Estudi dels Microorganismes i la Salut

I 90 flashcards i 60 preguntes més al document.

Text del document

Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda UNITAT 1. MICROORGANISMES I SALUT 1. Els microorganismes. El asombroso mundo de lo invisible: Ignacio López-Goñi at TEDx Universidad de Navarra https://www.youtube.com/watch?v=coouybvYb8U Bacteria .Amoeba sisters biology learning https://www.youtube.com/watch?v=ORB866QSGv8&list=PLwL0Myd7Dk1F0iQP Grjehze3eDpco1eVz&t=0 La microbiologia estudia un grup enorme i divers d'organismes microscòpics o microorganismes. Alguns són de naturalesa cel·lular, majoritàriament unicel·lulars, poden arribar a formar associacions (colònies) o ser pluricel·lulars. Altres són de naturalesa acel·lular (de fet aquests no es consideren organismes) 2.

Els microorganismes procariotes Els organismes procariotes són els organismes més antics, els més variats des del punt de vista metabòlic i els que han tingut més temps per evolucionar i viure en tot tipus d'ambients. Han colonitzat tots els hàbitats terrestres, fins i tot els més hostils per a la vida. Actualment hi ha unes 10.000 espècies de 1 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda bacteris identificades1 però es creu que és un percentatge molt petit de les existents. Els organismes de cèl·lula procariota són organismes unicel·lulars tot i que poden viure agrupats formant biopel·lícules o colònies.

Són cèl·lules de dimensions força reduïdes, generalment entre 1-2 μm, tot i que alguns poden ser molt més grans. Presenten una organització cel·lular molt simple. Un citoplasma generalment sense sistemes membranosos interns (orgànuls), El material genètic és ADN i no es troba embolcallat per una membrana per tant no tenen nucli diferenciat. Tenen ribosomes Es caracteritzen també per presentar només reproducció asexual, tot i que tenen mecanismes per la transferència d'informació genètica en horitzontal 2.1. Classificació Durant molts anys tots els organismes procariotes es trobaven classificats en un sol grup taxonòmic, el regne monera.

La teoria més actual (Woese 1990) classifica tots els éssers vius en tres dominis. Aquesta classificació es basa en la la seqüenciació genètica de l'ARN ribosòmic, que és present en totes les cèl·lules i pertany a una estructura molt ben conservada a escala evolutiva com és el ribosoma. 1 https://www.catalogueoflife.org/col/info/totals 2 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Els tres dominis actuals són: domini ARCHAEA de cèl·lula procariota, el domini BACTERIA de cèl·lula procariota i el domini EUKARYA per la resta d'éssers de cèl·lula eucariota.

Segons l'arbre filogenètic obtingut de l'anàlisi genètica, les diferències entre els dos grups de procariotes són tant o més grans que entre els procariotes i eucariotes. Aquesta agrupació filogenètica ha portat a l'abandonament del regne monera que agrupava a totes les cèl·lules procariotes. Cal tenir en compte, però, un altre aspecte: la transferència horitzontal de gens, la transmissió de material genètic mitjançant plasmidis i virus i la fusió de diverses cèl·lules (endosimbiosi) pot haver estat prou comuna com perquè la història primerenca de la vida es representi millor amb una xarxa enredada que no pas amb un arbre ramificat.

En resum, actualment sabem que els dos dominis de procariotes , ARCHEA i BACTERIA, es varen separar en un moment molt primerenc de l'evolució. La simbiosi entre diverses cèlules originà el tercer domini EUKARIA que inclou tots els organismes de cèl·lula eucariota (Teoria endosimbiòntica de Lynn Margulis) 3 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda 2.2. Estructura i morfologia dels bacteris (DOMINI BACTERIA) Font: http://www.escuelapedia.com/estructura-de-las-celulas-procariotas/ 2.2.1. Els embolcalls ( de fora cap a dins) LA CÀPSULA És un embolcall gelatinós format per polisacàrids i polipèptids que presenten alguns bacteris.

Té les funcions de retenir aigua, facilitat l'intercanvi d'ions i ajudar a l'adherència ( fixació al substrat o a altres cèl·lules.) És habitual en bacteris patògens ja que facilita l'adherència a teixits específics i dificulta la fagocitosi per part dels glòbuls blancs. 4 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda LA PARET BACTERIANA És un recobriment rígid (la membrana no ho és) degut bàsicament a una capa de peptidoglicà (mureïna). La presenten tots els bacteris (excepte el grup dels micoplasmes2 ). Dóna forma a la cèl·lula i proporciona protecció davant el xoc osmòtic (evita la mort per turgència).

La paret és imprescindible per la vida del bacteri (alguns antibiòtics com la penicil·lina n'inhibeixen la síntesi). La paret és la responsable de la forma cel·lular dels bacteris. Aquests presenten diverses formes, algunes d'elles són: cocs, bacteris en forma esfèrica bacils, bacteris en forma de bastó vibrions, bacteris en forma de coma espirils i espiroquetes, bacteris en forma d'espiral. Existeixen dos tipus de paret bacteriana diferents. Aquestes es poden diferenciar mitjançant la Tinció de Gram. La tinció de Gram deu el seu nom al bacteriòleg danès Christian Gram, que va desenvolupar la tècnica en 1844.

