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Clasificación, estructura
y replicación de las bacterias
L
as bacterias, que son las células más pequeñas, sólo se
pueden visualizar con ayuda de un microscopio. Las
bacterias de menor tamaño (Chlamydia y Rickettsia) miden
sólo 0,1-0,2 mm de diámetro, mientras que las bacterias más
grandes pueden alcanzar varias micras de longitud. Una es-
pecie recientemente descrita es cientos de veces mayor que
las células bacterianas promedio y se puede ver a simple vista.
Sin embargo, la mayoría de las especies miden aproximada-
mente 1 mm de diámetro y sólo se visualizan con el micros-
copio óptico, cuya resolución es 0,2 mm. En comparación, las
células de las plantas y los animales son mucho más grandes,
y oscilan entre 0,7 mm (el diámetro de un eritrocito) y varios
metros (la longitud de algunas células nerviosas).
DIFERENCIAS ENTRE EUCARIOTAS
Y PROCARIOTAS
Las células de los animales, las plantas y los hongos son eucariotas
(palabra de origen griego que significa «núcleo verdadero»), mien-
tras que las bacterias, las archaea y las algas azul-verdosas son
miembros de las procariotas (del griego «núcleo primitivo»). Las
archaea (arqueobacterias) se asemejan a las bacterias en muchos
aspectos pero representan un dominio único desde las bacterias
y eucariotas. Además de carecer de núcleo y organelas, el cromo-
soma bacteriano se distingue del humano en varios aspectos. El
cromosoma de una bacteria típica, como Escherichia coli, es una
molécula única circular con dos cadenas de ácido desoxirribonu-
cleico (ADN), que contiene aproximadamente unos 5 millones
de pares de bases (o 5.000 pares de kilobases [kb]) y tiene una
longitud aproximada de 1,3 mm (es decir, casi 1.000 veces el diá-
metro de la célula). Los cromosomas bacterianos más pequeños
son los de los micoplasmas, que miden aproximadamente la cuar-
ta parte de este valor. En comparación, los seres humanos tienen
dos copias de 23 cromosomas, lo que representa unos 2,9 × 10
9
pares de bases y 990 mm de longitud. Las bacterias emplean
un ribosoma de menor tamaño, el ribosoma 70S, y en la mayor
parte de las bacterias existe una pared celular constituida por
peptidoglucanos que rodea a modo de entramado las membranas
para protegerlas del entorno. Las bacterias pueden sobrevivir y, en
algunos casos, crecer en entornos hostiles, en los que la presión
osmótica en el exterior de la célula es tan baja que la mayor parte
de las células eucariotas se lisarían, con temperaturas extremas
(tanto cálidas como frías), en ambientes secos y en presencia
de fuentes de energía muy diluidas y diversas. Las bacterias han
sufrido cambios en la estructura y función para adaptarse a estas
condiciones. La
figura 12-1 muestra éstas y otras características
distintivas, que se resumen también en la
tabla 12-1. Varias de
estas diferencias son la base para la acción de los antimicrobianos.
CLASIFICACIÓN BACTERIANA
Las bacterias se pueden clasificar según su aspecto macros-
cópico y microscópico, por el crecimiento y las propiedades
metabólicas características, por su antigenicidad y, por último,
por su genotipo.
Distinción macroscópica y microscópica
La distinción inicial entre las bacterias se puede realizar en
función de las características de crecimiento en distintos nu-
trientes y medios de cultivo selectivos. Las bacterias crecen
en colonias y cada una de ellas equivaldría a una ciudad con
un millón de organismos o más. La suma de sus características
condiciona los rasgos que definen a una colonia, como su color,
tamaño, forma u olor. La capacidad de resistir frente a deter-
minados antibióticos, de fermentar azúcares específicos (p. ej.,
la lactosa que permite distinguir E. coli de Salmonella), de
lisar los eritrocitos (capacidad hemolítica) o de hidrolizar los
lípidos (p. ej., la lipasa de los clostridios) se puede determinar
también mediante el uso de los medios de cultivo adecuados.
El aspecto microscópico, incluido el tamaño, la forma
y la configuración de los gérmenes (cocos, bacilos, curvos,
espirales), y la capacidad de captar la tinción de Gram
(grampositivos o gramnegativos) son el principal modo de
distinguir las bacterias. Una bacteria esférica, como Staphy-
lococcus, es un coco, mientras que una bacteria en forma de
bastón, como E. coli, es un bacilo; el treponema que adopta
una forma serpenteante es un espirilo. Además, Nocardia y
Actinomyces tienen un aspecto filamentoso ramificado similar
a estos hongos. Algunas bacterias forman agregados, como los
cúmulos a modo de racimos de uvas de Staphylococcus aureus
o los diplococos (dos células juntas) que se observan en las
especies de Neisseria o Streptococcus.
La tinción de Gram es una prueba rápida, potente y senci-
lla que permite al clínico distinguir entre dos clases fundamen-
tales de bacterias, establecer un diagnóstico inicial e iniciar el
tratamiento basándose en las diferencias inherentes entre las
bacterias (
fig. 12-2). Las bacterias se fijan con calor o se dejan
secar sobre el porta, se tiñen con violeta cristal (
fig. 12-3),
que es un colorante que se precipita con yodo, y después se
elimina el exceso de colorante y el no ligado lavando el porta
con un decolorante cuya base es la acetona y con agua. Se
añade después un contraste, la safranina, para teñir las células
decoloradas. Este proceso se realiza en menos de 10 minutos.
Las bacterias grampositivas se tiñen de morado porque
el colorante queda atrapado en una gruesa capa de peptido-
glucanos a modo de malla entrelazada, que rodea a la célula.
Las bacterias gramnegativas tienen una capa de peptido-
glucanos más delgada, que no retiene el violeta cristal, de
forma que las células se tiñen con la safranina empleada como
contraste y se ven rojas (
fig. 12-4). Se puede establecer la
regla nemotécnica: «púrpura es positivo».
Dada la degradación de los peptidoglucanos, la tinción
de Gram no se considera fiable para bacterias que están sin
nutrientes (es decir, cultivos antiguos o en fase estacionaria) o
que han sido tratadas con antibióticos. Las bacterias que no se
pueden clasificar en función del resultado con el Gram inclu-
yen las micobacterias, que tienen una cubierta externa de tipo
110 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
céreo y que se distinguen bien con la tinción de ácido-alcohol
resistencia, y los micoplasmas, que no tienen peptidoglucanos.
Diferencia metabólica, antigénica y genética
El siguiente nivel de la clasificación depende de las caracterís-
ticas metabólicas de las bacterias, incluidas la necesidad de
un entorno aerobio o anaerobio, la exigencia de nutrientes
específicos (p. ej., la capacidad de fermentar hidratos de
carbono específicos o emplear distintos compuestos como
fuentes de carbonos para el crecimiento) y la producción
de productos metabólicos característicos (ácidos, alcoholes)
y enzimas específicas (p. ej., catalasas de los estafilococos).
Se han desarrollado técnicas automatizadas para distinguir
entre las bacterias entéricas y de otro tipo, que analizan el
crecimiento en distintos medios de cultivo y sus productos
microbianos y adjudican un biotipo numérico a cada bacteria.
Una cepa concreta de bacterias se puede distinguir me-
diante el uso de anticuerpos que detectan antígenos caracte-
rísticos en la misma (serotipado). Estas pruebas serológicas se
pueden emplear también para identificar organismos difíciles
(Treponema pallidum, el germen responsable de la sífilis) o
demasiado peligrosos (p. ej., Francisella, el germen responsa-
ble de la tularemia) para cultivarlos en el laboratorio, que se
asocian a un síndrome patológico específico (p. ej., el seroti-
po O157:H7 de E. coli responsable de la colitis hemorrágica) o
que se deben identificar con gran rapidez (p. ej., Streptoco-
ccus pyogenes, responsable de la faringitis estreptocócica). El
serotipado se emplea también para subdividir a las bacterias
por debajo del nivel de la especie con fines epidemiológicos.
