Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia

I 0 flashcards i 13 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS MICROBIOLOGIA Grau en Biotecnologia Universitat de Barcelona AprenAI 2026-2027 Apunts complets de Microbiologia per a Biotecnologia a la UB: estructura bacteriana, metabolisme, genètica, diversitat, Archaea, virus i eucariotes.

APREN.AI Índex 1 El món microbià i la paret cel·lular bacteriana Morfologia i cultiu bacterià Composició i estructura del peptidoglicà L'embolcall cel·lular: bacteris Gram-positius i Gram-negatius Fonament i protocol de la tinció de Gram 2 Membrana plasmàtica i estructures externes Biofísica de la mida cel·lular i model de membrana Diferències químiques: Bacteria enfront d'Archaea Mecanismes de transport a través de la membrana Exopolímers: càpsules i llims Mobilitat bacteriana i aparell flagel·lar Tactismes i dinàmica de desplaçament 3 Citoplasma bacterià, inclusions i endòspores El citoplasma bacterià i inclusions de reserva Inclusions especialitzades i citoesquelet bacterià Ribosomes procariotes i dianes farmacològiques Organització del genoma, plasmidis i elements transposables L'endòspora bacteriana: estructura i mecanismes de resistència El procés de l'esporulació cel·lular 4 Genètica bacteriana i transferència horitzontal de gens Organització del genoma bacterià i haploïdia Transformació bacteriana i estat de competència Conjugació bacteriana: plasmidi F i soques Hfr Cicles de bacteriòfags i transducció genètica 5 Nutrició microbiana, medis de cultiu i tècniques d'aïllament Requeriments nutricionals i classificació tròfica Medis de cultiu i factors ambientals Tècniques de sembra, recompte d'UFC i preservació 6 Dinàmica del creixement bacterià i mètodes de control Dinàmica del creixement bacterià i cultiu cel·lular Corba de creixement en sistema tancat i sistemes de cultiu continu Estat fisiològic de la població cel·lular Influència de la temperatura i l'oxigen sobre el creixement Mètodes físics i químics de control microbià Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 1 7 Metabolisme bacterià: rutes catabòliques, fermentacions i fotosíntesi Vies catabòliques de degradació de la glucosa Respiració cel·lular i quimioosmosi Fermentacions i diferenciació diagnòstica Fotosíntesi bacteriana: oxigènica vs.

anoxigènica 8 Taxonomia microbiana i filogènia dels procariotes El concepte d'espècie en procariotes Nomenclatura i jerarquia taxonòmica Evolució històrica dels mètodes taxonòmics Filogènia dels tres dominis i registre de noves soques 9 Diversitat de bacteris Gram-negatius I: Espiroquetes, Clamídies i Proteobacteris Fílum Spirochaetes Fílum Chlamydiae Classe Gammaproteobacteria Classes Betaproteobacteria, Epsilonproteobacteria i Alphaproteobacteria 10 Diversitat de bacteris Gram-negatius II: Cianobacteris i bacteris fotòtrofs anoxigènics El filum Cyanobacteria Bacteris fotòtrofs anoxigènics: vermells i verds 11 Bacteris Gram-positius (Firmicutes i Actinobacteria) i Tenericutes Filum Firmicutes: característiques generals i formadors d'endòspores Cocs Gram-positius, patògens psicrotolerants i bacteris làctics (LAB) Filum Tenericutes: bacteris sense paret cel·lular Filum Actinobacteria: bacteris amb alt contingut G+C 12 El domini Archaea: organització cel·lular i llinatges extrems Trets generals i posició evolutiva d'Archaea Organització de l'envolcall cel·lular: membrana i paret Diversitat del filum Euryarchaeota Diversitat del filum Crenarchaeota 13 Virologia: estructura vírica, cicle d'infecció i entitats subvíriques Naturalesa i arquitectura de les partícules víriques Entrada cel·lular, dinàmica d'infecció i variabilitat Virus d'impacte sanitari, cultiu i entitats subvíriques 14 Microorganismes eucariotes: Fongs, Llevats, Algues unicel·lulars i Protozous Fongs filamentosos i llevats Algues unicel·lulars i protozous 15 Resum per repassar Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 2 Estructura cel·lular i embolcall bacterià Fisiologia, genètica i control del creixement Diversitat de procariotes i Archaea Virologia i microorganismes eucariotes Evolució metodològica de la taxonomia microbiana Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 3 1 El món microbià i la paret cel·lular bacteriana EN ACABAR SABRÀS Diferenciar les principals morfologies bacterianes i les característiques generals de cultiu. Descriure la composició molecular del peptidoglicà i els seus enllaços químics. Comparar estructuralment la paret dels bacteris Gram-positius i Gram-negatius. Explicar el fonament químic de cada pas de la tinció diferencial de Gram. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què els bacteris no es trenquen ni s'inflen fins a explotar quan viuen en medis aquosos molt diluïts?

El camp de la microbiologia estudia entitats amb material genètic que no són perceptibles a simple vista. Aquesta escala microscòpica comprèn organismes eucariotes, com ara fongs i protozous (vegeu «Microorganismes eucariotes: Fongs, Llevats, Algues unicel·lulars i Protozous»), i procariotes, integrats pels dominis Bacteria i Archaea (vegeu «El domini Archaea: organització cel·lular i llinatges extrems»). ESQUEMA Organització del món bacterià i l'embolcall cel·lular Morfologia i cultiu bacterià Les cèl·lules bacterianes presenten una mida habitual compresa entre 1 i 10 micres, amb membranes cel·lulars que ronden un gruix de 10 nm.

Malgrat aquesta mida reduïda, presenten una gran varietat de formes típiques: Cocs: cèl·lules de morfologia esfèrica. Bacils: formes allargades o cilíndriques. Espirils: filaments helicoïdals rígids. Món bacterià Procariotes de 1 a 10 micres Morfologies típiques Cocs, bacils, espirils, espiroquetes, vibrions Paret cel·lular Format per peptidoglicà (NAG- NAM) Gram- positius 1 bicapa i paret gruixuda amb àcids teïcoics Gram- negatius 2 bicapes, espai periplasmàtic i LPS extern Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 4 Espiroquetes: estructures espirals flexibles. Vibrions: bacteris amb curvatura en forma de coma.

Bacteris filamentosos: xarxes allargades que poden formar protuberàncies anomenades hifes, les quals poden presentar gemmació o peduncle. L'estudi microbiològic requereix condicions d'asèpsia i esterilització per mantenir poblacions aïllades sense contaminants. Es distingeix entre un cultiu pur (format per una única soca o població definida) i un cultiu mixt (on coexisteixen diverses espècies). Quan es combinen antibiòtics per tractar aquestes poblacions, l'efecte conjunt pot resultar superior a la suma individual (sinèrgia) o interferir negativament reduint l'eficàcia global (antagonisme).

COMPROVA-HO 2 Quina diferència funcional hi ha entre un efecte de sinèrgia i un d'antagonisme en aplicar combinacions d'antibiòtics? Composició i estructura del peptidoglicà La paret bacteriana és una estructura situada exteriorment a la membrana plasmàtica. Proporciona rigidesa mecànica, defineix la morfologia cel·lular, intervé en la virulència i actua com a barrera enfront de xocs osmòtics. La pèrdua o eliminació de la paret dóna lloc a cèl·lules amorfes i sensibles a la lisi conegudes com a protoplasts, els quals requereixen solucions estabilitzades osmòticament amb polietilenglicol o NaCl per no lisar. El component estructural bàsic és el peptidoglicà (o mureïna).