A partir d'aquesta tinció els bacteris queden tenyits diferent segons l'estructura i composició de la 2 https://www.biologydiscussion.com/cell/mycoplasma/mycoplasma-history-habitat-characters-and-cell-str ucture/23800 5 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda seva paret. . Es tracta d'un mètode de tinció diferencial que permet separar els bacteris en dos grans grups segons si donen positiu o negatiu en l'esmentada tinció. Els bacteris grampositius queden tenyits de color blau-lila i els gramnegatius de color vermell-rosat Tants els uns com els altres tenen peptidoglicà (Mureïna) en la composició de la seva paret cel·lular.

Document: EL PEPTIDOGLICÀ, ESTRUCTURA QUÍMICA La mureïna és un peptidoglicà. És un heteropolisacàrid format per N-acetilglucosamina i Àc. N-acetilmuràmic units amb enllaç O-glucosídic tipus beta. De l'àcid. N-acetil-muràmic en penja un residu de 4 aminoàcids. La mureïna forma cadenes linials que s'uneixen entre elles per mitjà dels aminoàcids tal i com s'aprecia en el dibuix Els bacteris gram positiu tenen una paret gruixuda constituïda bàsicament per peptidoglicà. Presenten petites quantitats d'àcids teïcoics. Els bacteris gram negatiu tenen una paret constituïda per una capa fina de peptidoglicà i una membrana externa complexa.

La membrana externa és un bicapa lipídica composta de fosfolípids a la cara interna i lipopolisacàrids, i lipoproteïnes a la cara externa. També té porines, unes proteïnes que permeten la difusió passiva de substàncies. Entre les dues capes existeix un espai anomenat periplasmàtic. 6 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Font: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49931303 7 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda LA MEMBRANA CITOPLASMÀTICA És una membrana de tipus unitari: una bicapa de fosfolípids i proteïnes que envolta tot el bacteri. No presenta colesterol. Les funcions de la membrana són: a) limitar la cèl·lula b) permetre el transport selectiu.

c) funcions metabòliques: conté enzims relacionats amb el metabolisme de la cèl·lula ( fotosíntesi, respiració, fixació del nitrogen etc.) Estructura i composició de la membrana citoplasmàtica bacteriana Font: https://medium.com/@bscmicronotes/useful-and-point-to-pint-notes-on-prokaryotes-cell-structur e-and-function-8b8f17a6f200 2.2.2. El citoplasma L'interior cel·lular és una dispersió aquosa on s'hi troben moltes substàncies. Vist al microscopi electrònic s'hi observen diverses estructures. Els ribosomes de la cèl·lula procariota es troben dispersos en el seu citoplasma i són més petits (v sedimentació = 70S) que els de les cèl·lules eucariotes (v sedimentació = 80S).

La seva funció és la síntesi de proteïnes o traducció. 8 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Orgànuls: compartiments delimitats per membranes. Són rars, es presenten només alguns bacteris: tilacoides (cianobacteris3 ) , vesícules de gas per surar, etc. Microcompartiments proteics: compartiments molt petits delimitats per proteïnes. Contenen enzims relacionats amb el procés metabolic que s'hi dona, com per exemple els carboxisomes dels cianobacteris (compartiment on es fixa el CO2 durant la fotosíntesi) El citoesquelet dels bacteris està constituït per un entramat de proteïnes.

Intervé en el procés de dirigir els cromosomes cap als pols i garantir la distribució equitativa entre les cèl·lules filles i també intervé en la formació del septe de separació de les dues cèl·lules que origina la divisió. El nucleoide o cromosoma bacterià és constituït per una molècula de DNA (circular o lineal). Generalment en tenen una còpia però n'hi pot haver dues o més. El vibrió del còlera té dues còpies del seu cromosoma. El cromosoma bacterià, és molt 3 Els cianobacteris són bacteris amb fotosíntesi oxigènica com la que realitzen els vegetals.

Es creu que son semblants als bacteris que originaren els cloroplasts 9 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda diferent dels cromosomes eucariotes. Es troba associat a proteïnes però no són histones. Els bacteris poden presentar plasmidis, petits fragments circulars o lineals d'ADN que contenen informació genètica addicional. Es dupliquen independentment del genoma bacterià. Alguns d'ells es poden transferir mitjançant processos de transferència genètica horitzontal (ho veurem més endavant).