El método más exacto para clasificar a las bacterias es el
análisis de su material genético. Los nuevos métodos dis-
tinguen las bacterias mediante la detección de secuencias
del ADN características específicas. Entre estas técnicas se
incluyen la hibridación del ADN, la amplificación mediante
reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y otras técnicas
relacionadas, que se describen en el
capítulo 5. Estas técni-
cas genéticas no necesitan gérmenes vivos o en crecimiento
y se pueden emplear para la detección e identificación rápida
de gérmenes de crecimiento lento, como micobacterias y
hongos, o para el análisis de muestras patológicas, incluso de
cepas muy virulentas. Ahora se dispone de esta tecnología
para el análisis rápido de las secuencias de ácidos nucleicos
de segmentos específicos dentro de todo el cromosoma de
la bacteria. La aplicación más frecuente de esta técnica es el
análisis de secuencias de ADN ribosómico para detectar las
secuencias muy conservadas que distinguen a una familia o
género y las secuencias altamente variables que caracterizan
a la especie o subespecie. También se han empleado para
definir la relación evolutiva entre los gérmenes e identificar
Figura 12-1 Principales características de los procariotas y los eucariotas.
Tabla 12-1 Principales características de los eucariotas y los procariotas
Características Eucariotas Procariotas
Principales grupos Algas, hongos, protozoos, plantas, animales Bacterias
Tamaño (aproximado)
>5 mm
0,5-3 mm
Estructuras del núcleo
Núcleo Membrana nuclear clásica Sin membrana nuclear
Cromosomas Cadenas de ADN. Genoma diploide ADN único y circular. Genoma haploide
Estructuras del citoplasma
Mitocondrias Presentes Ausentes
Aparato de Golgi Presente Ausente
Retículo endoplasmático Presente Ausente
Ribosomas (coeficiente de sedimentación)
80S (60S + 40S) 70S (50S + 30S)
Membrana citoplásmica Contiene esteroles No contiene esteroles
Pared celular Presente en los hongos; ausente
en los demás eucariotas
Es una estructura compleja formada por proteínas,
lípidos y peptidoglucanos
Reproducción Sexual y asexual Asexual (fisión binaria)
Movimiento Flagelos complejos, si existen Flagelos simples, si existen
Respiración Vía mitocondrial A través de la membrana citoplásmica
Modificada de Holt S. En Slots J, Taubman M, editores: Contemporary Oral Microbiology and Immunology. St. Louis, 1992, Mosby.
CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS 111
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aquellos que resulta difícil o imposible cultivar. Se han em-
pleado diversos métodos adicionales, sobre todo para clasi-
ficar subespecies de microorganismos para la investigación
epidemiológica, como el análisis de plásmidos, el ribotipado
y el análisis de los fragmentos de ADN cromosómico. En
estos últimos años se han simplificado los aspectos técnicos
de estos métodos, hasta el punto de que la mayor parte de
los laboratorios clínicos emplean variaciones de los mismos
en su práctica diaria.
ESTRUCTURA BACTERIANA
Estructuras citoplásmicas
El citoplasma de la célula bacteriana contiene ADN cromo-
sómico, ARN mensajero (ARNm), ribosomas, proteínas y
metabolitos (v.
fig. 12-4). A diferencia del cromosoma de
los eucariotas, el cromosoma bacteriano se compone de una
única molécula circular de doble cadena que no está conte-
nida en un núcleo, sino en una zona definida conocida como
Figura 12-2 Comparación de la pared celular de las bacterias grampo-
sitivas y gramnegativas. A, Una bacteria grampositiva posee una gruesa
capa de peptidoglucano que contiene ácidos teicoico y lipoteicoico. B, Una
bacteria gramnegativa posee una capa de peptidoglucanos delgada y una
membrana externa que contiene lipopolisacáridos, fosfolípidos y proteínas.
El espacio periplásmico existente entre la membrana citoplásmica y la mem-
brana externa contiene las proteínas de transporte, degradación y síntesis
de la pared celular. La membrana externa está unida a la membrana citoplás-
mica en unos puntos de adhesión; asimismo, está fija al peptidoglucano por
enlaces de lipoproteínas.
Figura 12-3 Morfología de las bacterias según la tinción de Gram.
A, En las bacterias grampositivas, el cristal violeta de la tinción de Gram es
fijado por la solución yodada y atrapado en la gruesa capa de peptido-
glucano. El decolorante se disemina por la membrana externa gramne-
gativa y elimina el cristal violeta de la capa delgada del peptidoglucano.
Las bacterias gramnegativas se visualizan mediante el colorante de
contraste rojo. B, Morfología de las bacterias.
Figura 12-4 Bacterias grampositivas y gramnegativas. Una bacteria
grampositiva posee una capa gruesa de peptidoglucano (que rellena el es-
pacio de color morado) (izquierda). Una bacteria gramnegativa posee una
capa delgada de peptidoglucano (línea negra sencilla) y una membrana
externa (derecha). Las estructuras cuyo nombre aparece entre paréntesis
no se encuentran en todas las bacterias. Durante el proceso de división
celular, la membrana y el peptidoglucano crecen para formar un tabique
divisorio que separará a las células hijas.
112 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
nucleoide. Asimismo, este cromosoma carece de histonas
que mantengan la conformación del ADN y éste no forma
nucleosomas. La célula también puede poseer plásmidos,
unas moléculas extracromosómicas circulares más cortas
de ADN. Los plásmidos, aunque por regla general no son
esenciales para la supervivencia de la célula, le proporcionan
a menudo una ventaja selectiva: muchos de ellos confieren
resistencia frente a uno o más antibióticos.
La ausencia de membrana nuclear simplifica las necesida-
des y los mecanismos de control de la síntesis de proteínas.
La falta de esta membrana nuclear conlleva el acoplamiento
de los procesos de transcripción y de traducción; en otras
palabras, los ribosomas se fijan al ARNm y fabrican proteínas
a medida que se está sintetizando el ARNm aún unido al
ADN.
El ribosoma bacteriano consta de dos subunidades de
30S y 50S que forman un ribosoma 70S. Este ribosoma es
distinto del ribosoma 80S (subunidades 40S y 60S) de los
eucariotas. Las proteínas y el ARN del ribosoma bacteriano
son muy distintos de los observados en los ribosomas de los
eucariotas y constituyen un señalado objetivo de los fármacos
antibacterianos.
La membrana citoplásmica posee una estructura lipídica
de doble capa semejante a la observada en las membranas de
los eucariotas, pero no contiene esteroides (p. ej., colesterol);
una excepción a esta regla son los micoplasmas. La membrana
citoplásmica lleva a cabo muchas de las funciones atribuibles
a los orgánulos de los eucariotas. Entre estas tareas destacan
el transporte y la producción de energía, que normalmente
se realizan en las mitocondrias. Además, la membrana con-
tiene unas proteínas de transporte que permiten la captación
de metabolitos y la liberación de otras sustancias, así como
bombas de iones (para mantener un potencial de membrana)
y enzimas. La cara interna de la membrana se encuentra tapi-
zada de filamentos proteicos tipo actina, los cuales participan
en la determinación de la forma de la bacteria y el lugar de
formación del tabique en la división celular. Estos filamentos
determinan la forma helicoidal de los treponemas.
Pared celular
Las bacterias grampositivas se diferencian de las gramnegati-
vas en la estructura de la pared celular (
tabla 12-2) y en sus
componentes y sus funciones (
tabla 12-3). Los componentes
de la pared celular también son exclusivos de las bacterias, y
su estructura repetitiva se une a receptores de tipo toll de las
células humanas para desencadenar respuestas protectoras
innatas. Las diferencias importantes en las características
de la membrana se describen en la
tabla 12-4. Las mem-
branas citoplásmicas de la mayor parte de los procariotas
están rodeadas de unas rígidas capas de peptidoglucano
(mureína), salvo en los organismos Archaea (que contienen
seudoglucanos o seudomureínas relacionadas con el peptido-
glucano), los micoplasmas (que carecen de pared celular) y
las clamidias (que no tienen peptidoglucano). El peptido-
glucano es el elemento que proporciona rigidez, por lo que
también determina la forma de cada célula bacteriana. Las
bacterias gramnegativas están envueltas además por mem-
branas externas.