Està compost per cadenes lineals de glúcids alternats: N-acetilglucosamina (NAG) i àcid N-acetilmuràmic (NAM), enllaçats mitjançant enllaços β(1 4). A cada residu de NAM s'hi uneix un pentapèptid compost per aminoàcids en configuracions alternades tant D com L. Aquesta estructura polimèrica s'acaba ensamblant a l'exterior cel·lular. ERROR FREQÜENT Confondre el mecanisme d'acció del lisozim amb el dels antibiòtics β-lactàmics com la penicil·lina fa perdre punts habitualment: el lisozim hidrolitza directament els enllaços glucosídics β(1 4) preexistents del peptidoglicà, mentre que la penicil·lina impedeix la síntesi i reticulació de la paret durant el creixement bacterià.

L'embolcall cel·lular: bacteris Gram-positius i Gram-negatius L'organització de l'embolcall cel·lular permet classificar els bacteris en dos grans grups: Bacteris Gram-positius: presenten una única bicapa lipídica interna coberta per una paret de peptidoglicà molt gruixuda. Aquesta paret està travessada per àcids teïcoics, que confereixen càrrega i estabilitat a l'estructura. No tenen un espai periplasmàtic diferenciat. Bacteris Gram-negatius: disposen de dues bicapes lipídiques (membrana plasmàtica i membrana externa). Entre ambdues es delimita l'espai periplasmàtic, que conté enzims hidrolítics, quimioreceptors i glicopèptids al voltant d'una capa fina de peptidoglicà.

La membrana externa allotja porines i una molècula característica: el lipopolisacàrid (LPS). Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 5 El LPS conté una cadena polissacarídica externa que determina l'antigen específic del bacteri, i una regió lipídica interna coneguda com a lípid A o endotoxina bacteriana. El lípid A és un potent factor de virulència capaç de desencadenar respostes immunitàries greus, com el xoc anafilàctic.

Característica Gram-positius Gram-negatius Bicapes lipídiques Una (membrana plasmàtica) Dues (plasmàtica i externa) Gruix del peptidoglicà Molt gruixut (abundant mureïna) Fina capa Espai periplasmàtic Absent Present (amb enzims i sensors) Components exclusius Àcids teïcoics Lipopolisacàrid (LPS) i porines COMPROVA-HO 3 Quines dues funcions clíniques i diagnòstiques tenen les diferents parts de la molècula de LPS?

Fonament i protocol de la tinció de Gram La tinció de Gram és un procediment de tinció diferencial que permet discriminar les dues arquitectures de paret mitjançant quatre passos consecutius: Cristall violeta: colorant bàsic primari que tenyeix el citoplasma de totes les cèl·lules d'un to blau- violaci intens. 1 Lugol (mordent): complexa el cristall violeta formant agregats químics més grossos dins el peptidoglicà de totes les cèl·lules. 2 Alcohol (decolorant): dissol la bicapa lipídica externa dels bacteris Gram-negatius i renta el complex colorant a través de la fina xarxa de mureïna, deixant-los incolors. En els Gram-positius, deshidrata la paret gruixuda i reté el complex violeta.

3 Safranina (colorant de contrast): tenyeix novament totes les cèl·lules; els bacteris Gram-negatius decolorats adquireixen un to rosat/vermellós, mentre que els Gram-positius continuen tenyits de color violeta fosc. 4 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 6 IDEES CLAU Els bacteris presenten mides de 1 a 10 micres i formes diverses com cocs, bacils, espirils, espiroquetes, vibrions o formes filamentoses. El peptidoglicà està constituït per cadenes repetides de NAG i NAM unides per enllaços β(1 4) reticulades amb pentapèptids. L'embolcall dels bacteris Gram-positius consta d'una sola membrana i una paret gruixuda amb àcids teïcoics.

Els bacteris Gram-negatius posseeixen dues membranes, espai periplasmàtic, paret prima de mureïna i lipopolisacàrid (LPS). El lípid A del LPS actua com a endotoxina patògena, mentre que la cadena d'oligosacàrids defineix la variabilitat antigènica. La tinció de Gram permet diferenciar ambdós grups aplicant de forma seqüencial cristall violeta, lugol, alcohol i safranina. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. Com actua l'alcohol durant el procés de decoloració a la tinció de Gram segons el tipus d'embolcall? 5. Per què cal afegir polietilenglicol o NaCl en obtenir protoplasts bacterians al laboratori? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 6.

Quin tipus d'enllaç uneix el NAM i el NAG a la paret de peptidoglicà? 7. Quina molècula forma part de la paret dels bacteris Gram-positius però no dels Gram- negatius? 8. Quina funció té la safranina en el protocol de la tinció de Gram? Enllaç glucosídic α(1 6) a) Enllaç peptídic α(1 4) b) Enllaç glucosídic β(1 4) c) Enllaç fosfodièster d) Àcids teïcoics a) Lipopolisacàrid b) Lípid A c) Porines d) Fixar el cristall violeta com a mordent a) Colorant primari inicial b) Dissoldre els lípids de la membrana externa c) Colorant de contrast dels decolorats d) Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 7 9.

Quina fracció del lipopolisacàrid és la responsable de la toxicitat en causar xoc anafilàctic? 2 Membrana plasmàtica i estructures externes EN ACABAR SABRÀS Distingir la composició lipídica de la membrana de Bacteria enfront de la d'Archaea. Explicar el mecanisme diferencial del transport actiu de grup enfront d'altres transports. Diferenciar les càpsules dels llims segons el seu nivell de compactació i funcionalitat. Classificar els tipus de disposició flagel·lar i descriure les parts del motor flagel·lar. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 10 Per què els bacteris tenen una mida microscòpica tan restringida i no poden ser tan voluminosos com els eucariotes?

Biofísica de la mida cel·lular i model de membrana Els procariotes presenten una mida cel·lular reduïda i una gran simplicitat estructural en comparació amb els eucariotes. Aquesta escala microscòpica respon directament a la relació superfície/volum ( ). Quan una cèl·lula augmenta el seu diàmetre lineal, el volum creix de manera cúbica respecte a l'àrea superficial; per tant, una cèl·lula excessivament gran necessitaria un flux de nutrients que la seva pròpia superfície no podria proveir. La membrana plasmàtica delimita el citoplasma i actua com una barrera de permeabilitat altament selectiva.

Organitzada segons el model de mosaic fluid, conté aproximadament un 70 % de proteïnes amfipàtiques incrustades en una matriu lipídica. Aquestes proteïnes poden ser integrals (travessen la bicapa) o perifèriques (associades a les superfícies). Les cares en contacte amb el citoplasma i l'exterior són polars o hidrofíliques, mentre que el nucli intern és apolar o hidrofòbic. A més d'establir la separació física i la recepció de senyals ambientals, la membrana allotja complexos amb funcions metabòliques i de transport. En bacteris Gram-negatius es troba també una membrana externa addicional rica en porines (vegeu «El món microbià i la paret cel·lular bacteriana»).

Les invaginacions membranoses que s'observen associades al material genètic reben el nom de mesosomes. Diferències químiques: Bacteria enfront d'Archaea La composició dels lípids de membrana constitueix un criteri químic clau de diferenciació entre dominis biològics: Bacteria: Lípids formats per àcids grassos units a glicerol i etanolamina mitjançant enllaços èster. L'estabilitat i la rigidesa estructural de la bicapa estan reforçades per compostos policíclics anomenats hopanoides, que fan un paper anàleg al colesterol i altres esterols eucariotes.