Els plasmidis s'utilitzen en biotecnologia com a vectors per introduir gens en cèl·lules i modificar-les genèticament En un mateix bacteri doncs poden conviure diversos cromosomes i diversos plasmidis. Exemple de genoma : Borrelia burgdorferi 10 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda 2.2.3. Altres estructures: flagels i fímbries ELS FLAGELS Els flagels són el mitjà de moviment d'alguns bacteris que viuen en medis aquosos. Els flagels bacterians són més senzills que els undulipodis dels eucariotes. El flagel és rígid i, a diferència dels eucariotes, no té moviment ondulatori sinó que es mou girant en bloc des de la base per acció del corpuscle basal.

Segons la disposició dels flagels reben diferents noms: A.- Monònic B.- Lofòtic C.- Amfític D.- Perític. 11 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda LES FÍMBRIES Les fímbries, pèls o pili són uns filaments curt i rígids implicats en l'adherència i desplaçament sobre superfícies. 2.3. Els arqueobacteris ( DOMINI ARQUEA) Els arquea són organismes unicel·lulars de cèl·lula procariota que tenen una història evolutiva independent i que mostren moltes diferències amb la resta d'éssers vius, motiu per el qual van ser agrupades en un domini separat.

Algunes de les seves característiques són: No sempre tenen paret i si en tenen no és de peptidoglicà Els lípids de la membrana són diferents als de les membranes dels bacteris i eucariotes. Presenten lípids amb enllaços èter que els confereix una resistència molt elevada a temperatures altes. Els enzims implicats en la transcripció i traducció són més semblants a les de la cèl·lula eucariota Tenen metabolismes únics que no trobem en cap altre domini. Utilitzen com a font de C molècules orgàniques i inorgàniques. Extreuen l'energia de reaccions químiques o de la llum. No es coneix cap arquea fotosintètic (fotoautòtrofs). N'hi ha d'aeròbics, d'anaeròbics i anaeròbics facultatius.

El seu material genètic és un única molècula de DNA circular i poden contenir plasmidis transferibles. Els arquea viuen en ambients molt diversos i s'ha estimat que podrien representar un 20% de la biomassa 12 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda terrestre. Són especialment abundants al sòl, als oceans, a les zones pantanoses així com a la flora bacteriana del còlon humà (metanogènics). Alguns arqueus són extremòfils i viuen en ambients hostils amb temperatures molt elevades (termòfils), alta salinitat (halòfils) , medis molt àcids o bàsics4 . No es coneixen arqueus paràsits o patògens. 2.4.

El metabolisme de les cèl·lules procariotes El metabolisme és el conjunt de reaccions químiques que presenten les cèl·lules per extreure i transformar matèria i energia del medi amb la finalitat de realitzar les funcions pròpies de la vida. A diferència de les cèl·lules eucariotes que difereixen molt poc des del punt de vista metabòlic, els bacteris tenen una gran diversitat de metabolismes. Algunes de les raons que podrien explicar aquest fet són la capacitat per intercanviar gens i l'elevada taxa de mutació que els permet modificar els enzims ( són sempre proteïnes) i el metabolisme més ràpidament.

Podem classificar el metabolisme dels bacteris en funció de la font de carboni (matèria) i la font d'energia que utilitzen. Segons la font de carboni: Autòtrofs: La font de carboni és el CO2, una molècula inorgànica.

Heteròtrofs: La font de carboni és una molècula orgànica Segons la font energètica: Fotòtrofs: Utilitzen l'energia lumínica Quimiòtrofs: Utilitzen l'energia química continguda en els enllaços 4 Aquesta resistència a ambients extrems ha convertit els arqueobacteris en el centre d'especulació sobre les possibles propietats de la vida extraterrestre.Aquesta s'ha centrat en la possibilitat que existeixi vida microbial a Mart i fins i tot s'ha arribat a suggerir que podrien viatjar entre planetes en meteorit.

13 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda FONT D'ENERGIA ENERGIA LUMÍNICA ENERGIA QUÍMICA FONT DE CARBONI MATÈRIA ORGÀNICA FOTOHETERÒTROFS QUIMIOHETERÒTROFS MATÈRIA INORGÀNICA FOTOAUTÒTROFS QUIMIOAUTÒTROFS Respecte l'ús d'oxigen els procariotes també presenten diferents metabolismes: Organismes aerobis: l'oxigen és necessari per dur a terme el seu metabolisme. Organismes anaerobis: Anaerobis estrictes no utilitzen l'oxigen i els és tòxic. Anaerobis facultatius: només utilitzen metabolisme anaerobic en absència d'oxigen (fermentacions), en presència d'oxigen tenen un metabolisme aeròbic molt més eficient . 2.5.

La reproducció de les cèl·lules procariotes La cèl·lula procariota només té reproducció asexual. En condicions òptimes poden dividir-se cada 20 minuts. Cicle cel·lular bacterià Fase I ( o B) : És la fase del creixement del bacteri. Ve determinada per la presència de nutrients al medi. Fase C: Fase on es replica el cromosoma bacterià. Fase D: Un cop acabada la replicació, les dues molècules de DNA es separen i apareix un septe (membrana i paret) entre elles generant dues cèl·lules independents.