Bacterias grampositivas
Una bacteria grampositiva posee una pared celular gruesa que
consta de varias capas y está formada principalmente por pepti-
doglucano
(150 a 500 Å) que rodea la membrana citoplásmica
(
fig. 12-5). El peptidoglucano es un exoesqueleto en forma de
Tabla 12-2 Estructuras de la membrana bacteriana
Estructura Constituyentes químicos Funciones
Membrana plasmática Fosfolípidos, proteínas y enzimas Contención, generación de energía, potencial de
membrana y transporte
Pared celular
Bacteria grampositivas
Peptidoglucano Cadenas de glucanos de GlcNAc y MurNAc entrecruzados
por un puente peptídico
Forma y estructura celular; protección frente al ambiente
y destrucción por el complemento
Ácido teicoico Polirribitol fosfato o glicerol fosfato unido al peptidoglucano Refuerza la pared celular; secuestro del ion calcio; activador
de protecciones innatas del hospedador
Ácido lipoteicoico Ácido teicoico unido a lípido
Bacterias gramnegativas
Peptidoglucano Versión más delgada de la que se encuentra en las bacterias
grampositivas
Forma y estructura celulares
Espacio periplásmico Enzimas implicadas en el transporte, la degradación y la síntesis
Membrana externa Estructura celular; protección frente al ambiente del
hospedador
Proteínas Canal de porina Penetración de pequeñas moléculas hidrófilas; restringe
algunos antibióticos
Dispositivos secretores (tipos I, II, III, IV) Penetra y libera proteínas a través de las membranas,
incluidos factores de virulencia
Lipoproteína Unión de la membrana externa al peptidoglucano
LPS Lípido A, polisacárido de la región central, antígeno O Estructura de la membrana externa; potente activador de
respuestas innatas del hospedador
Fosfolípidos Con ácidos grasos saturados
Otras estructuras
Cápsula Polisacáridos (disacáridos y trisacáridos) y polipéptidos Antifagocítica
Biopelícula Polisacáridos Protección de la colonia frente al ambiente,
antimicrobianos y respuesta del hospedador
Pili Pilina, adhesinas Adherencia, pili sexuales
Flagelo Proteínas motoras, flagelina Movimiento, quimiotaxia
Proteínas Proteína M de estreptococos (por ejemplo) Varias
GlcNAc, N-acetilglucosamina; LPS, lipopolisacárido; MurNAc, ácido N-acetilmurámico.
CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS 113
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malla con una función semejante a la del exoesqueleto de los
insectos. Sin embargo, y a diferencia de esta última estructura,
el peptidoglucano de la célula es lo suficientemente poroso
como para permitir la difusión de los metabolitos a la mem-
brana plasmática. Un nuevo modelo para los peptidoglucanos
sugiere que el glucano se extiende desde la membrana plas-
mática a modo de púas unidas entre ellas por cortas cadenas
peptídicas. El peptidoglucano es un elemento clave para la
estructura, la replicación y la supervivencia de la célula en
las condiciones normalmente hostiles en las que prolife-
ran las bacterias.
El peptidoglucano puede degradarse mediante el trata-
miento con lisozima. La lisozima es una enzima presente
en la mucosidad y las lágrimas del ser humano que también
producen las bacterias y otros microorganismos. Esta enzima
es capaz de desdoblar el esqueleto de glucano del peptido-
glucano. Sin el peptidoglucano, la bacteria sucumbe a las
grandes diferencias de presión osmótica existentes a uno y
a otro lado de la membrana citoplásmica y experimenta un
fenómeno de lisis. La eliminación de la pared celular produce
un protoplasto, el cual experimenta un proceso de lisis a no
ser que se estabilice osmóticamente.
La célula grampositiva puede poseer también otros com-
ponentes, como las proteínas, los ácidos teicoicos y lipotei-
coicos, y polisacáridos complejos (generalmente denomina-
dos polisacáridos C). La proteína M de los estreptococos y
la proteína R de los estafilococos se asocian al peptidoglu-
cano. Los ácidos teicoicos son unos polímeros hidrosolubles
de fosfatos de poliol que están unidos al peptidoglucano
mediante enlaces covalentes y son fundamentales para la
viabilidad celular. Los ácidos lipoteicoicos poseen un ácido
graso y se encuentran unidos a la membrana citoplásmica.
Estas moléculas son antígenos de superficie frecuentes que
diferencian los serotipos bacterianos y favorecen la fijación
a otras bacterias y a receptores específicos localizados en
la superficie de las células de los mamíferos (adherencia).
Los ácidos teicoicos constituyen unos señalados factores de
virulencia. Los ácidos lipoteicoicos son expulsados hacia el
medio circundante y al medio intercelular del organismo
hospedador y, aunque débiles, son capaces de desencadenar
respuestas inmunitarias del hospedador semejantes a las de
las endotoxinas.
Bacterias gramnegativas
Las paredes celulares gramnegativas son más complejas
(tanto desde el punto de vista estructural como químico)
que las de las células grampositivas (v.
fig. 12-2). Desde el
punto de vista estructural, una pared celular gramnegativa
contiene dos capas situadas en el exterior de la membrana
citoplásmica. Inmediatamente por fuera de la membrana ci-
toplásmica se encuentra una delgada capa de peptidoglucano
que representa tan sólo entre un 5% y un 10% del peso de
la pared celular. Además, la pared celular gramnegativa no
contiene ácidos teicoicos ni lipoteicoicos. En la parte externa
de la capa de peptidoglucano se halla la membrana externa,
la cual es exclusiva de las bacterias gramnegativas. La zona
comprendida entre la superficie externa de la membrana
citoplásmica y la superficie interna de la membrana externa
se conoce como espacio periplásmico. Este espacio es un
compartimento que contiene diversas enzimas hidrolíticas
importantes para la degradación y metabolización por la cé-
lula de las macromoléculas de gran tamaño. Habitualmente,
estas enzimas son proteasas, fosfatasas, lipasas, nucleasas y
enzimas metabolizadoras de carbohidratos. En el caso de las
especies bacterianas gramnegativas patógenas, muchos de los
factores de virulencia líticos (p. ej., colagenasas, hialuroni-
dasas, proteasas y b-lactamasa) se encuentran en el espacio
periplásmico.
La pared celular de los gramnegativos está atravesada
también por distintos sistemas de transporte, que incluyen
los dispositivos de secreción de tipos I, II, III, IV y V. Estos
sistemas de transporte aportan mecanismos para la captación
y liberación de distintos metabolitos y otros compuestos. La
producción de dispositivos de secreción puede ser inducida
durante la infección y contribuir a la virulencia del microbio
al transportar moléculas que facilitan la adherencia bacteriana
o la proliferación intracelular. El dispositivo de secreción III
es un factor de virulencia fundamental en algunas bacterias
con una estructura compleja que cruza las membranas interna
y externa y puede actuar a modo de jeringa para inyectar
proteínas dentro de otras células.