Lípid A a) Àcid teïcoic b) Pentapèptid terminal c) Cadena oligosacarídica O d) S/V Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 8 Archaea: La fracció hidrofòbica està composta per cadenes d'isoprenoides (com el fitanil) unides al glicerol mitjançant enllaços èter. Segons l'espècie i l'ambient, poden organitzar-se en una bicapa clàssica de dues molècules de fitanil, en una monocapa lipídica contínua d'hidrocarburs llargs de bifitanil, o bé en una combinació mixta (vegeu «El domini Archaea: organització cel·lular i llinatges extrems»).

Característica Bacteria Archaea Tipus d'enllaç lipídic Enllaç èster Enllaç èter Cua hidrofòbica Àcids grassos lineals Hidrocarburs isoprenoides (fitanil) Arquitectura de la membrana Bicapa exclusiva Bicapa, monocapa (bifitanil) o mixta Agents d'estabilització Hopanoides Isoprenoides condensats COMPROVA-HO 11 Quina diferència química fonamental presenten els enllaços dels lípids de membrana de Bacteria respecte als d'Archaea? Mecanismes de transport a través de la membrana La bicapa lipídica impedeix el pas directe de soluts polars i ions carregats, amb l'excepció de l'aigua, que pot travessar per difusió simple o mitjançant canals d'aquaporines.

Per internalitzar nutrients i expulsar metabòlits, les cèl·lules fan servir diverses modalitats de transport: Difusió passiva: Moviment net de petites molècules a favor de gradient de concentració sense despesa energètica. Difusió facilitada: Pas de soluts mitjançant proteïnes transportadores específiques, sense consumir energia metabòlica directa. Transport actiu: Acumulació de soluts en contra de gradient amb despesa directa d'energia cel·lular. Transport actiu de grup (o translocació de grup): Mecanisme exclusiu dels procariotes mitjançant el qual la molècula transportada pateix una modificació química simultània durant el seu ingrés a través de la membrana.

Els procariotes no tenen capacitat de realitzar processos d'endocitosi, presents en molts eucariotes. Grup biològic Difusió passiva Difusió facilitada Transport actiu Translocació de grup Endocitosi Eucariotes Sí Sí Sí No Sí Procariotes Sí Sí Sí Sí No Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 9 ERROR FREQÜENT Confondre el transport actiu estàndard amb el transport actiu de grup. En el transport actiu clàssic, la substància travessa la membrana inalterada; en la translocació de grup (pròpia de procariotes), la molècula s'acobla a una reacció química de modificació concomitant durant el traspàs, evitant la seva sortida retrograda.

Exopolímers: càpsules i llims Molts bacteris sintetitzen exopolímers, estructures exteriors a la paret cel·lular formades per llargues cadenes de sucres sintetitzades al citoplasma i polimeritzades a la superfície exterior. Aquests polímers contenen àcids urònics i aminosucres units per enllaços glucosídics i . Presenten càrrega neta polianiònica, fet que els confereix una capacitat extraordinària d'hidratació (fins a un 98 % d'aigua) i dona a les colònies un aspecte brillant característic.

Segons el seu grau d'organització es distingeixen dues formes principals: Llims (capes mucilaginoses): Cadenes d'exopolisacàrids amb una polimerització baixa, poc compactes, deformables i sense una ordenació geomètrica fixa. En presència d'aigua es dilueixen amb facilitat. Càpsula: Capa densa amb un alt grau de compactació i fortament adherida a la paret. No es dissol en aigua. Aquesta densitat impedeix l'entrada de partícules col·loidals, fet que en permet la visualització al microscopi mitjançant la tinció negativa amb tinta xinesa, on la càpsula apareix com un halo transparent al voltant del bacteri.

La càpsula acompleix múltiples funcions adaptatives: reté cations i nutrients gràcies a les seves càrregues negatives, fa de reservori hídric contra la dessecació, facilita l'establiment de biopel·lícules (biofilms) i actua com a mecanisme de resistència enfront de la fagocitosi del sistema immunitari de l'hoste i de l'adsorció vírica. COMPROVA-HO 12 Per què la càpsula bacteriana es pot detectar clarament mitjançant una tinció negativa amb tinta xinesa? Mobilitat bacteriana i aparell flagel·lar La mobilitat en bacteris està finament regulada per evitar la despesa energètica innecessària. La maquinària motora principal és el flagel, una protuberància semirígida codificada pels gens mot i fla.

Funciona com un rotor capaç de girar 360° gràcies a l'energia obtinguda del potencial electroquímic de protons. β 1,2 β 1,4 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 10 Esquema del motor flagel·lar bacterià mostrant filament, colze i anells basals.

El flagel es divideix estructuralment en tres segments: Segons el nombre i la disposició dels flagels a la superfície de la cèl·lula, es distingeixen diversos patrons: la disposició monopolar monotrica (un únic flagel en un extrem), monopolar politrica o lofotrica (un feix de flagels en un sol pol), bipolar politrica o amfitrica (feixos a ambdós pols oposats) i la flagel·lació perítrica, on múltiples flagels s'insereixen de manera homogènia per tot el perímetre bacterià. Un bacteri manté sempre el mateix patró establert i no desenvolupa dos tipus diferents de disposició flagel·lar. Filament: Porció externa cilíndrica i buida, constituïda per monòmers de la proteïna flagel·lina.

1 Colze (o ganxo): Segment corbat flexible que enllaça el filament amb la maquinària de la base. 2 Cos basal: Eix central envoltat d'anells que ancoren l'estructura als embolcalls cel·lulars. Els bacteris Gram-negatius presenten 4 anells (L, P, MS i C), mentre que els bacteris Gram-positius només en disposen de 2 a la membrana i al peptidoglicà.

3 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 11 ESQUEMA Classificació de la mobilitat cel·lular bacteriana A més de la locomoció per flagels externs, certes espècies empren estratègies alternatives: les espiroquetes utilitzen un filament axial (format per endoflagels situats a l'espai periplasmàtic) que permet un moviment helicoïdal per torsió; altres organismes, com certs cianobacteris, es desplacen mitjançant lliscament sobre superfícies associat a la secreció de substàncies mucoses, amb una velocitat més reduïda.

D'altra banda, molts bacteris disposen de fímbries, apèndixs tubulars rígids que intervenen en l'adhesió cel·lular a substrats biològics o inerts (actuant com a factors de virulència). Quan una estructura similar està especialitzada en la transferència conjugativa de material genètic, s'anomena pilus sexual (vegeu «Genètica bacteriana i transferència horitzontal de gens»). Tactismes i dinàmica de desplaçament La resposta orientada davant un estímul químic o físic rep el nom de tactisme. Aquest moviment pot ser positiu, quan la cèl·lula es dirigeix cap a l'estímul atractant, o negatiu, si s'allunya d'una substància o condició perillosa.

Entre les modalitats principals figuren el quimiotactisme (envers nutrients o tòxics), l'aerotactisme (resposta a gradients d'oxigen segons el perfil metabòlic: aerobis, anaerobis, microaeròfils o facultatius), el fototactisme (orientació respecte a fonts de llum) i el magnetotactisme (alineament amb les línies de camp magnètic terrestre). El desplaçament microbià no segueix una trajectòria recta contínua, sinó un patró caòtic basat en el moviment brownià. La cèl·lula alterna corregudes direccionals amb tombarelles a l'atzar, modulant la durada d'aquests períodes per aproximar-se progressivament al seu destí sense seguir el camí geomètricament més ràpid.