Aquest tipus de reproducció s'anomena escissió binària o bipartició 14 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Els bacteris poden presentar formes de resistència que alhora serveixen per a la seva reproducció i dispersió. Quan les condicions són desfavorables alguns bacteris formen espores que poden persistir anys en condicions adverses. Una espora conté el material genètic, una petita part de citoplasma deshidratat i cobertes externes de protecció. Quan les condicions són favorables, en hidratar-se es trenquen les cobertes externes i es recupera la cèl·lula.

Les espores són molt resistents a les altes temperatures i als agents químics, per això són més difícils d'eliminar quan volem esterilitzar algun material o eliminar bacteris dels aliments. Animació sobre la formació d'espores en bacteris: Document Coloured scanning electron micrograph (SEM) of Bacillus anthracis, vegetative stage and spore formation. Note the spores forming in the vegetative cell. Bacillus anthracis is a Gram-positive, encapsulated, spore-forming, zoonotic, rod prokaryote. It most commonly occurs in wild and domestic lower vertebrates (cattle, sheep, goats, and other herbivores), but it can also occur in humans when they are exposed to infected animals or tissue.

In humans it causes the acute infectious disease, anthrax which can lead to septicaemia and death if left untreated. Bacillus anthracis spores can live in the soil for many years. Human anthrax has three major clinical forms: cutaneous, inhalation, and gastrointestinal. Cutaneous anthrax is a result of introduction of the spore through the skin; inhalation anthrax through the respiratory tract; and gastrointestinal anthrax by ingestion. Magnification: x2,200 when shortest axis printed at 25 millimetres Font: https://www.sciencephoto.com/media/798635/view/bacillus-anthracis-sem 15 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda 2.6.

Mecanismes de transferència genètica horitzontal Els bacteris només es reprodueixen asexualment, per tant la reproducció origina descendents genèticament idèntics als progenitors. Per contra, presenten una gran variabilitat genètica i una gran plasticitat que els permet adaptar-se ràpidament als canvis ambientals. Aquesta característica es deguda a la gran taxa de mutació que tenen però també a que presenten mecanismes de transferència genètica horitzontal Aquests mecanismes consisteixen en la transferència de material genètic entre cèl·lules de la mateixa espècie o fins i tot entre espècies diferents. Els bacteris que adquireixen gens nous presentaran característiques diferents.

Per exemple poden canviar els seus requeriments nutritius, presentar o no càpsula o fer-se resistents a un determinat antibiòtic. La transferència horitzontal tindrà un impacte biològic si l'ADN transferit té capacitat per replicar-se de manera autònoma o bé integrar-se al cromosoma bacterià i per tant passar a la descendència.

Tant plasmidis com altres tipus de material genètic poden acabar formant part del genoma bacterià de dues maneres diferents: a) Recombinació additiva: L'ADN presenta petites regions homòlogues que poden recombinar-se i com a conseqüència un fragment d'ADN nou s'integra al cromosoma b) Recombinació substitutiva : quan hi ha recombinació genètica de fragments d'ADN homòlegs.

16 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda La transferència genètica horitzontal és un procés omnipresent que ocorre en comunitats bacterianes presents en entorns com el sòl, les superfícies de les plantes, l'aigua i les aigües residuals, així com en biopel·lícules i comunitats bacterianes associades amb hostes vegetals o animals. Dins d'aquests nínxols, la transferència horitzontal facilita l'adaptació de les soques bacterianes mediant la propagació de propietats metabòliques avantatjoses, com ara l'estil de vida simbiòtic, la virulència o la resistència als metalls pesants i als antimicrobians. Per tant, és un factor principal en l'evolució ràpida dels genomes bacterians.

Clàssicament es coneixen tres mecanismes de transferència genètica entre bacteris: la transformació, la conjugació i la transducció. Darrerament també s'ha descrit transferència a través de vesícules. La transformació: Ĺa transformació és la captació de fragments d'ADN del medi provinent de bacteris morts. Aquest fenomen va ser descrit l'any 1928 per Frederick Griffith5 en el bacteri Streptococcus pneumoniae, i va ser l'any 1944 que Oswald Avery i els seus col·laboradors van demostrar que el principi transformant era l'ADN. La recombinació genètica d'aquest material amb el propi del bacteri farà que incorpori noves característiques.

La recombinació per tant es podueix en zones de ADN homòleg a l'incorporat. Les cèl·lules que són capaces de patir transformació s'anomenen competents . 5 Experiment de Griffith https://es.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/cla ssic-experiments-dna-as-the-genetic-material 17 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda No tots els bacteris poden fer la transformació de manera natural. A partir dels anys 70 es van desenvolupar tecnologies que permeten que qualsevol bacteri incorpori material genètic de l'exterior (transformació artificial).