Tal como se ha mencionado anteriormente, las membra-
nas externas (v.
fig. 12-2) son características de las bacterias
gramnegativas. La membrana externa forma una especie de
Tabla 12-3 Funciones de la envoltura bacteriana
Función Componente
Estructura
Rigidez Todos
Envoltura de las estructuras internas Todos
Funciones bacterianas
Barrera de permeabilidad Membrana externa o membrana
plasmática
Captación metabólica Membranas y porinas,
permeasas y proteínas de
transporte periplásmicas
Producción de energía Membrana plasmática
Motilidad Flagelos
Apareamiento Pili
Interacción en el órgano del hospedador
Adhesión a las células del hospedador Pili, proteínas, ácido teicoico
Identificación inmunológica
por el hospedador
Todas las estructuras externas
y peptidoglucano
Defensa contra las protecciones inmunitarias del hospedador
Anticuerpo Proteína M
Fagocitosis Cápsula
Complemento Peptidoglucano de
grampositivos
Importancia médica
Dianas antibióticas Síntesis de peptidoglucano,
membrana externa
Resistencia a antibióticos Barrera de la membrana externa
Tabla 12-4 Características de la membrana
de las bacterias grampositivas y gramnegativas
Características Grampositivas Gramnegativas
Membrana externa
−
+
Pared celular Gruesa Delgada
Lipopolisacárido
−
+
Endotoxina
−
+
Ácido teicoico Presente a menudo
−
Esporulación En algunas cepas
−
Cápsula Presente a veces Presente a veces
Lisozima Sensible Resistente
Actividad antibacteriana
de la penicilina
Más susceptible Más resistente
Producción de exotoxina Algunas cepas Algunas cepas
114 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
saco de lona rígido alrededor de la bacteria. La membrana
externa mantiene la estructura bacteriana y constituye una
barrera impermeable a moléculas de gran tamaño
(p. ej.,
proteínas como la lisozima) y moléculas hidrófobas (p. ej., al-
gunos antimicrobianos). También ofrece protección frente
a condiciones ambientales adversas (p. ej., el sistema diges-
tivo del organismo hospedador, un factor importante en
los microorganismos de Enterobacteriaceae). La membrana
externa posee una configuración asimétrica y es una bicapa
lipídica que difiere de cualquier otra membrana biológi-
ca por la estructura de su zona externa. La zona interna
de esta membrana externa contiene los fosfolípidos que
normalmente aparecen en las membranas bacterianas. Sin
embargo, la zona externa está formada fundamentalmente
por lipopolisacárido (LPS). Con excepción de las moléculas
de LPS presentes en el proceso de síntesis, la zona externa de
la membrana externa es la única localización donde aparecen
moléculas de LPS.
El LPS también es conocido como endotoxina y cons-
tituye un potente estimulador de las respuestas inmunita-
rias. Los LPS se desprenden de la bacteria hacia el medio
de cultivo y el hospedador. Los LPS activan los linfocitos B
e inducen la liberación de interleucina 1, interleucina 6,
factor de necrosis tumoral y otros factores por parte de
los macrófagos, las células dendríticas y otras células. Los
LPS ocasionan fiebre y pueden provocar shock. La reacción
de Schwartzman (coagulación intravascular diseminada)
tiene lugar tras la liberación de grandes cantidades de en-
dotoxinas a la circulación. Las bacterias de tipo Neisseria
liberan grandes cantidades de una molécula relacionada,
el lipooligosacárido (LOS), lo que determina fiebre y
síntomas graves.
Aunque la gama de proteínas presentes en las membranas
externas de los gramnegativos es limitada, algunas de ellas se
encuentran a una concentración elevada, con lo que el conte-
nido proteico total es superior al que existe en la membrana
Figura 12-5 Estructura general del peptidoglucano de la pared celular. A, El peptidoglucano forma una especie de malla alrededor de la célula. B, La
malla de peptidoglucano está formada por un polímero de polisacárido cruzado por puentes peptídicos. C, Los péptidos están entrecruzados a través de
un puente peptídico existente entre la D-alanina (D-Ala) terminal de una cadena y una lisina (Lys) (o bien otro aminoácido de tipo diamino) de otra cadena.
En Staphylococcus aureus, un puente de pentaglicina (gly
5
) se encarga de ampliar el entrecruzamiento (v. figura). D, Representación de la estructura
del peptidoglucano de Escherichia coli. El ácido diaminopimélico (el aminoácido tipo diamino que se encuentra en la tercera posición del péptido) está
unido directamente a la alanina terminal de otra cadena (de este modo se consigue el entrecruzamiento del peptidoglucano). La lipoproteína ancla
la membrana externa al peptidoglucano. G, N-acetilglucosamina; Glu, ácido D-glutámico; gly, glicina; M, ácido N-acetilmurámico. (A-C, Modificadas de
Talaro K, Talaro A: Foundations in microbiology, 2.ª ed., Dubuque, Iowa, 1996, William C Brown. D, Modificada de Joklik KJ y cols.: Zinsser microbiology, Norwalk,
Conn, 1988, Appleton & Lange.)
CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS 115
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citoplásmica. Muchas de estas proteínas atraviesan toda la
bicapa lipídica, por lo que se habla de proteínas transmem-
branarias. Un grupo de ellas recibe el nombre de porinas
puesto que forman poros que permiten la difusión a tra-
vés de la membrana de moléculas hidrófilas de menos de
700 Da de peso. El canal de la porina permite el paso de
metabolitos y antimicrobianos hidrófilos de pequeño tamaño.
Igualmente, la membrana externa contiene proteínas es-
tructurales y moléculas receptoras para los bacteriófagos y
otros ligandos y componentes del sistema de transporte y
secreción.
La membrana externa se conecta a la membrana citoplás-
mica a través de unas zonas de adhesión y, por otra parte,
se une al peptidoglucano por medio de una lipoproteína.
Esta lipoproteína se une al peptidoglucano por un enlace
covalente y también se ancla a la membrana externa. Las
zonas de adhesión proporcionan una vía membranosa para el
paso de los componentes recién sintetizados de la membrana
externa hacia ésta.
La membrana externa se mantiene mediante enlaces
catiónicos divalentes (Mg
+2
y Ca
+2
) formados entre los fos-
fatos de las moléculas de LPS y por interacciones hidrófobas
entre el LPS y las proteínas existentes. Estas interacciones
producen una membrana rígida y fuerte que puede verse
afectada por la acción de antibióticos (p. ej., polimixina) o
mediante la eliminación de los iones de magnesio y calcio
(quelación con ácido etilendiamino-tetraacético [EDTA] o
tetraciclina). La alteración de la membrana externa debilita
a la bacteria y favorece el paso de moléculas hidrófobas
de gran tamaño. La adición de lisozima a células con una
membrana externa alterada produce unos esferoplastos que,
al igual que los protoplastos, son sensibles a los cambios
osmóticos.
Estructuras externas
Algunas bacterias (grampositivas o gramnegativas) se encuen-
tran rodeadas por unas capas laxas de proteínas o polisacári-
dos denominadas cápsulas. En los casos en que la adhesión
es muy débil y el grosor o la densidad no son uniformes, se
habla de capa de limo (slime layer). Las cápsulas y la capa
de limo se conocen también como glucocálix. Una excepción
a esta regla es Bacillus anthracis, que produce una cápsula
polipeptídica. Aunque la cápsula apenas es visible al micros-
copio, puede visualizarse por la exclusión de partículas de
tinta china.
Aunque las cápsulas y las capas de limo son innecesarias
para el crecimiento de las bacterias, revisten una gran impor-
tancia para su supervivencia en el organismo hospedador. La
cápsula es poco antigénica y es antifagocítica; además, consti-
tuye un factor de virulencia significativo
(p. ej., Streptococcus
pneumoniae). La cápsula puede actuar también como barrera
frente a moléculas hidrófobas tóxicas (p. ej., detergentes), así
como facilitar la adherencia a otras bacterias o a las superfi-
cies de los tejidos del hospedador. En el caso de Streptococ-
cus mutans, las cápsulas de dextrano y levano posibilitan su
fijación y adhesión al esmalte dental. Durante el cultivo in
vitro pueden aparecer cepas bacterianas que carecen de una
cápsula en ausencia de la presión del organismo hospedador
y son, por tanto, menos virulentas. Algunas bacterias (p. ej.,
Pseudomonas aeruginosa, S. aureus) producen una biopelícula
polisacárida cuando hay un número suficiente de bacterias
(quórum) y en determinadas condiciones que favorece el cre-
cimiento, con lo que se establece una comunidad bacteriana
y protege a sus miembros de la acción de los antibióticos y
las defensas del organismo hospedador. Otra biopelícula es
la placa dental causada por S. mutans.