Mobilitat flagel·lar Rotació de 360° per flagels externs Monopolar monotrica Un sol flagel polar Monopolar politrica Feix de flagels en un sol extrem Bipolar politrica Feixos en ambdós pols oposats Perítrica Flagels distribuïts per tot el contorn Filament axial Endoflagels periplasmàtics en espiroquetes Lliscament Desplaçament lent sobre secrecions Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 12 COMPROVA-HO 13 Què caracteritza la mobilitat basada en endoflagels de les espiroquetes respecte a la flagel·lació bacteriana típica? IDEES CLAU La reduïda grandària procariota ve condicionada pel límit físic que imposa la relació superfície/volum per al transport de nutrients.

La membrana de Bacteria conté àcids grassos amb enllaços èster i hopanoides, mentre que la d'Archaea empra cadenes d'isoprenoides unides per enllaços èter. El transport actiu de grup és un mecanisme exclusiu procariota que modifica químicament la molècula durant el seu pas transmembrana. Les càpsules són exopolímers altament compactes que protegeixen de la dessecació i la fagocitosi, evitant la penetració de tinta xinesa. El flagel bacterià consta de filament de flagel·lina, colze i cos basal motor capaç de girar 360°, guiat per tactismes mitjançant corregudes i canvis de direcció. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 14. En què es diferencia estructuralment i funcionalment una càpsula d'un llim? 15.

Quantes estructures d'anells conté el cos basal del flagel en bacteris Gram-negatius en comparació amb els Gram-positius? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 16. Quina molècula fa als bacteris un paper estabilitzador equivalent al colesterol eucariota? 17. Quin tipus de transport membranós és característic únicament dels procariotes? 18. Com s'anomena la disposició d'un bacteri amb flagels distribuïts per tota la superfície?

Isoprenoide a) Àcid urònic b) Bifitanil c) Hopanoide d) Difusió facilitada a) Transport actiu primari b) Endocitosi vesicular c) Transport actiu de grup d) Bipolar politrica a) Lofotrica b) Monopolar monotrica c) Perítrica d) Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 13 19. Com actua el filament axial de les espiroquetes per aconseguir moviment? 3 Citoplasma bacterià, inclusions i endòspores EN ACABAR SABRÀS Identificar els principals grànuls de reserva citoplasmàtics i les inclusions especialitzades. Distingir l'estructura del ribosoma 70S bacterià i les dianes dels antibiòtics comuns. Descriure l'organització del nucleoide, els plasmidis i l'estructura dels transposons.

Explicar les etapes de l'esporulació i les bases moleculars de la resistència de l'endòspora. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 20 Com aconsegueixen sobreviure certs bacteris en ambients bullents o completament secs durant anys sense alimentar-se? El citoplasma bacterià i inclusions de reserva El citoplasma bacterià està delimitat per la membrana plasmàtica i conté el citosol o hialoplasma, un gel aquós altament hidratat on tenen lloc les reaccions metabòliques. En aquesta matriu es troben dissolts sucres, ions inorgànics, lípids, molècules de baix pes molecular i proteïnes.

Com que els bacteris sovint afronten condicions ambientals canviants i no poden desplaçar-se grans distàncies per buscar aliment, han desenvolupat mecanismes per acumular nutrients quan n'hi ha abundància al medi, superant el ritme immediat del seu catabolisme. Aquestes reserves s'emmagatzemen en forma de grànuls d'inclusió per evitar problemes osmòtics: Reserves de carboni: polímers insolubles com el glicogen o polihidroxibutirat (PHB) i altres polihidroxialcanoats (PHA), que actuen com a magatzem de carboni i energia. Reserves de nitrogen: grànuls de cianoficina, formats per polímers dels aminoàcids arginina i asparagina.

Reserves de fòsfor: grànuls de polifosfat o ortofosfat inorgànic, coneguts tradicionalment com a volutina. Aquests grànuls són metacromàtics, ja que en tenyir-los amb blau de metilè adquireixen una tonalitat vermellosa o porpra. Reserves de sofre: els bacteris porpres del sofre (vegeu «Diversitat de bacteris Gram-negatius II: Cianobacteris i bacteris fotòtrofs anoxigènics») acumulen glòbuls de sofre elemental directament al citoplasma com a font de poder reductor.

Gliscant sobre biofilms d'exopolisacàrids a) Rotant endoflagels situats al periplasma b) Mitjançant contraccions del citoplasma lliure c) Fent bategar cilis al medi aquós d) Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 14 Nutrient Forma d'emmagatzematge Trets distintius Carboni i energia Glicogen, PHB i PHA Lípids o polímers de glucosa osmòticament inerts Nitrogen Cianoficina Copolímer d'arginina i asparagina Fòsfor Volutina (polifosfat) Propietats metacromàtiques amb blau de metilè Sofre Grànuls de sofre elemental Típic de bacteris fotòtrofs anoxigènics Inclusions especialitzades i citoesquelet bacterià A més dels magatzems energètics, el citoplasma allotja complexos macromolèculers i estructures vesiculars amb funcions fisiològiques precises: Vesícules de gas: estructures proteiques buides amb una membrana permeable als gasos però impermeable a l'aigua.

Aporten flotabilitat a bacteris aquàtics per posicionar-se a la columna d'aigua; tenen una coberta feble que es pot trencar sota pressió mecànica. Carboxisomes: microcompartiments proteics que contenen l'enzim RuBisCO per fixar diòxid de carboni ( ) de manera eficient. Magnetosomes: inclusions citoplasmàtiques compostes per partícules de magnetita orientades que permeten a certes espècies orientar-se segons les línies del camp geomagnètic terrestre (magnetotaxi). Invaginacions membranoses: estructures especialitzades de la membrana interna com ara els tilacoides fotosintètics o els clorosomes (vegeu «Diversitat de bacteris Gram-negatius II: Cianobacteris i bacteris fotòtrofs anoxigènics»).

El citoplasma bacterià no és un medi amorf; conté un citoesquelet homòleg al dels eucariotes que regula la divisió cel·lular i la forma bacteriana. Destaquen les proteïnes FtsZ (homòloga a la tubulina, necessària per formar l'anell de divisió), MreB (homòloga a l'actina, que manté la forma bacil·lar i la polaritat) i CreS o crescentina (homòloga als filaments intermedis, que confereix curvatura a les cèl·lules vibrionoides). Esquema de les proteïnes citoesquelètiques bacterianes FtsZ, MreB i CreS. COMPROVA-HO 21 Quina funció biològica compleixen els grànuls de volutina i com es detecten al laboratori?

CO 2 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 15 Ribosomes procariotes i dianes farmacològiques Els ribosomes són les partícules ribonucleoproteiques responsables de la síntesi de proteïnes i representen l'element més abundant del citoplasma. La seva quantitat varia en funció de l'activitat metabòlica cel·lular. Estan formats aproximadament per un 60 % d'ARN ribosòmic (ARNr) i un 40 % de proteïnes. DEFINICIÓ El ribosoma bacterià presenta un coeficient de sedimentació de 70S, constituït per una subunitat petita 30S i una subunitat gran 50S.

Aquesta composició estructural difereix significativament dels ribosomes eucariotes (80S), fet que permet la toxicitat selectiva d'antibiòtics clínics: Inhibidors de la subunitat 30S: l'estreptomicina i la neomicina s'uneixen a la subunitat petita, provocant errors en la lectura del codi genètic i aturant la traducció. Inhibidors de la subunitat 50S: l'eritromicina i la tetraciclina bloquegen passos crítics de la síntesi proteica en unir-se a la subunitat gran. Inhibidors del centre peptidil transferasa: el cloramfenicol s'uneix específicament al lloc P de la subunitat 50S, impedint la formació de l'enllaç peptídic.