Aquesta metodologia ha estat un dels fonaments per la tecnologia de l'ADN recombinant que permet aconseguir organismes modificats genèticament. La conjugació És un mecanisme de transferència de material genètic que requereix el contacte físic entre cèl·lules a través de la formació d'un agregat de conjugació. La conjugació consisteix en la transferència d'un plasmidi o d'una regió del cromosoma d'un bacteri (que anomenem bacteri donador o F+) a un altre de la mateixa espècie o d'una espècie diferent (que anomenem bacteri receptor o F-). L'agregat de conjugació es forma de manera diferent segons si són bacteris gram positiu o negatiu.

Els bacteris gram negatiu tenen plasmidis amb gens que codifiquen per la formació d'un pèl que interacciona amb la cèl·lula receptora . Això fa que les cèl·lules s'acostin i es formi l'agregat de conjugació. Una proteïna és l'encarregada de guiar el nou ADN cap a dins la cèl·lula. ( L'ADN no entra a través del pèl o pili com s'havia cregut durant molt temps). 18 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda En el cas dels bacteris gram positius, les cèl·lules receptores fabriquen uns pèptids (feromones) que atrauen als bacteris amb plasmidis conjugatius que són els que tenen receptors per percebre les feromones. Les dues cèl·lules formen l'agregat conjugariu i l'ADN pot ser transferit.

El DNA transferit entra en forma de cadena senzilla ( 1 cadena de nt). Un cop dins la cèl·lula receptora es copia la cadena complementària. A partir d'aquí poden succeir diferents situacions: a) El plasmidi adquirit por quedar sense integrar i té capacitat per replicar-se. b) El plasmidi adquirit pot integrar-se per recombinació aditiva al genoma bacterià i en qualsevol moment desintegrar-se. c) El plasmidi del bacteri pot integrar-se al cromosoma bacterià i fer que es pugui transferir una part o tot el cromosoma bacterià a una altra cèl·lula. (S'anomenen cèl·lules Hfr high frequency recombination).

En aquest cas els fragments de cromosoma bacterià un cop transferits poden patir recombinació substitutiva amb les regions homòlogues del cromosoma bacterià de la cèl·lula receptora. 19 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Els agregats també es poden formar de manera espontània quan hi ha unan gran concentració de bacteris al medi. https://youtu.be/hm8SZaFmlWg 20 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda La transducció : La transducció és la transferència d'ADN d'un bacteri a un altre, utilitzant un virus bacteriofag6 com a vehicle transmissor (vector). Els bacteriòfags ( o fags) que contenen l'ADN d'una cèl·lula bacteriana s'anomenen partícules transductants.

Hi ha dos tipus de particules transductans ( virus) i dos tipus diferents de transducció: a) Transducció generalitzada. Les partícules trasnductants contenen només material genètic del bacteri infectat. Es produeix quan els virus fan un cicle lític i erroniament s'empaqueta parts del cromosoma bacterià dins les càpsides dels virus. Es pot transferir qualsevol part del genoma bacterià b) Transducció especialitzada: es produeix amb virus que tenen cicle lisogènic. Aquests són capaços d'integrar-se al cromosoma bacterià. En desintegrar-se poden arrossegar part del material genètic adjacent del cromosoma del bacteri.

Aquí les partícules transductants ( els nous virus) contindran una molécula d'ADN híbrida amb ADN víric i ADN bacterià. Quan el virus infecti un nou bacteri es podrà produir recombinació amb les zones homòlogues del nou bacteri. 6 Virus que infecta cèl·lules bacterianes. 21 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Transducció general https://youtu.be/txSq-7BchUQ Transducció especialitzada https://youtu.be/ZxbPYekSTLg La transferència a través de vesícules Els bacteris gram positius i negatius tenen capacitat per secretar vesícules que contenen diferents tipus de molècules, entre elles fragments d'ADN i plasmidis.

Aquestes vesícules poden ser reabsorbides per altres bacteris de la mateixa o d'altres espècies. Així doncs també hi pot haver transferència horitzontal a través de vesícules. 22 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda 2.7. Antibacterians i antibiòtics Els compostos antibacterians són substàncies que frenen el creixement dels bacteris (bacteriostàtics) o bé els maten ( bactericida). Els antibiòtics són compostos naturals , sintetitzats i secretats per bacteris i fongs amb la finalitat d'inhibir el creixement dels seus competidors ( altres bacteris).

La penicil·lina és un antibiòtic sintetitzat per el fong Penicillium notatum, aquest compost inhibeix la síntesi del peptidoglicà de la paret bacteriana. L'estreptomicina prové d'un grup de bacteris del gènere Streptomyces i actúa inhibint la síntesi de proteïnes. Alguns antibiòtics són semisintètics, és a dir, s'han construït modificant modificant els antibiòtics naturals. L'amoxicil·lina és una penicil·lina semisintètica D'altra banda hi ha antibacterians o quimioteràpics ( popularment també els anomenem antibiòtics) que són artificials, han estat sintetitzats en laboratoris. La Vancomicina n'es un exemple. Són substàncies que s'utilitzen per combatre infeccions produïdes per bacteris.