Los flagelos son unos propulsores en forma de cuerda que
están formados por unas subunidades proteicas enrolladas
helicoidalmente (flagelina); asimismo, se unen a las mem-
branas de las bacterias mediante unas estructuras (gancho y
cuerpo basal) y se impulsan por el potencial de membrana.
Las especies bacterianas pueden tener uno o varios flagelos
en su superficie, los cuales pueden anclarse en diferentes
partes de la célula. Los flagelos están compuestos de un
motor de proteínas activado por adenosina trifosfato (ATP)
conectado con un propulsor en forma de látigo compuesto de
múltiples subunidades de flagelina. Los flagelos proporcio-
nan motilidad a las bacterias y permiten que la célula se dirija
hacia los nutrientes y evite las sustancias tóxicas (quimio-
taxis). Las bacterias se acercan a sus nutrientes nadando en
línea recta para girar luego bruscamente y continuar en una
nueva dirección. Este período de desplazamiento aumenta a
medida que se incrementa la concentración de la sustancia
quimioatrayente. La dirección del giro flagelar determina si
las bacterias continúan nadando o bien giran. Los flagelos
portan también factores antigénicos y determinantes de la
cepa bacteriana y constituyen un ligando para el receptor
de tipo toll 5 para activar las protecciones innatas del hos-
pedador.
Las fimbrias (pili) («orlas» en latín) son unas estructuras
piliformes que se localizan en la parte externa de las bacterias
y están formadas por unas subunidades proteicas (pilina).
Las fimbrias se diferencian morfológicamente de los flagelos
por su menor diámetro (3-8 nm frente a 15-20 nm) y carecer
de una estructura helicoidal. Por regla general, a lo largo
de toda la superficie de la célula bacteriana existen varios
centenares de fimbrias dispuestas de forma uniforme. Su
tamaño puede ser de hasta 15-20 mm o muchas veces el ta-
maño de la célula.
Las fimbrias favorecen la adhesión a otras bacterias o
al organismo hospedador (sus nombres alternativos son
adhesinas, lectinas, evasinas y agresinas). Como factor
de adherencia (adhesina), las fimbrias constituyen un im-
portante determinante de virulencia en la colonización e
infección del aparato urinario por E. coli, al igual que en
la infección por Neisseria gonorrhoeae y otras bacterias.
Los extremos de las fimbrias pueden contener también
unas proteínas (lectinas) que se fijan a azúcares específicos
(p. ej., manosa). Los pili F (pili sexuales) se unen a otras
bacterias y configuran una estructura tubuliforme para
la transferencia horizontal de grandes segmentos de los
cromosomas bacterianos. Estos pili están codificados por
un plásmido (F).
Excepciones bacterianas
Las micobacterias poseen una capa de peptidoglucano (con
una estructura ligeramente distinta), que está entrelazado
y unido mediante un enlace covalente a un polímero de
arabinogalactano, y rodeado de una capa lipídica ceriforme
de ácido micólico (ácidos grasos tipo b-hidroxi con ramifica-
ciones a y de alto peso molecular), factor de agregación de
micobacterias (cord) (glucolípido de trehalosa y dos ácidos
micólicos), waxD (glucolípido de 15 a 20 ácidos micólicos y
azúcar) y sulfolípidos (v.
fig. 25-1). Estas bacterias se definen
como ácido-alcohol resistentes. La capa lipídica es antifa-
gocítica y responsable de la virulencia de estas bacterias.
Igualmente, los microorganismos pertenecientes a los géneros
Corynebacterium y Nocardia producen ácidos micólicos.
También las clamidias y los micoplasmas carecen de una
pared celular de peptidoglucano y los micoplasmas incorporan
en sus membranas moléculas de esteroides procedentes del
organismo hospedador.
116 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
ESTRUCTURA Y BIOSÍNTESIS
DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES
DE LA PARED CELULAR BACTERIANA
Los componentes de la pared celular son estructuras grandes
que están formadas por polímeros de subunidades. Este tipo
de estructura facilita su síntesis. Del mismo modo que los
astronautas fabrican en el espacio una estación espacial, las
bacterias han de enfrentarse a diversos problemas durante
el proceso de conexión de los componentes de su pared
celular. La síntesis de peptidoglucano, LPS, ácidos teicoicos
y la cápsula tiene lugar en el exterior de la bacteria en un
espacio alejado de la maquinaria de síntesis y las fuentes de
energía del citoplasma situado en el seno de un ambiente
inhóspito. Tanto en el caso de la estación espacial como en
las bacterias, las subunidades y los precursores prefabricados
que formarán la estructura final se ensamblan en el interior
en un proceso «industrial», se unen a una estructura y a
continuación son transportados a la superficie y conectados a
la estructura preexistente. En las bacterias, el transportador
molecular semejante a una cinta es un gran fosfolípido hi-
drófobo denominado bactoprenol (undecaprenol, [isopre-
noide C
55
]). Para disponer de la potencia necesaria y poder
efectuar las reacciones de conexión que ocurren fuera de la
célula, los precursores prefabricados deben estar también
activados por enlaces de alta energía (p. ej., fosfatos) u otros
medios. En las bacterias gramnegativas, los componentes
de la membrana externa pueden llegar a ésta a través de las
zonas de adhesión.
Peptidoglucano (mucopéptido, mureína)
El peptidoglucano es una malla rígida formada por cadenas
lineales de polisacáridos (semejantes a una cerda) que es-
tán unidas a través de péptidos. A su vez, el polisacárido se
compone de disacáridos repetidos de N-acetilglucosamina
(GlcNAc, NAG, G) y ácido N-acetilmurámico (MurNAc,
NAM, M) (
figs. 12-6; v. fig. 12-5).
Al MurNAc se encuentra unido un tetrapéptido. Este
péptido es poco habitual, puesto que contiene aminoácidos
tanto en forma
D como en forma L (en la naturaleza nor-
malmente no existen aminoácidos en forma
D) y, además,
se produce mediante la acción de enzimas en lugar de por
intervención del ribosoma. Los dos primeros aminoácidos
unidos al ácido MurNAc pueden variar en distintos mi-
croorganismos.
Los aminoácidos tipo diamino que figuran en tercera po-
sición son esenciales para el entrecruzamiento de las cadenas
de peptidoglucano. Como ejemplos de aminoácidos tipo
diamino pueden citarse la lisina y los ácidos diaminopimélico
y diamino-butírico. El entrecruzamiento con el péptido se
forma entre la amina libre del aminoácido tipo diamino y la
D-alanina situada en la cuarta posición de otra cadena. Las
bacterias de la especie S. aureus y otras bacterias grampo-
sitivas introducen un puente (p. ej., glicina pentapéptido)
entre estos aminoácidos con el fin de aumentar la longitud
del entrecruzamiento. La forma precursora del péptido posee
una
D-alanina adicional que se libera durante la formación del
entrecruzamiento.
En las bacterias grampositivas, el peptidoglucano forma
múltiples capas y presenta, a menudo, una conformación
tridimensional que origina una pared celular muy fuerte y
rígida. Por el contrario, los peptidoglucanos de la pared celular
de las bacterias gramnegativas sólo tienen el espesor de una
molécula (capa). La rigidez de la malla de peptidoglucano
depende del número de entrecruzamientos y de su longitud.
En la
figura 12-6 se muestra el lugar donde la lisozima escinde
el glucano del peptidoglucano.
Síntesis del peptidoglucano
La síntesis del peptidoglucano consta de cuatro fases (fig. 12-7).
En primer lugar, en el interior de la célula se sintetizan
y activan los precursores. La glucosamina se convierte en
MurNAc a través de un proceso enzimático; a continuación
éste es activado energéticamente mediante una reacción con
trifosfato de uridina (UTP) para formar difosfato de uridina-
ácido N-acetilmurámico (UDP-MurNAc). A continuación, el
precursor pentapéptido UDP-MurNAC se ensambla a través
de una serie de pasos enzimáticos.
En la segunda fase, el pentapéptido UDP-MurNAC se
une mediante un enlace pirofosfato a la «cinta transportado-
ra» de bactoprenol en la membrana citoplásmica y se libera
monofosfato de uridina (UMP). Se añade entonces GlcNAc
para dar lugar al disacárido que formará el peptidoglucano.
