalmente. Pared celular a base de una molécula exclusiva de procariotas: la mureína (=mucopéptido o peptidoglucano), excepto los Mollicutes (micoplasmas), que carecen de pared celular, y las Arqueobacterias, cuya pared celular no se basa en peptidoglucano.

Los rasgos distintivos de las Arqueobacterias serán estudiados en el capítulo correspondiente de la sección de Taxonomía Bacteriana.

En este curso de Microbiología General vamos a estudiar de modo casi exclusivo los microorganismos procarióticos, de modo que casi podríamos titular la parte principal de este curso como "Bacteriología General", si bien abordaremos igualmente sendas introducciones a la Virología y a la Inmunología. Diversos aspectos de los microorganismos eucarióticos son materia de estudio de otras asignaturas (Zoología, Botánica, Parasitología).

BIBLIOGRAFIA| a Contenidos LAST, G.A. (1988): Musings on Bacterial Systematics: how many kingdoms of life? ASM News 54: 22-27. KRIEG, N.R. (1988): Bacterial classification: an overview. Can. J. Microbiol. 34: 536-540. MARGULIS, L., K.V. SCHWARTZ (1985): Cinco Reinos. Labor, Barcelona. MURRAY, R.G.E. (1984): Higher taxa, or a place for everithing...?. En: "Bergey's manual of Systematic Bacteriology". Williams & Wilkins, Baltimore. STACKEBRANDT, E. (1988): Phylogenetic relationships vs. phenotypic diversity: how to achieve a phylogenetic classification system of the eubacteria. Can. J. Microbiol. 34: 552-556. WOESE, C.R. (1991): Prokaryote Sistematics: the evolution of a science. En "The Prokaryotes" (2nd. edition). Springer Verlag, Nueva York, pp. 3-18. ENLACES| a Contenidos • • • • • •

SERES VIVOS http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Cockpit/5591/seresvivos.htm Clasificación de los seres vivos http://www.tareasya.com/noticia.asp?noticia_id=531 INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO Y CONTENIDO DE LA MICROBIOLOGÍA http://www.emas.co.cl/categorias/biologia/microbio.htm

MICROORGANISMOS DE INTERES INDUSTRIAL http://edicionmicro.usal.es/web/SEFIN/MI/tema02MI.html El sistema de los Cinco Reinos http://danival.org/notasbio/clas/clas_5_%20reinos.html microb http://ciencias.bc.inter.edu/yserrano/microb.html GLOSARIO|a GLOSARIO| a Contenidos Análisis Cluster o Taxonomía Numérica: Técnica de análisis de datos multivariable que persigue la formación de grupos (clusters) con las observaciones (o individuos), de forma que dentro de los grupos se reúnan las observaciones más homogéneas y que los grupos obtenidos sean lo más heterogéneos posibles entre ellos, definiendo dichos grupos a partir de las variables.Su origen se encuentra en la biología y botánica, debido a la necesidad de agrupar las distintas especies animales y vegetales conocidas en fami- lias lo más homogéneas

posibles, definiendolas por aspectos de tipo taxonómico (medidas físicas externas, o características definitorias), a partir de las cuales, proceder al cálculo de su semejanza o de su disimilaridad y a su agrupación. Arqueobacterias (del griego arkhaios = antiguo;bakterion = bastón: grupo de procariotas de unos 3.500 millones de años de antigüedad, presentan una serie de características diferenciales que hicieron que Carl Woese, profesor de la Universidad de Illinois, Urbana, U.S.A., proponga su separación del reino Moneras y la creación de uno nuevo: Archaea, propuesta que hoy es cada vez mas aceptada. Asca: célula en forma de saco, que contiene por lo general un número definido de ascósporas (típicamente ocho) originadas por formación de células libres, en general después de la cariogamia y de la meiosis; características de la clase de los Ascomicetes. Basidio: estructura que lleva sobre su superficie un número definido de basidiósporas (típicamente cuatro) que se forman, por regla general, después de la cariogamia y la meiosis. Característica de los Basidiomicetos. Basidiósporas: espora formada sobre la parte externa de un basidio, resulta de un proceso de reproducción sexuada formada en el interior (= esporídio) del basidio (= espora exógena). Cariogamia: fusión de dos núcleos. Cianobacterias: bacterias unicelulares o filamentosas con capacidad fotosintetizadora. Clostridium: son bacilos grandes móviles, grampositivos y anaerobios, muchos descomponen proteínas, forman toxinas o ambas cosas. Su hábitat natural es el suelo o el intestino de los animales y el hombre, donde viven como saprófitos. Entre los patógenos se encuentran los causantes del botulismo, tétanos, gangrena gaseosa y colitis seudomembranosa. Criptófitos: Plantas terrestres con parte resistente debajo del suelo. Carecen de órganos vegetales visibles, por encima del suelo, durante la estación desfavorable. Espora: unidad de diseminación, diminuta, que funciona como una semilla, pero que difiere de las semillas en que la espora no contiene embrión preformado. Eubacterias (del griego eu = bueno, verdadero; bakterion = bastón): subgrupo del reino Monera que incluye a las bacterias verdaderas como Escherichia coli. Euglenófitos: Son algas de estructura muy sencilla cuya caracteristica mas distintiva es la presencia de una mancha de pigmento fotosensible. Estas disponen de uno o de dos flajelos lo cual les permite cambiar su forma y estas se multiplican por división longitudinal. Filogenia: es la ciencia que estudia la historia que siguen las diferentes ramificaciones de la herencia genética.La filogenia es un instrumento indispensable para el estudio de la evolución