La penicil·lina ha estat el primer antibiòtic àmpliament utilitzat en medicina. El seu descobriment va ser accidental quan A. Flemming treballava amb cultius de bacteris i aquests es van contaminar amb un fong que va inhibir-ne el seu creixement. Actualment s'utilitzen molt antibiòtics, la majoria sintètics i semisintètics. El seu mecanisme d'acció es la interacció amb una molècula (diana) de la que n'inhibeix la seva funció. L'efecte és aturar algun procés de la cèl·lula procariota que no afecti a les nostres cèl·lules com per exemple, la síntesi o estabilitat de la paret bacteriana, la replicació o l'expressió de l'ADN bacterià entre d'altres.

La mort de les cèl·lules bacterianes té lloc quan es produeix la degradació del seu cromosoma o la desorganització dels seus embolcalls. En canvi, la inhibició de la síntesi de proteïnes o de ARN no té generalment un efecte letal. 23 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda La resistència als antibiòtics Després d'anys d'ús ( i abús) dels antibiòtics , han aparegut resistències, és a dir els antibiòtics han deixat de tenir efecte sobre molts bacteris. Els tractaments amb antibiòtics no són la causa de l'aparició de resistències.

De fet ja existien espècies resistents, però en un medi on abunden els antibiòtics la selecció positiva (selecció natural) ha afavorit l'augment d'aquesta característica. Recordem, a més, la gran plasticitat que tenen els bacteris per adaptar-se a canvis del medi degut a la alta taxa de mutació i a la capacitat de transferència genètica horitzontal. Això fa que haguem d'utilitzar nous antibiòtics constantment per a la lluita d'infeccions que ja no es poden resoldre amb antibiòtics d'ús més generalitzat. Hi ha tres mecanismes de resistència als antibiòtics a) Manca de diana. Hi ha espècies bacterianes resistents a un determinat antibiòtic per la falta de diana.

És el cas, per exemple, dels micoplasmes que no tenen paret bacteriana i per tant són resistents a la penicil·lina i als seus derivats semisintètics. La penicil·lina actúa inhibint la síntesi de peptidoglicà de la paret bacteriana. b) Mutacions en la diana: Els bacteris tenen taxa de mutació molt elevada, hi ha moltes possibilitats de que aparegui una resistència perquè la diana ( proteïna ) ha mutat i l'antibiòtic no hi pot interaccionar c) El bacteri té un gen , que generalment es troba en els plasmidis, que codifica per un enzim que inactiva l'antibiòtic. Aquest tipus de resistència afecta principalment a antibiòtics naturals.

Aquest gens ja existien a la natura, donat que existeixen organismes que sintetitzen antibiòtics ( coevolució). Aquest tipus de resistències es poden transferir de manera molt ràpida a través dels plasmidis i són, de fet, les mes preocupants des del punt de vista epidemiològic. https://canalsalut.gencat.cat/ca/detalls/article/resistencia-antibiotics La fi dels antibiòtics. TV3 30' https://www.ccma.cat/3cat/la-fi-dels-antibiotics/video/5712853/ 24 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda 3. L'organització acel·lular: virus, viroides i prions 3.1. Els virus Els virus són partícules microscòpiques sense organització cel·lular.

Dmitri Ivanovsky demostrà la seva existència el 1892, però no els vam poder veure fins més tard ja que són tan petits que només es poden veure al microscopi electrònic. Els virus no tenen metabolisme. Són paràsits intracel·lulars obligats. Utilitzen la maquinària metabòlica d'altres cèl·lules (animals, vegetals o bacteris) per replicar-se i fer nous virus. Els virus són específics, alguns més que d'altres, de manera que cada virus utilitza (infecta) un determinat tipus de cèl·lula hoste. L'especificitat fa referència tant a l'espècie com el tipus cel·lular que utilitzen. 3.1.1. Estructura Quan el virus es troba al medi, fora de la cèl·lula hoste l'anomenem virió.

Aquest té una estructura molt senzilla La càpsida La càpsida està formada per unes un unitats anomenades capsòmers, unes proteïnes globulars que poden tenir una part glucídica. Són codificades per 25 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda gens del virus i un cop sintetitzades per la cèl·lula hoste s'acoblen englobant el genoma del virus i originant nous virions. Segons la forma de la càpsida els virus poden ser de diversos tipus. Tot i que poden tenir formes molt diverses alguns exemples són: Virus helicoïdals solen tenir ARN com a material genètic.

Els capsòmers formen una estructura helicoïdal al voltant de l'ARN (virus del mosaic de tabac, SARS-CoV-2) Virus icosaèdrics : Els capsòmers formen un icosaedre que conté el material genèric en el seu interior ( virus de la poliomielitis, virus de hepatitis i rhinovirus) Virus complexes: és la càpsida que presenten els fags. Té una estructura per injectar el material genètic a través dels embolcalls del bacteri. Embolcall lipídic Alguns virus animals presenten un embolcall lipídic que prové de la membrana cel·lular de la cèl·lula hoste fortament modificada que conté proteïnes codificades pel virus.