Algunas bacterias (como S. aureus) añaden una pentaglicina u
otra cadena al aminoácido tipo diamino en la posición tercera
de la cadena peptídica con el fin de aumentar la longitud del
entrecruzamiento.
En la tercera fase, la molécula de bactoprenol traslada
al exterior de la célula el precursor del péptido-disacárido.
En la última fase, se extiende el peptidoglucano en la
superficie externa de la membrana plasmática. El disacárido
GlcNAc-MurNAc se une a una cadena polipeptídica mediante
la acción de unas enzimas conocidas como transglucosilasas
que utilizan como fuente de energía para la reacción un enlace
pirofosfato formado entre el disacárido y el bactoprenol.
El pirofosfato de bactoprenol se transforma de nuevo en fos-
fato de bactoprenol y se recicla. La bacitracina bloquea el
reciclado. Las cadenas de péptidos procedentes de cadenas
adyacentes de glucanos se entrecruzan entre sí mediante el
intercambio de un puente peptídico (transpeptidación) entre
Figura 12-6 Precursor del peptidoglucano. El peptidoglucano se ela-
bora a partir de unidades prefabricadas que contienen un pentapéptido
unido al ácido N-acetilmurámico. El pentapéptido contiene una unidad
D-alanina-D-alanina en posición terminal. Este dipéptido es necesario para
el entrecruzamiento del peptidoglucano y constituye la base de acción
de los antibióticos b-lactámicos y de la vancomicina. Se indica el enlace
disacárido b-1,4 desdoblado por la lisozima.
CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS 117
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Figura 12-7 Síntesis del peptidoglucano. A, La síntesis del peptidoglucano ocurre en cuatro fases: 1) El peptidoglucano se sintetiza a partir de unas
unidades prefabricadas que se producen y activan para la unión y el transporte en el interior de la célula. 2) En la membrana, las unidades se unen a la
cinta transportadora de fosfato de undecaprenol, con lo que se finaliza su proceso de fabricación. 3) La unidad es trasladada al exterior de la célula, y
4) la unidad se une a la cadena de polisacárido y, asimismo, se entrecruza con el péptido para dar por finalizada su construcción. Staphylococcus aureus
utiliza un enlace pentaglicina en los enlaces cruzados. Una construcción de este tipo puede compararse al montaje de una estación espacial de unidades
prefabricadas. B, La reacción de entrecruzamiento es una transpeptidación. Escherichia coli utiliza un enlace cruzado directo entre
D-alanina y lisina.
Un enlace peptídico (producido en el interior de la célula) es canjeado por otro (en el exterior de la célula) con liberación de D-alanina. Las enzimas que
catalizan la reacción se denominan D-alanina, D-alanina-transpeptidasa-carboxipeptidasas. Estas enzimas son los objetivos de los antibióticos b-lactámicos,
por lo que también se denominan proteínas de unión a la penicilina. AA
5
, pentapéptido con D-alanina-D-alanina; AA
4
, tetrapéptido con D-alanina terminal;
AA
3
, tripéptido; Gly
5
, glicina pentapéptido; Glu, glutamato; Lys, lisina; MurNAc-PP, ácido N-acetilmurámico difosfato; ARNt, ácido ribonucleico de trans-
ferencia; UDP-GlcNAc, uridina difosfato N-acetilglucosamina; UTP, uridina trifosfato.
118 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
la amina libre del aminoácido situada en la tercera posición
del pentapéptido (p. ej., lisina) o la N-terminal de la cadena
de pentaglicina unida, por un lado, y la
D-alanina que está en
la posición cuarta de la otra cadena peptídica, por otro lado,
con lo que se libera la
D-alanina terminal del precursor. Este
paso no exige la presencia de energía, dado que se compensa
con los enlaces peptídicos.
La reacción de entrecruzamiento es catalizada por trans-
peptidasas ligadas a la membrana. Unas enzimas afines, las
D-carboxipeptidasas, se encargan de eliminar las D-alaninas
terminales extra con el objeto de limitar el grado de entre-
cruzamiento. Las transpeptidasas y las carboxipeptidasas
se denominan proteínas de unión a la penicilina (PBP),
puesto que constituyen los objetivos de la penicilina y otros
antibióticos b-lactámicos. Cuando se unen a estas enzimas, la
penicilina y los antibióticos b-lactámicos afines se asemejan
a la conformación del «estado de transición» del sustra-
to D-Ala-D-Ala cuando están unidos a estas enzimas. La van-
comicina se une a la estructura
D-Ala-D-Ala para bloquear
estas reacciones. Para la extensión del peptidoglucano se utili-
zan diferentes proteínas de unión a la penicilina que crean un
tabique para la división celular y modelan la estructura en
malla del peptidoglucano (forma de la célula). La extensión
y el entrecruzamiento de los peptidoglucanos son necesarios
para el crecimiento y la división celular.
El peptidoglucano está sometido a unos procesos de
síntesis y degradación constantes. Las autolisinas, como la
lisozima, son importantes en la determinación de la forma de
la bacteria. La inhibición de la síntesis o el entrecruzamiento
del peptidoglucano no detiene a las autolisinas, sino que
su acción debilita la malla y la estructura bacteriana hasta
ocasionar la lisis y la muerte celulares. La síntesis de nuevo
peptidoglucano no tiene lugar durante la fase de agotamiento
de nutrientes, lo que ocasiona su debilitamiento y, en conse-
cuencia, la disminución de la fiabilidad de la tinción de Gram.
En medicina es fundamental conocer el proceso de biosín-
tesis del peptidoglucano, puesto que este tipo de reacciones
son exclusivas de las células bacterianas y, por tanto, pueden
ser inhibidas con escasos o nulos efectos adversos para las
células del organismo hospedador (el ser humano). Como se
ha mencionado anteriormente, diversos antibióticos actúan
sobre uno o más pasos de esta vía (v.
cap. 17).
Ácidos teicoicos
Los ácidos teicoicos y lipoteicoicos son polímeros de ribosa
o glicerol modificados químicamente y unidos por grupos
fosfato (
fig. 12-8). A los grupos hidroxilo del glicerol o de la
ribosa pueden unirse azúcares, colina o
D-alanina, los cuales
actúan como determinantes antigénicos. Estas moléculas se
diferencian mediante la utilización de anticuerpos y pueden
determinar el serotipo bacteriano. El ácido lipoteicoico po-
see un ácido graso que está unido a la membrana. El ácido
teicoico se elabora a partir de unos ladrillos usando el bacto-
prenol de forma parecida a los peptidoglucanos. El ácido
teicoico y algunas proteínas de superficie
(p. ej., la proteína A
de S. aureus) son secretados de las células para después
unirse enzimáticamente al grupo N-terminal del péptido del
peptidoglucano.
Lipopolisacárido
El lipopolisacárido (LPS; endotoxina) está formado por tres
regiones estructurales: lípido A, región central del polisacári-
do (región central rugosa) y antígeno O (
fig. 12-9). El lípido A
constituye un componente básico del lipopolisacárido que
es esencial para la viabilidad de la bacteria. El lípido A es el
responsable de la actividad endotóxica del LPS. Posee un es-
queleto de tipo disacárido glucosamina fosforilado con ácidos
grasos para fijar la estructura a la membrana externa. Los
fosfatos conectan las unidades de LPS formando agregados.
Así, una cadena de azúcares se une al esqueleto disacárido y
se extiende hacia el exterior de la bacteria. La región cen-
tral (core) del lipopolisacárido es un lipopolisacárido ramifi-
cado formado por un número de azúcares comprendido entre
9 y 12. La mayor parte de esta región central también es clave
para la estructura del lipopolisacárido y la viabilidad de la
bacteria. La región central contiene un azúcar poco frecuente,
2-ceto-3-desoxi-octanoato (KDO), y se fosforila. Los catio-
nes divalentes unen los fosfatos de los LPS y el núcleo para
reforzar la membrana externa. El antígeno O está unido a la
región central y se proyecta hacia el exterior de la bacteria.