. Hasta hace poco los estudios filogenéticos se realizaban con datos morfológicos, los cuales no era los óptimos para realizar filogenias exactas, ya que diferencias morfológicas que nosotros observamos puede ser que no sean precisas como esperabamos o al revés que diferencias evolutivas grandes pasaban inadvertidas porque no conllevaban cambios morfológicos. Este problema se ha subsanado con el uso de datos moleculares de DNA y proteínas. Las ventajas del uso de datos moleculares es que estos son universales, son mucho más abundantes y evolucionan más uniformemente, y además nos permiten hacer cálculos de la escala temporal. Fitopatógeno: que solamente afecta a las plantas. Fungi (fungus, hongo): Organismos con nucleo, portadores de esporas, aclorofilos, que por lo general se reproducen sexualmente y asexualmente, y cuyas estructuras somáticas, por lo común filamentosas y ramificadas, están típicamente rodeados por una pared celular que contiene celulosa o quitina, o ambos. (Introduccion a la Micologia. Constantine John Alexopoulos). Hifa: filamento tubuloso unidad estructural del micelio de los hongos. Infusoria: clase de protozoos encontrado en agua infusorial. Micoplasma: microorganismo de forma esférica, ovoide o pleomórfica y de tamaño inferior

al de las bacterias, se diferencian de ellas por carecer de pared celular y por lo tanto de ácido murámico. Una condensación del citoplasma compuesta de 3 capas, es la que establece los contornos celulares. A similitud de las bacterias, los micoplasmas poseen ambos ácidos nucleícos, DNA y RNA; así como sistema enzimático para producción de energía. Se multiplican por división binaria y son capaces de desarrollar en algunos medios de cultivo artificiales, propiedad ésta última que permite su diferenciación de las rickettsias y clamidias, que sólo pueden hacerlo en células vivas. Son además sensibles a diversos antibióticos y quimiostáticos. Mixameba: célula ameboide en los mixomicetos. Protoctista (protos, el primero; ktistos, establecer) Se define por exclusion: sus miembros no son animales (los cuales se desarrollan a partir de una blástula), ni plantas (que se reproducen a partir de un embrión), ni hongos (que carecen de undulipodios* y se desarrollan a partir de esporas) ni procariotas. (Cinco Reinos, Lynn Margulis). Singamia: aproximación de los pronúcleos de cada gameto, pero sin fusión nuclear. Taxon: cualquier grupo de organismos a los cuales se aplica alguna fila del nombre taxonómico. Taxonomía: Es la parte de la Sistemática que proporciona los principios (reglas) y procedimientos para realizar una clasificación, ya que siguiendo diferentes principios podemos obtener diferentes clasificaciones.

Zoóspora:(1) espora nadadora, producida asexualmente. (2) Espora provista de flagelo(s) (por tanto móviles). Zoosporangio: esporangio que contiene zoósporas.

actualizado el 17 de agosto de 1998  1998 ENRIQUE IAÑEZ PAREJA. Prohibida su reproducción, salvo con fines educativos. Se agradecen los comentarios y sugerencias. Escríbame a [email protected]