( virus del grip, coronavirus, VIH) 26 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda El material genètic víric Em material genètic d'un virus conté pocs gens, només aquells que són necessaris per a la seva replicació i que la cèl·lula no té. Hi ha codificades les proteïnes víriques i alguns enzims específics. El material genètic víric pot ser ADN, ARN, mono o bicaterari, circular o lineal. Els virus no són éssers vius i no tenen nom científic ni pertanyen a cap regne o domini.

La classificació més acceptada pels virus és la del biòleg David Baltimore (1975) que classifica els virus segons el tipus de material genètic, la forma en que es generen els ARN missatgers ( per la síntesi de proteïnes víriques) i la manera com es sintetitza l'àcid nucleic víric.

CLASSIFICACIÓ DE BALTIMOR Virus amb DNA Grup I: virus d'ADN bicatenari o dsDNA Grup II: virus d'ADN monocatenari o ssDNA Virus amb ARN Grup III: virus d'ARN bicatenari o dsRNA Grup IV: virus d'ARN monocatenari positiu o (+)ssRNA Grup V: virus d'ARN monocatenari negatiu o (-)ssRNA Grup VI: virus d'ARN monocatenari amb transcriptasa inversa ( retrotranscrit)o ssRNA-RT Grup VII: virus d'ARN bicatenari amb transcriptasa inversa ( retrotranscrit) o dsRNA-RT 27 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Estructura del coronavirus 3.1.2. Fisiologia i replicació Els virions són partícules totalment inerts al medi.

Quan entren en contacte amb la cèl·lula hoste adequada la reconeixeran, la infectaran i la utilitzaran per multiplicar-se. Els virus poden tenir dos cicles de replicació: CICLE LÍTIC i el CICLE LISOGÈNIC EL CICLE LÍTIC Fase d'adsorció o fixació Consisteix en la fixació del virió a la membrana de la cèl·lula hoste. El virió disposa de lligands a la seva càpside o en el seu embolcall capaços d'unir-se als receptors de la cèl·lula hoste. L'associació entre els lligants del virus i els receptors de l'hoste és el que determina l'especificitat entre l'un i l'altre.

Fase de penetració o injecció Els virus que afecten a vegetals penetren tots sencers a través de ferides de la planta o través d'insectes. En el cas de virus animals nus penetren directament entremig dels fosfolípids de la membrana o bé poden entrar per endocitosi. Si els virus tenen embolcall lipídic es fusiona amb la membrana de l'hoste i el virus entra nu a la cèl·lula. 28 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda En el cas dels virus bacteriòfags la càpside no entra sinó que s'injecta el material genètic. Fase d'alliberament del material genètic o despullament Una vegada ha entrat el virus, el material genètic del virus ha de ser alliberat.

La càpsida es degrada per enzims de l'hoste o del mateix virus. Fase d'eclipsi o de síntesi En aquesta fase el virus pren el control de la maquinària cel·lular. Durant aquesta fase es sintetitzen les proteïnes víriques i es replica el material genètic del virus. Diem que el virus es troba en fase d'eclipsi ja que en una preparació amb el microscopi electrònic no s'apreciaria res d'anormal en les cèl·lules afectades. Segons quina sigui la naturalesa del material genètic del virus hi haurà diferències en el mecanisme de síntesi.

Fase de maduració o assemblatge En aquesta etapa es produeix la unió dels capsòmers (assemblatge) per formar la càpsida que contindrà també el material genètic víric i en algun cas, altres components (enzims) . Un cop formats els virions hi poden haver modificacions de les proteïnes víriques ( com en el cas del VIH) o fins i tot retrotranscripció (com el virus de l'hepatitis) Fase d'alliberament L'alliberament dels virions pot ser explosiu i lisar la cèl·lula com és el cas de la majoria de virus o bé poden sortir per exocitosi (gemmació) com és el cas dels virus embolcallats. Val a dir que en aquest darrer cas la cèl·lula també acaba morint degut a que la multiplicació vírica és molt alta.

CICLE LISOGÈNIC Després d'entrar a la cèl·lula no comença la fase de síntesi. El material genètic víric queda integrat al genoma de la cèl·lula on pot romandre durant molt de temps (provirus o profag). Si la cèl·lula es divideix les cèl·lules descendents també portaran el provirus. El provirus (profag en el cas dels bacteriòfags) es manté latent fins que algun factor ambiental activa al virus i continua al cicle 29 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda lític. Aquest factor pot ser un canvi brusc de temperatura, d'oxigen o una determinada càrrega viral en el VIH.

https://www.technologynetworks.com/immunology/articles/lytic-vs-lysogenic-und erstanding-bacteriophage-life-cycles-308094 3.1.3. Origen dels virus Hi ha tres hipòtesis que expliquen el possible origen dels virus: 1. Hipòtesi progressiva 2. Hipòtesi regressiva 3. Hipòtesi virus primer. Llegir article del Nature Education. https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origins-of-viruses-14398218/ 3.2. Els viroides Els viroides són els agents patògens més petits que els virus. Són petites molècules d'ARN monocatenari i circular sense càpsida. La seva forma extracel·lular consisteix en un ARN nu.