Se trata de un largo lipopolisacárido lineal formado por 50
a 100 unidades de sacáridos (de 4 a 7 moléculas de azúcar
por unidad). El LOS, presente en las especies pertenecientes
al género Neisseria, carece de la porción de antígeno O del
LPS y se desprende con facilidad de la célula bacteriana.
Este antígeno O más corto consigue que Neisseria sea más
susceptible al control mediado por el complemento del hos-
pedador.
La estructura del LPS se utiliza en la clasificación de
las bacterias. La estructura básica del lípido A es idéntica
en las bacterias afines y, por otra parte, es semejante en
todas las bacterias gramnegativas de la familia Enterobac-
teriaceae. La región central es idéntica en cada especie
bacteriana. El antígeno O diferencia los serotipos (cepas)
de una especie bacteriana determinada. Por ejemplo, el
serotipo O157:H7 (antígeno O:flagelina) se emplea para
Figura 12-8 Ácido teicoico. El ácido teicoico es un polímero de ribitol
modificado químicamente (A) o bien de glicerol fosfato (B). La naturaleza
de la modificación (p. ej., azúcares, aminoácidos) puede definir el seroti-
po de la bacteria. El ácido teicoico puede estar unido mediante un enlace
covalente al peptidoglucano. El ácido lipoteicoico está anclado a la mem-
brana citoplásmica mediante un enlace covalente con un ácido graso.
CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS 119
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identificar cepas de E. coli que producen el síndrome he-
molítico-urémico.
El lípido A y la región central son sintetizadas de forma se-
cuencial en la superficie interna de la membrana citoplásmica
por diversas enzimas. Las unidades repetidas de antígeno O
se unen a una molécula de bactoprenol y a continuación se
transfieren a una cadena de antígeno O en fase de formación.
Una vez formada, la cadena de antígeno O se transfiere a la
estructura de la región central del lípido A. A través de las
zonas de adhesión, la molécula de LPS se desplaza hacia la
superficie exterior de la membrana externa.
DIVISIÓN CELULAR
La replicación del cromosoma bacteriano desencadena también
el inicio de la división celular (fig. 12-10). La producción de
dos células hijas exige el crecimiento y la ampliación de los
componentes de la pared celular, seguidos de la formación
de un tabique (pared cruzada) que dividirá las bacterias hijas
en dos células. Este tabique se compone de dos membranas
separadas por dos capas de peptidoglucano. La formación del
tabique se inicia en la zona media de la célula, en un punto
definido por la presencia de complejos proteicos unidos a un
anillo proteico filamentoso que tapiza el interior de la mem-
brana citoplásmica. El tabique crece a partir de zonas opuestas
hacia el centro de la célula y provoca la separación de las células
hijas. Este proceso requiere la presencia de unas transpepti-
dasas especiales (PBP) y otras enzimas. En los estreptococos,
estas zonas de crecimiento forman un ángulo de 180°, lo que
ocasiona un crecimiento lineal de cadenas de bacterias. En
cambio, la zona de crecimiento se dispone en un ángulo de 90°
en los estafilococos. Una separación incompleta del tabique
puede hacer que las bacterias permanezcan unidas y formen
cadenas (p. ej., estreptococos) o racimos (p. ej., estafilococos).
Figura 12-9 El lipopolisacárido (LPS) de la cobertura celular gramnegativa.
A, Segmento de la molécula que muestra la disposición de los principales
componentes. Cada molécula de LPS posee un lípido A, una región cen-
tral del polisacárido y numerosas unidades de antígeno O. B, Unidad de
repetición típica de antígeno O en Salmonella typhimurium. C, Región
central (core) del polisacárido. D, Estructura del lípido A de S. typhimurium.
(Modificada de Brooks GF, Butel JS, Ornston LN: Jawetz, Melnick, and Aldenberg's
medical microbiology, 19.ª ed., Norwalk, Conn, 1991 Appleton & Lange.)
Figura 12-10 Fotografías al microscopio electrónico de la división celu-
lar de bacterias grampositivas (Bacillus subtilis) (izquierda) y de la división
celular de bacterias gramnegativas (Escherichia coli) (derecha). Progre-
sión de la división celular. MC, membrana citoplásmica; ME, membrana
externa; N, nucleoide; PC, pared celular; S, tabique (septo). Barra = 0,2 mm.
(De Slots J, Taubman MA: Contemporary Oral Biology and Immunology, St. Louis,
1992, Mosby.)
120 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
ESPORAS
Algunas bacterias grampositivas, pero no las gramnegativas,
pertenecientes a géneros como Bacillus
(p. ej., Bacillus an-
thracis) y Clostridium
(p. ej., Clostridium tetani o botulinum)
(bacterias de suelos) son capaces de formar esporas. En con-
diciones ambientales adversas, como la desaparición de un nu-
triente, estas bacterias pueden pasar de un estado vegetativo
a un estado de latencia o de espora. La localización de la
espora en el interior de la célula constituye una característica
de cada bacteria que puede facilitar su identificación.
La espora es una estructura deshidratada formada por
múltiples capas que protege a la bacteria y le permite vivir
en un «estado de latencia» (
fig. 12-11). La espora contiene
una copia completa del cromosoma bacteriano, las con-
centraciones mínimas imprescindibles de sus ribosomas y
proteínas esenciales y una elevada concentración de calcio
unido a ácido dipicolínico. Asimismo, la espora posee una
membrana interna, dos capas de peptidoglucano y una capa
proteica semejante a la queratina externa. En el examen al
microscopio óptico, la espora aparece como una estructura
refringente (brillante). La estructura de la espora protege el
ADN del genoma bacteriano del calor intenso, la irradiación
y la acción de la mayoría de enzimas y sustancias químicas.
De hecho, las esporas bacterianas son tan resistentes a los
factores ambientales que pueden mantener su viabilidad
durante siglos. Asimismo, las esporas son difíciles de des-
contaminar mediante los desinfectantes convencionales.
El agotamiento de nutrientes específicos (p. ej., alanina)
en el medio de crecimiento desencadena una cascada de
procesos genéticos (comparable a un proceso de diferencia-
ción) que ocasiona la producción de una espora. Los ARN
mensajeros de la espora comienzan a transcribirse al tiempo
que otros ARNm dejan de hacerlo. Asimismo, se produce
ácido dipicolínico y con frecuencia se eliminan antibióticos
y toxinas. Tras la duplicación del cromosoma, una copia de
ADN y los contenidos citoplásmicos (región central o core)
son rodeados por la membrana citoplásmica, el peptido-
glucano y la membrana del tabique. De este modo, el ADN
queda recubierto por las dos capas de membrana y el peptido-
glucano que normalmente dividiría a la célula. Estas dos capas
están rodeadas por la corteza, formada por una capa delgada
interna de peptidoglucano rígido entrecruzado que rodea una
membrana (que acostumbra a ser la membrana citoplásmica)
y por una laxa capa externa de peptidoglucano. La corteza se
rodea de una dura capa proteica semejante a la queratina que
protege a la espora. La duración del proceso es de 6 a 8 horas.
La germinación o transformación de las esporas en el es-
tado vegetativo se estimula por la alteración de la continuidad
de la capa externa debido a factores mecánicos, el pH, el calor
u otros parámetros; asimismo, requiere la presencia de agua
y un nutriente desencadenante (p. ej., alanina). El proceso
Figura 12-11 A, Estructura de una espora. B, Las concentraciones elevadas de ácido dipicolínico en la espora se ligan al calcio y estabilizan el contenido.
C, Esporogenia, el proceso de la formación de endosporas.
CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS 121
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dura aproximadamente 90 minutos. Cuando ha empezado
el proceso de germinación, la espora capta agua, se hincha,
pierde sus capas y produce una nueva célula vegetativa que
es idéntica a la célula original, con lo que finaliza todo el
ciclo. Asimismo, una vez se ha iniciado la germinación y se
ha deteriorado la envoltura, la espora se debilita, se hace vul-
nerable y se puede inactivar de forma semejante a cualquier
otra bacteria.