Organització del genoma, plasmidis i elements transposables El material hereditari es troba concentrat en una regió citoplasmàtica sense membrana anomenada nucleoide. El genoma típic és una molècula d'ADN bicatenari, circular i sobreenrotllat, desproveït d'histones eucariotes però estabilitzat mitjançant molècules d'ARN i poliamines carregades positivament. Conté una densitat codificant molt elevada, gairebé sense introns, organitzat en unitats funcionals coordinades o operons sotmesos a un mateix promotor. Per exemple, en Escherichia coli, una cèl·lula d'aproximadament 10 µm conté un cromosoma d'uns 1,5 mm de longitud desplegat, que conté més de 4,6 Mb i codifica uns 3500 gens.

Això obliga a un empaquetament extrem mitjançant superenrotllament. A banda del cromosoma, els bacteris poden posseir plasmidis: molècules circulars d'ADN extracromosòmic autoreplicables que porten gens no essencials per a la viabilitat immediata però que confereixen avantatges adaptatius (com resistència a antibiòtics R, virulència, capacitats degradatives, plasmidis críptics o factors de fertilitat F; vegeu «Genètica bacteriana i transferència horitzontal de gens»). Els plasmidis es poden transmetre verticalment durant la divisió o horitzontalment, i dues classes incompatibles no poden coexistir a la mateixa cèl·lula.

Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 16 Diagrama de transferència vertical i transferència horitzontal de plasmidis bacterians. Els transposons són segments d'ADN mòbils capaços de canviar de posició dins del genoma mitjançant l'acció d'un enzim transposasa: Transposó simple: integrat únicament per seqüències d'inserció als extrems (SI) que flanquegen el gen de la transposasa i una proteïna reguladora (SI---E---PR---SI). Transposó compost: format per dos transposons simples que delimiten gens addicionals entre ells, com gens de resistència a antibiòtics (SI---E---PR---SI---resistència---SI---E---PR---SI).

COMPROVA-HO 22 Què diferencia un transposó simple d'un transposó compost? L'endòspora bacteriana: estructura i mecanismes de resistència Davant de condicions ambientals desfavorables, certs bacteris Gram-positius formen una cèl·lula dorment i especialitzada anomenada endòspora. Es tracta d'una estructura de resistència extrema contra la calor, la radiació i compostos químics agressius, i no pas d'un mecanisme de reproducció. ERROR FREQÜENT Confondre l'esporulació bacteriana amb un cicle reproductor.

A partir d'una cèl·lula vegetativa només es genera una sola endòspora, de manera que no hi ha cap increment en el nombre d'individus; es tracta exclusivament d'un mecanisme de supervivència cel·lular en estat latent. L'endòspora pot situar-se en posició central, terminal o subterminal dins del bacteri i es visualitza mitjançant la tinció de verd de malaquita. Està recoberta per diverses capes protectores: Exoespòrium: coberta lipoproteica externa que apareix només en determinades espècies. Tunica o coberta: capa hidròfoba rica en residus de cisteïna units per ponts disulfur, impermeable a toxines químiques.

Còrtex: gruixuda paret interna formada per peptidoglicà modificat (vegeu «El món microbià i la paret cel·lular bacteriana»). Protoplasma o nucli central: conté el nucleoide intacte, ribosomes i la maquinària bàsica per a la futura germinació. Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 17 La seva extraordinària termoresistència es deu principalment a dos factors clau: la deshidratació extrema del protoplasma i l'acumulació de dipicolinat càlcic (complex d'àcid dipicolínic i ions ).

Aquest compost representa una proporció enorme del pes de l'espora, redueix l'aigua lliure i s'intercala a l'ADN per protegir-lo de la desnaturalització tèrmica juntament amb proteïnes solubles de protecció de l'ADN enfront de la radiació. Esquema del cicle d'esporulació i formació de l'endòspora bacteriana.

PROCÉS Etapes del procés d'esporulació bacteriana Ca2+ Divisió asimètrica Replicació de l'ADN i formació d'un envà asimètric 1 Engolfament La cèl·lula mare engloba la prespora filla 2 Síntesi del còrtex Dipòsit de peptidoglicà entre les dues membranes 3 Deshidratació i cobertes Dipicolinat càlcic i coberta hidròfoba de cisteïna 4 Lisi i alliberament La cèl·lula mare es trenca i allibera l'endòspora 5 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 18 El procés de l'esporulació cel·lular L'esporulació és un procés de diferenciació cel·lular que s'inicia quan la cèl·lula vegetativa detecta carència de nutrients.

Comprèn una seqüència ordenada de transformacions asimètriques: COMPROVA-HO 23 Quins dos elements químics i físics del protoplasma expliquen la capacitat de l'endòspora de tolerar temperatures extremes? IDEES CLAU Els bacteris acumulen nutrients de reserva en forma de polímers insolubles com glicogen, PHB, cianoficina o volutina per prevenir el xoc osmòtic. El ribosoma bacterià té un coeficient de 70S (subunitats 30S i 50S), fet que serveix de diana selectiva per a antibiòtics com estreptomicina, eritromicina o cloramfenicol. El genoma típic és circular i sobreenrotllat al nucleoide, complementat sovint per plasmidis autoreplicables i transposons mòbils.

L'endòspora és una forma de resistència i no de reproducció: una cèl·lula genera només una endòspora mitjançant una divisió cel·lular asimètrica. La termoresistència de l'endòspora depèn directament de la deshidratació interna del protoplasma i de l'acumulació de dipicolinat càlcic. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 24. Per què els bacteris emmagatzemen carboni com a PHB o glicogen en lloc de glucosa lliure? 25. Quin paper tenen les proteïnes del citoesquelet FtsZ i MreB en el citoplasma bacterià? 26. A quina diana ribosòmica s'uneix el cloramfenicol i quin efecte produeix?

Divisió asimètrica: el bacteri duplica el seu ADN i la membrana cel·lular es divideix de forma asimètrica; el compartiment menor conté només el cromosoma, mentre que el compartiment gran conserva la majoria del citoplasma. 1 Engolfament: la cèl·lula mare gran envolta completament la cèl·lula filla petita (prespora), deixant- la aïllada dins d'una doble membrana. El cromosoma de la cèl·lula mare comença a degradar-se. 2 Formació del còrtex: entre les dues membranes de la prespora se sintetitza una capa gruixuda de peptidoglicà que constituirà el còrtex.

3 Maduració, deshidratació i lisi: es dipositen les cobertes hidròfobes riques en cisteïna, es produeix la deshidratació del protoplasma, s'acumulen proteïnes solubles i dipicolinat càlcic conferint resistència tèrmica, i finalment es produeix la lisi de la cèl·lula mare amb l'alliberament de l'endòspora madura. 4 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 19 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 27. Quina molècula s'acumula als grànuls de cianoficina com a magatzem? 28. Quin coeficient de sedimentació té el ribosoma procariota complet? 29. Quina funció biològica tenen els carboxisomes citoplasmàtics? 30.

Què confereix principalment la termoresistència a l'endòspora bacteriana? 4 Genètica bacteriana i transferència horitzontal de gens EN ACABAR SABRÀS Distingir els mecanismes de transformació, conjugació i transducció en bacteris. Explicar la formació d'una soca Hfr i les seves conseqüències en la conjugació. Diferenciar la transducció generalitzada de l'especialitzada segons el cicle víric. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 31 ¿Com poden els bacteris adquirir nous gens si es reprodueixen asexualment sense meiosi ni gàmetes?