L'ARN adopta una estructura 30 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda secundària que sembla un ADN bicatenari. El seu ARN no funciona com a ARN missatger ni tampoc conté informació per traduir-lo a enzims que participin en la seva replicació. Per tant, els viroides depenen totalment del metabolisme de la cèl·lula hospedadora per a la seva replicació. Són els causants d'importants malalties en plantes, com l'exocortis dels cítrics o el cadang-cadang de la palmera cocotera. 3.3. Els prions Els prions són proteïnes amb capacitat infecciosa que provoquen malalties en animals i en humans del tipus encefalopaties. Aquestes proteïnes es troben ancorades a la membrana plasmàtica.

El prió és una forma alterada de la proteïna funcional. El prió però té la capacitat de transformar la proteïna funcional en un nou prió. L'aparició o entrada doncs del prió en un organisme fa que es vagi transformant la proteïna funcional en nous prions d'una manera molt ràpida produint la neurodegeneració. Es coneixen un pocs prions: Malaltia espongiforme bovina (malaltia de les vaques boges) i la seva versió humana (malaltia de Jacob Creutzfeldt), el kuru detectat en humans a Guinea Papua o l' Scrapie en animals de llana.

31 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda http://highered.mheducation.com/sites/9834092339/student_view0/chapter27/pr ion_diseases.html http://www.prionalliance.org/2013/11/26/what-are-prions/ 4. Les malalties infeccioses 4.1. Concepte de malaltia infecciosa Una malaltia és un estat alterat del funcionament normal de l'organisme. Si la malaltia és produïda per un microorganisme , un virus o fins i tot un prió transmissible aleshores la considerem infecciosa. La característica més important de les malalties infeccioses es que es poden contagiar. Els microorganismes que produeixen malalties els anomenem patògens .

La seva patogenicitat és la capacitat per produir alteracions en l'organisme, i la seva virulència la intensitat en que produeix aquests canvis. La virulència d'un patogen ve determinada per la capacitat de colonitzar superfícies corporals, teixits o òrgans i generar lesions en aquestes parts de l'organisme. En el cas dels bacteris és deguda a la seva invasió però també a la presència d'enzims i toxines que degraden i maten les nostres cèl·lules Les infeccions produeixen també símptomes, que poden arribar a ser molt greus, deguts a la reacció del nostre sistema immunitari ( inflamació, febre, etc.) 4.2.

Vies de transmissió Les vies de transmissió o contagi de les malalties infeccioses poden ser directes o indirectes. DIRECTES: existeix un contacte directe entre els dos hostes.

A través de secrecions : mucositats, saliva, etc 32 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda ITS : infeccions de transmissió sexual Via materno-fetal INDIRECTE: el patogen es troba al medi i no cal un contacte directe entre els dos hostes .A través de l'aigua, l'aire, objectes ( agulles coberts, tovalloles) o vectors ( mosquits ) Zoonosis ( malalties que ens transmeten els animals, ells també la pateixen (grip aviària, ràbia) Vectors : transmeten la malaltia però no la pateixen tot i que pot donar-s'hi una part del seu cicle vital.( malària) 4.3.

Situacions especials: epidèmies, pandèmies i endèmies Parlem de situacions especials quan una malaltia infecciosa té una gran incidència en la població. Epidèmia : una malaltia infecciosa afecta un nombre elevat de persones però de manera transitòria, sol ser estacional.

Exemple: Grip (es parla de brots epidèmics quan es dona una incidència gran en un lloc concret, per exemple un brot de xarampió en una escola o ciutat) Endèmia: una malaltia afecta un nombre elevat de persones en una àrea geogràfica concreta on es donen les condicions per a la seva transmissió Exemple: malària, on només es dona en la zona geogràfica on viu el mosquit que li fa de vector) Pandèmia una malaltia afecta un gran nombre de persones en una àrea geogràfica molt extensa , fins i tot mundial. Exemple: la SIDA ( des de 1985), La Covid19 (2020). 4.4.

Exemples de malalties infeccioses humanes Les malalties humanes conegudes poden ser causades per virus i prions, bacteris, fongs o bé protozous .

Exemples de malalties 33 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Causades per virus: Causades per bacteris: 34 Biologia 2n de Batxillerat Jus López Bugeda Causades per fongs Candidiasi Candida albicans (i altres espècies del gènere Candida) Aspergil·losi Aspergillus fumigatus (i altres espècies del gènere Aspergillus) Dermatofitosi (o tinya) Diversos fongs dermatòfits, com ara Trichophyton, Microsporum, i Epidermophyton Causades per protozous Malària Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae i Plasmodium knowlesi Toxoplasmosi Toxoplasma gondii 35