PREGUNTAS
1. ¿Cómo influye en la infección bacteriana y el tratamiento
cada una de las diferencias existentes entre los procariotas
y los eucariotas? (V.
fig. 12-1.)
2. ¿Cómo influyen en las manifestaciones clínicas las
diferencias existentes entre la pared celular de las bacterias
grampositivas y gramnegativas en su detección y en el
tratamiento?
3. Enumere los componentes de la pared celular que contribuyen
a la virulencia de las bacterias protegiéndolas de las respuestas
inmunitarias. Enumere los componentes que contribuyen a la
virulencia ocasionando la aparición de respuestas tóxicas en el
ser humano (el organismo hospedador).
4. Cuando se inhibe la síntesis de peptidoglucano, ¿qué
procesos ocasionan la muerte de las bacterias? Enumere los
precursores que aparecerían en el interior de la bacteria si se
inhibiese el reciclado del bactoprenol mediante penicilina,
vancomicina o bacitracina.
5. ¿Por qué las esporas son más resistentes a los factores
ambientales?
6. En el laboratorio se desearía eliminar de forma selectiva
las bacterias grampositivas de una mezcla de bacterias
grampositivas y gramnegativas. ¿Cuál de los siguientes
procedimientos sería el más adecuado y por qué o
por qué no?
a. Tratamiento con ácido etilendiamino-tetraacético
(un quelante catiónico divalente).
b. Tratamiento con un detergente suave.
c. Tratamiento con lisozima.
d. Tratamiento con transpeptidasa.
e. Tratamiento con ampicilina (un antibiótico b-lactámico
hidrófilo).
Las respuestas a estas preguntas están disponibles en
www.StudentConsult.es.
BIBLIOGRAFÍA
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Achilles heel, Infect Dis Clin Pract 14:309-317, 2006.
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Willey J, Sherwood L, Woolverton C: Prescott/Harley/Klein's microbio-
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CLASIFICACIÓN, ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE LAS BACTERIAS e-11
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RESPUESTAS
1. Tamaño: El menor tamaño de los procariotas los permite
introducirse en espacios más pequeños. Significa también que
las células tienen un cromosoma más pequeño.
Estructuras nucleares: La ausencia de una membrana nuclear
permite la replicación, transcripción y traducción cromosómicas
del cromosoma en conjunto. La inhibición de cualquiera de
ellos afecta en gran medida a los otros.
Cromosomas: El cromosoma bacteriano es un genoma único
circular. Como cromosoma circular, las topoisomerasas son muy
importantes para aliviar el estrés ejercido sobre la estructura y
para mantener su función. Como resultado, estas enzimas son
objetivos excelentes para los fármacos antibacterianos (p. ej.,
quinolonas). Tener solamente una copia de cada gen (genoma
haploide) en vez de un genoma diploide significa que una
única mutación inactiva una función porque no hay «copia de
seguridad».
Estructuras citoplásmicas: Los procariotas carecen de
organelas, pero este hecho no tiene un gran efecto sobre la
infección bacteriana y su tratamiento.
Ribosomas
: El ribosoma 70S (50S + 30S) proporciona una
diana excelente a los fármacos antibacterianos porque difiere
muy significativamente del ribosoma 80S de los eucariotas.
Membrana citoplásmica: La membrana procariótica contiene
diferentes fosfolípidos, lo que la hace sensible a la acción de
la polimixina. La membrana bacteriana mantiene también un
potencial de membrana para accionar la síntesis de ATP y otras
funciones.
Pared celular: La pared de la célula bacteriana es una
estructura compleja que contiene proteínas, lípidos y
peptidoglucanos, característica única de las bacterias. La
pared celular proporciona una fuerza suficiente frente
al choque osmótico, lo que permite que las bacterias
puedan existir en agua destilada. Contiene estructuras que
promueven interacciones con tejidos y células diana para
promover y definir los tipos de infecciones y enfermedades
causadas por las bacterias; las enzimas que sintetizan estas
estructuras son suficientemente singulares como para ser
unas dianas excelentes para los fármacos antibacterianos
(p. ej., b-lactámicos, vancomicina, bacitracina). Los pili son muy
importantes para facilitar la adhesión, lo que permite que las
bacterias se unan y mantengan su localización en el cuerpo
(p. ej., en la vejiga urinaria).
2. El grosor de la membrana de los organismos
grampositivos facilita su identificación por la tinción de Gram
al atrapar el colorante, mientras que el peptidoglucano de
los organismos gramnegativos tiene el grosor de solamente
una capa y el colorante se va durante el procedimiento, lo
que requiere el empleo de un colorante de contraste. El LPS
presente en la membrana externa es el activador más potente
de las funciones innatas e inmunitarias de la célula hospedadora
de cualquier otro componente de la pared celular y puede
inducir fiebre y sepsis. Las bacterias gramnegativas tienen una
mayor probabilidad de inducir fiebre y sepsis. La presencia de la
membrana externa de las bacterias gramnegativas proporciona
una barrera singular al complemento, a la permeabilidad de
moléculas de gran tamaño e hidrófobas y previene el acceso
al peptidoglucano y otras estructuras bacterianas internas,
incluidos los fármacos antibacterianos.
3. Protección frente a las respuestas inmunitarias:
• ElpeptidoglucanoprevieneyelantígenoOdel
LPS limita el acceso del complejo de ataque a la
membrana del complemento desde la superficie de la
membrana.
• Lacápsulaprotegefrenteaanticuerpos,complemento
y la fagocitosis.
• Lasproteínaspuedeninhibirfuncionesespecícas
(p. ej., la proteína A de Staphylococcus se une a la
porción Fc de la IgM; la proteína M de Streptococcus
es antifagocítica).
Respuestas tóxicas:
• ElLPS,quecontieneactividadendotoxínicayesun
potente activador del receptor de tipo toll y de otros
receptores.
• Elácidoteicoico,elpeptidoglucanoyotros
componentes de la pared celular son activadores más
débiles de los receptores de tipo toll.
4. La inhibición de la síntesis del peptidoglucano inhibe la
producción de la pared celular y la proliferación de las bacterias.
El peptidoglucano está siendo continuamente degradado,
reconstruido y remodelado. La inhibición de la síntesis de
peptidoglucano no previene estos procesos y, por tanto, el
peptidoglucano EN UNA CÉLULA EN CRECIMIENTO continúa
degradándose, se vuelve más débil y promueve la lisis de la
célula.
Con la inhibición de la síntesis de peptidoglucano por
fármacos antibacterianos b-lactámicos, vancomicina o
bacitracina, el NAG-NAM-pentapéptido (el precursor con una
D-ala-D-ala terminal) se acumula en el citoplasma porque la
cadena no se extiende (b-lactámicos, vancomicina) o por estar
inhibido el sistema de translocación del bactoprenol.
5. Las esporas son más resistentes porque no están
creciendo; están desecadas y cubiertas por multitud de capas
de un material similar al peptidoglucano y de un recubrimiento
proteico similar a la queratina.
6. a. El compuesto EDTA desestructura las membranas
externas de los organismos gramnegativos pero tiene un
mínimo efecto sobre las bacterias grampositivas.
b. Un detergente suave afecta a las bacterias
grampositivas en mayor medida que a las bacterias
gramnegativas porque la membrana externa de éstas
proporciona una cierta protección.
c. La lisozima degrada el peptidoglucano de las bacterias
grampositivas, haciendo que se lisen en agua, mientras que la
membrana externa de las bacterias gramnegativas plantea una
barrera que constituye una protección frente a la lisozima.
d. La transpeptidasa no tiene efecto sobre las bacterias.
e. La ampicilina inhibe la síntesis del peptidoglucano
de las bacterias grampositivas y gramnegativas porque puede
pasar a través de los canales de porina de la membrana externa
de las bacterias gramnegativas.
Microbiologia_Medica-Murray 7ma-capítulo12.pdf
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