Polímers d'arginina i asparagina a) Glucosa fosfatada b) Cadenes d'ortofosfat inorgànic c) Àcid poli-beta-hidroxibutíric d) 60S (format per 20S i 40S) a) 70S (format per 30S i 50S) b) 80S (format per 40S i 60S) c) 70S (format per 40S i 30S) d) Orientar el bacteri segons camps magnètics a) Proporcionar flotabilitat mecànica b) Fixar CO mitjançant l'enzim RuBisCO c) Emmagatzemar lípids de reserva d) La deshidratació i el dipicolinat càlcic a) L'augment del contingut hídric intern b) La formació d'un anell de divisió FtsZ c) L'exoespòrium lipoproteic extern d) Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 20 Organització del genoma bacterià i haploïdia El material genètic dels bacteris està constituït principalment per un únic cromosoma circular de doble cadena antiparal·lela.

A diferència dels eucariotes, els bacteris són organismes haploides, fet que implica que posseeixen una única còpia de cada gen. Durant la replicació cel·lular poden coexistir temporalment dos cromosomes complets, però aquesta duplicació transitòria no converteix el bacteri en diploide. L'ADN cromosòmic i el plasmídic manquen d'histones típiques; la seva càrrega negativa s'estabilitza mitjançant la interacció amb poliamines i molècules d'ARN. A més del cromosoma, el genoma pot contenir plasmidis i elements genètics mòbils com els transposons (vegeu «Citoplasma bacterià, inclusions i endòspores»).

Els bacteris es reprodueixen de manera asexual mitjançant transmissió vertical del material genètic a la descendència. No obstant això, aconsegueixen variabilitat genètica mitjançant processos de transferència horitzontal de gens (TGH). DEFINICIÓ La transferència horitzontal de gens (TGH) és l'intercanvi de material genètic unidireccional entre bacteris no emparentats per descendència directa, on una cèl·lula donadora transfereix un fragment d'ADN a una cèl·lula receptora que l'incorpora al seu genoma.

Transformació bacteriana i estat de competència La transformació és la captació directa de molècules d'ADN nu lliures en el medi extracel·lular, procedents de bacteris que han patit lisi prèvia. Perquè aquest procés tingui èxit, la cèl·lula receptora ha d'adquirir un estat de competència, que consisteix en una alteració fisiològica temporal que permet el pas de macromolècules a través de l'embolcall cel·lular. Diagrama de la transformació bacteriana i incorporació cromosòmica d'ADN.

El mecanisme d'entrada presenta divergències rellevants entre grups taxonòmics: Bacteris Gram-positius: L'ADN bicatenari s'uneix a la superfície de la paret cel·lular; tot seguit, una de les cadenes es degrada per acció enzimàtica i només penetra una única cadena lineal al citoplasma. Si existeix suficient homologia de seqüència, la cadena s'integra al cromosoma per recombinació. Bacteris Gram-negatius: La captació requereix que l'ADN provingui generalment d'organismes de la mateixa espècie. El fragment d'ADN entra com a molècula de doble cadena i el transport cap al citoplasma es vehicula mitjançant vesícules especialitzades.

Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 21 COMPROVA-HO 32 Quina diferència estructural presenta l'ADN en penetrar al citoplasma entre Gram-positius i Gram-negatius durant la transformació? Conjugació bacteriana: plasmidi F i soques Hfr La conjugació és el mecanisme de transferència horitzontal que requereix el contacte físic directe entre dues cèl·lules bacterianes. Aquest fenomen s'anomena col·loquialment sexualitat bacteriana, ja que implica una cèl·lula donadora i una de receptora connectades per un apèndix tubular anomenat pili sexual. Esquema del procés de conjugació bacteriana mitjançant pili sexual.

El procés està governat per plasmidis conjugatius com el plasmidi F (factor de fertilitat): Cèl·lules F+: Actuen com a donadores perquè contenen el plasmidi F lliure i codifiquen la síntesi del pili conjugatiu. Cèl·lules F-: Són les receptores mancades del plasmidi F. Quan reben una cadena del plasmidi F replicat pel mecanisme del cercle rodant, sintetitzen la cadena complementària i es converteixen en F+. Cèl·lules Hfr (alta freqüència de recombinació): Es formen quan el plasmidi F s'integra per recombinació en el cromosoma bacterià. Durant la conjugació d'una soca Hfr amb una F-, la donadora transfereix fragments adjacents del seu propi cromosoma.

Sovint el pont conjugatiu es trenca abans de transferir tot el plasmidi complet, de manera que la cèl·lula receptora no esdevé F+, però pot recombinar gens cromosòmics del donador. Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 22 ERROR FREQÜENT Confondre l'estat final d'una cèl·lula F- després de conjugar amb una soca F+ respecte d'una Hfr. En un encreuament , la receptora rep tot el plasmidi i es converteix en F+. En un encreuament , la unió sol trencar-se abans de transferir l'última porció del plasmidi: la receptora manté l'estat F-, malgrat haver adquirit al·lels cromosòmics nous.

COMPROVA-HO 33 Per què una cèl·lula receptora rarament es converteix en donadora després d'un encreuament amb una soca Hfr? Cicles de bacteriòfags i transducció genètica La transducció consisteix en el transport de fragments d'ADN bacterià d'una cèl·lula a una altra mitjançant un virus bacterià o bacteriòfag com a vector biològic. El cicle vital dels fags inclou etapes bàsiques de fixació o adsorció, penetració o injecció del material genètic, i posteriorment es divideix en dues vies funcionals: Esquema del cicle de transducció mediat per bacteriòfags.

Segons la naturalesa de l'encapsidació de l'ADN i el cicle víric implicat, es distingeixen dues modalitats de transducció: F × + F Hfr × F Cicle lític: Consta de fase d'eclipsi o inducció, assemblatge o acoblament dels components virals estructurals i fase final de lisi, on la paret s'escindeix alliberant virions madurs (vegeu «Virologia: estructura vírica, cicle d'infecció i entitats subvíriques»). 1 Cicle lisogènic: El genoma del fag penetra i passa a la fase d'integració al cromosoma bacterià en forma de pròfag latent. Posteriorment, sota determinats senyals, experimenta una fase de desintegració o escissió per ingressar novament al cicle lític.

2 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 23 Tipus de transducció Mecanisme d'incorporació Cicle fògic associat Origen de l'ADN bacterià transferit Transducció generalitzada Empaquetament erroni d'ADN de l'hoste durant l'acoblament viral Cicle lític Qualsevol fragment a l'atzar del cromosoma bacterià trencat Transducció especialitzada Escissió imprecisa del pròfag integrat en una posició específica Cicle lisogènic Gens concrets adjacents al lloc d'integració amb complementarietat ESQUEMA Mecanismes de transferència horitzontal de gens COMPROVA-HO 34 Quin factor determina que en la transducció especialitzada només es transfereixin gens concrets del cromosoma?

Transformació Captació d'ADN nu lliure del medi Gram-positius Entrada d'ADN com a cadena simple Gram-negatius Entrada d'ADN bicatenari en vesícules Conjugació Contacte cel·lular via pili sexual Plasmidi F lliure Creuament F+ amb F- Soques Hfr Plasmidi F integrat al cromosoma Transducció Transferència intervinguda per bacteriòfags Generalitzada Fragments a l'atzar en cicle lític Especialitzada Gens adjacents en cicle lisogènic Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 24 IDEES CLAU Els bacteris són organismes haploides el genoma dels quals s'estabilitza mitjançant poliamines i ARN.

La transferència horitzontal de gens (TGH) és estrictament unidireccional: un donador transmet informació a un receptor. La transformació requereix un estat de competència cel·lular per captar ADN bicatenari o monocatenari lliure del medi. Les soques Hfr es formen mitjançant la integració per recombinació del factor F dins del cromosoma cel·lular. La transducció generalitzada empaca qualsevol fragment del cromosoma en el cicle lític, mentre que l'especialitzada arrossega gens adjacents al pròfag escindit en el cicle lisogènic. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 35. ¿Com s'origina una soca Hfr a partir d'un bacteri donador? 36.

¿Per què la transducció generalitzada pot transferir qualsevol gen bacterià? 37. ¿Com difereix la captació d'ADN transformant en Gram-positius respecte a Gram-negatius? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 38. Com s'anomena la integració per recombinació del plasmidi F al cromosoma bacterià? 39. Quina condició cel·lular és imprescindible per a la transformació bacteriana natural? 40. Quin mecanisme de transducció empaca fragments d'ADN cel·lular adjacents al lloc d'integració vírica? 41. Com penetra l'ADN transformant a través de la paret en bacteris Gram-positius?

5 Pròfag lític a) Estat de competència b) Cèl·lula transformada c) Soca Hfr d) Estat de competència a) Doble còpia cromosòmica b) Infecció fògica activa c) Presència de pili sexual d) Conjugació cromosòmica a) Transducció especialitzada b) Transducció generalitzada c) Transformació creuada d) Com a doble hèlix intacta a) Protegit dins d'una vesícula b) Només com a cadena simple c) Unit a un pili conjugatiu d) Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 25 Nutrició microbiana, medis de cultiu i tècniques d'aïllament EN ACABAR SABRÀS Classificar els microorganismes en la seva categoria tròfica segons les fonts de carboni i d'energia.

Distingir els diferents medis de cultiu segons la seva consistència, composició química i funcionalitat. Calcular el títol bacterià d'una mostra mitjançant el recompte d'UFC procedent d'un banc de dilucions. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 42 Per què els microbiòlegs dilueixen una mostra diverses vegades consecutives abans de sembrar-la en una placa de cultiu? El creixement bacterià requereix nutrients essencials i condicions ambientals adequades per sintetitzar biomolècules i generar energia.

ESQUEMA Organització de la nutrició i el cultiu microbià Requeriments nutricionals i classificació tròfica La cèl·lula necessita elements químics per construir les seves estructures i mantenir el metabolisme: Macroelements principals: C, O, H, N, P i S són necessaris en grans quantitats per formar proteïnes, lípids, àcids nucleics i glúcids. Macroelements secundaris: , , , i es requereixen en quantitats menors com a cofactors o per mantenir l'equilibri osmòtic.

Nutrició bacteriana Requeriments i tipus tròfics Requeriments químics Macroelements, microelements i factors Categories tròfiques Fonts de C, energia i electrons Medis de cultiu Físics, químics i funcionals Tipus funcionals Generals, enriquits, selectius i diferencials Aïllament i recompte Banc de dilucions i preservació Recompte en placa Rang vàlid entre 30 i 300 UFC K+ Mg2+ Fe2+ Ca2+ Cl Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 26 Microelements (elements traça): , , , i s'utilitzen en concentracions molt baixes, principalment en centres catalítics enzimàtics.

DEFINICIÓ Els organismes auxòtrofs tenen requeriments nutricionals estrictes i són incapaços de sintetitzar determinats compostos essencials, per la qual cosa necessiten factors de creixement externs com aminoàcids (AA), purines (Pu) i pirimidines (Py). Segons la font de carboni, d'energia i d'electrons utilitzada, els microorganismes s'agrupen en diferents categories tròfiques: Classificació dels organismes segons font de carboni i d'energia.

Criteri Tipus tròfic Font principal Exemples de procés Font de carboni Autòtrof inorgànic Fixació de carboni Heteròtrof Compostos orgànics Assimilació de carbohidrats o lípids Font d'energia Fotòtrof Llum Fotosíntesi Quimioorganòtrof Compostos químics orgànics Combustió o oxidació de la glucosa Quimiolitòtrof Compostos químics inorgànics Oxidació inorgànica: COMPROVA-HO 43 Quina diferència fonamental hi ha entre un bacteri quimioorganòtrof i un bacteri quimiolitòtrof pel que fa a l'obtenció d'energia? Medis de cultiu i factors ambientals Tot i la gran diversitat d'ambients, només el 0,1 % dels bacteris descoberts s'ha aconseguit cultivar al laboratori.

La base dels medis sòlids és habitualment l'agar-agar, un polisacàrid procedent d'algues que resulta nutricionalment inòcul per a la immensa majoria de microorganismes, excepte per a aquells estretament associats a les algues productores. Mn2+ Co2+ Cu2+ Mo2+ Zn2+ CO 2 2 H + 2 O 2 2 H O 2 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 27 Classificació Tipus de medi Característiques i aplicació Consistència física Líquid Brous nutritius sense agent solidificant. Semisòlid Concentració baixa d'agar; útil per estudiar mobilitat. Sòlid Agar estàndard; permet obtenir colònies separades i aïllades. Composició química Definit comercial Composició química exacta i quantificada.

Complex Composició indefinida (extractes o peptonas), fàcil d'elaborar. Funció microbiològica General Afavoreix el creixement d'una gran varietat microbiana. Enriquit Conté additius complexos adicionals, com ara la sang. Selectiu Incorpora inhibidors per afavorir només grups bacterians concrets. Diferencial Distinció visual de diferents espècies segons propietats metabòliques. El creixement bacterià depèn directament de factors fisicoquímics externs: Temperatura (Tª), pH, sals i llum: regulen l'activitat enzimàtica i l'estabilitat cel·lular.

Requeriments d'oxigen: els bacteris es classifiquen en aerobis obligats, anaerobis estrictes, anaerobis facultatius o aerotolerants segons la seva capacitat de tolerar o utilitzar . COMPROVA-HO 44 Quina distinció operativa existeix entre un medi de cultiu selectiu i un medi diferencial? Tècniques de sembra, recompte d'UFC i preservació Un cultiu pur conté únicament una sola espècie bacteriana. Sobre suport sòlid, els bacteris creixen formant agregats macroscòpics la morfologia dels quals depèn de la forma, l'elevació i el marge. O 2 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 28 Esquema dels criteris morfològics de colònies bacterianes sobre placa.

Per obtenir cultius purs i colònies aïllades s'empren diverses tècniques d'inoculació: Sembra per esgotament o estria escocesa: disseminació progressiva de la mostra amb nansa d'inoculació per anar reduint la densitat cel·lular fins a obtenir colònies individuals. Sembra per extensió: addició d'un volum conegut de dilució sobre la superfície de l'agar i dispersió homogènia amb una nansa o vareta. Addició de brou: inoculació directa de suspensions en medi líquid. Per quantificar microorganismes viables es prepara un banc de dilucions seriades de base decimal (habitualment 1/10 abocant 1 ml de mostra en 9 ml de diluent). A continuació, se sembra per extensió 1 ml a la placa de Petri.

CRITERI ESTADÍSTIC DE RECOMPTE Per a recomptes estadístics vàlids en placa de Petri se seleccionen dilucions amb entre 30 i 300 unitats formadores de colònies (UFC). Els recomptes inferiors a 30 no són estadísticament significatius i els superiors a 300 presenten solapament de colònies. EXEMPLE DE CÀLCUL DE CONCENTRACIÓ Davant d'un banc de dilucions seriades amb els recomptes següents després de sembrar 1 ml: Dilució : innombrables colònies (massa juntes). Dilució : 630 colònies (fora de rang, > 300). Dilució : 60 colònies (dins de l'interval estadístic vàlid de 30 a 300 UFC). Dilució : 5 colònies (fora de rang, < 30).

El càlcul del títol microbià s'obté dividint el nombre de colònies de la placa vàlida pel factor de dilució sembrat: 10 4 10 5 10 6 10 7 Concentraci = o ˊ = 10 ml 6 60 UFC 6,0 × 10 UFC/ml 7 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 29 ERROR FREQÜENT Calcular la concentració a partir d'una placa amb més de 300 o menys de 30 colònies invalida el resultat de la pràctica d'examen. Mai s'ha de fer la mitjana de plaques que estan fora del rang estadístic vàlid (30-300 UFC). Un cop aïllades les soques pures, es conserven mitjançant diverses metodologies segons el període requerit: Subcultiu periòdic: ressembra continuada en medi fresc per a manteniment rutinari.

Congelació a amb crioprotector: addició d'agents protectors com ara glicerol al 10 %, llet desnatada o dimetilsulfòxid (DMSO) per evitar la formació de vidre cel·lular. Congelació amb nitrogen líquid: preservació a temperatures extremadament baixes ( ). Liofilització: congelació seguida de deshidratació per sublimació al buit que permet emmagatzematge indefinit a temperatura ambient o refrigeració. COMPROVA-HO 45 Per què cal afegir crioprotectors com el glicerol abans de congelar bacteris a -80 ºC? IDEES CLAU Els macroelements constitueixen la major part de la matriu cel·lular, mentre que els microelements actuen com a cofactors enzimàtics essencials.

Els organismes auxòtrofs requereixen factors de creixement específics com aminoàcids o bases nitrogenades. La nutrició es classifica segons la font de carboni (autòtrofs o heteròtrofs) i la font energètica (fotòtrofs, quimioorganòtrofs o quimiolitòtrofs). Els medis selectius permeten el creixement exclusiu de certs microorganismes, mentre que els diferencials revelen caràcters bioquímics sobre la placa. El recompte d'UFC en placa només és estadísticament fiable si s'escullen mostres que presentin entre 30 i 300 colònies. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 46. En quina categoria tròfica se situa un bacteri que obté energia de l'oxidació de l'hidrogen gasós i fixa carboni a partir de CO2? 47.

Si després de sembrar 1 ml d'una dilució s'obtenen 120 colònies, quina és la concentració inicial de la mostra? 80 C 196 C 10 5 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 30 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 48. Com s'anomena un bacteri incapaç de sintetitzar un factor de creixement essencial pel seu compte? 49. Quina és la font energètica d'un microorganisme quimiolitòtrof? 50. Quin rang d'unitats formadores de colònies (UFC) es considera estadísticament vàlid en un recompte en placa? 51. Quin compost s'utilitza habitualment com a crioprotector en la congelació a -80 °C?

6 Dinàmica del creixement bacterià i mètodes de control EN ACABAR SABRÀS Distingir el temps de generació de la taxa de creixement bacterià Identificar les quatre fases de la corba de creixement en sistema tancat Comprendre la funció cel·lular de la superòxid dismutasa i la catalasa Diferenciar els conceptes i aplicacions d'esterilització, desinfecció i antisèpsia PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 52 Per què un bacteri que viu en presència d'oxigen necessita obligatòriament enzims com la catalasa? Dinàmica del creixement bacterià i cultiu cel·lular En microbiologia, el creixement fa referència a l'augment del nombre d'individus d'una població i no pas a la simple ampliació de la mida cel·lular.

La reproducció bacteriana té lloc habitualment per fissió binària: abans de la divisió, la cèl·lula replica el seu material genètic mitjançant processos anabòlics i catabòlics coordinats, i posteriorment es divideix per donar lloc a dues cèl·lules filles idèntiques si no hi Protòtrof a) Quimiolitòtrof b) Heteròtrof c) Auxòtrof d) Compostos químics inorgànics a) Llum solar b) Diòxid de carboni c) Glucosa d) Entre 10 i 100 a) Entre 30 i 300 b) Més de 300 c) Entre 50 i 500 d) Brou peptonat a) Glicerol al 10 % b) Agar-agar c) Sulfat de coure d) Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 31 ha limitació de nutrients ni presència de tòxics.

Quan les condicions ambientals són òptimes i constants, el cultiu experimenta un creixement balancejat, mantenint composicions bioquímiques uniformes. Per quantificar aquest procés s'utilitzen dos paràmetres matemàtics centrals: Temps de generació ( ): període necessari perquè una població dupliqui el seu nombre cel·lular. Taxa o velocitat de creixement ( ): nombre de duplicacions o generacions que tenen lloc per unitat de temps ( ).

L'avaluació de la quantitat de microorganismes es pot realitzar a través de mètodes diversos com la terbolesa (densitat òptica), el pes sec, la mesura de l'activitat metabòlica, el recompte directe al microscopi, l'ús de mètodes moleculars, el recompte en placa o la tècnica del número més probable (on es prenen alíquotes de dilucions seriades per triplicat i es confronten els positius amb taules estadístiques normalitzades). DEFINICIÓ El temps de generació és l'interval que triga una població bacteriana a duplicar-se exactament. La taxa de creixement és la seva inversa matemàtica ( ) i descriu la freqüència de divisions per unitat temporal.

Corba de creixement en sistema tancat i sistemes de cultiu continu Quan inoculem bacteris en un volum finit de medi líquid (sistema tancat o cultiu discontinu), la dinàmica poblacional segueix un patró típic de quatre fases successives: g v v = 1/g 1/g Fase de latència (lag): període d'adaptació bioquímica al medi. Si el canvi nutricional o físic respecte al cultiu previ és brusc, la durada d'aquesta fase augmenta notablement mentre se sintetitzen els enzims necessaris. 1 Fase exponencial o logarítmica: duplicació cel·lular continuada a velocitat màxima constant. El nombre d'individus augmenta segons la funció geomètrica .

2 2n Fase estacionària: el creixement net s'atura perquè s'esgoten els nutrients o l'oxigen, o bé s'acumulen subproductes tòxics. Es manté un equilibri dinàmic on les duplicacions lentes igualen la pèrdua cel·lular. 3 Fase de mort cel·lular: la disminució progressiva del nombre de bacteris viables a causa de la toxicitat acumulada i la manca d'energia. 4 Microbiologia: Característiques, Fisiologia i Filogènia 32 Gràfica de les fases del creixement bacterià en cultiu discontinu. Per mantenir poblacions en creixement indefinit s'empren sistemes continus.

El quimiòstat permet mantenir una taxa de creixement i densitat constants afegint continuament medi fresc amb un nutrient limitant i expulsant el volum sobrant amb biomassa. Els fermentadors industrials permeten traslladar aquests cultius des de petits volums de laboratori fins a escales de gran producció industrial. Per a la conservació prolongada de soques s'utilitzen procediments com el subcultiu mensual en plaques o medis conservatius, la congelació a -80 °C (congelació ràpida amb descongelació lenta), la congelació en nitrogen líquid o la liofilització (congelació seguida de deshidratació per sublimació).

COMPROVA-HO 53 Què passa si inoculem un cultiu bacterià provinent d'un medi ric en un altre amb una font de carboni completament diferent? Estat fisiològic de la població cel·lular Dins d'un cultiu microbià les cèl·lules es troben en diferents estats de funcionalitat metabòlica i proliferativa: Cèl·lules viables cultivables: mantenen la integritat cel·lular, infecten l'hoste i proliferen donant colònies en plaques de cultiu estàndard. Cèl·lules viables no cultivables (VBNC): bacteris que conserven l'activitat metabòlica i el poder infectiu sobre l'hoste però no es divideixen en medis sòlids de laboratori.

Si una prova molecular dona positiu s'identifiquen, però si el test fallés o fos negatiu, la…