Reino Animalia Reino Hongo Reino Plantae. Reino Protozoa. Reino Monera

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1 CAPÍTULO 1 CLASIFICACIÓN MICROBIANA Carlos G. Osorio A. Los tres dominios de seres vivos En la década de los 80, surgió una nueva visión sobre la clasificación de los seres vivos y sus posibles relaciones evolutivas, provocando una verdadera revolución en la biología moderna. Para entender esta revolución debemos primero conocer cuál era el conocimiento que había entrado en crisis. El llamado paradigma clásico consideraba que la clasificación natural de los seres vivos comprendía sólo dos grandes clases de organismos: Procariontes (células sin núcleo) y Eucariontes (células con núcleo) 1. Estas dos grandes clases se diferenciaban profundamente a nivel de su estructura y organización subcelular, por lo que se les consideró siempre como grupos excluyentes. Además, estas clases de organismos eran agrupadas en 5 reinos (Whittaker, 1969), conformando los procariontes por si sólos el llamado reino Monera o Prokaryota (considerado primitivo o ancestral). Los 4 reinos eucariontes restantes Protozoa, Hongo, Plantae y Animalia serían reinos derivados del reino Monera (más evolucionados (Figura 1-1). Reino Animalia Reino Hongo Reino Plantae eucariontes Reino Protozoa procariontes Reino Monera Figura 1-1: Esquema de los 5 reinos clásicos de Whittaker y sus relaciones evolutivas: reino Metazoa (Animalia), reino Metafita (Plantae), reino Fungi (Hongo), reino Protista (Protozoa) y reino Monera (Procariota) (ver Whittaker & Margulis, 1978). En el año 1978 se descubre un nuevo tipo de seres vivos, tan distantes evolutivamente de las bacterias como de los eucariontes, siendo llamados primeramente arquibacterias. En el año 1990 se incorporan estos descubrimientos a una nuevo esquema sobre la evolución y 1 Ambos términos derivados del griego καρυον cuyo significado es nuez 3

2 4 Clasificación de los microorganismos clasificación de los seres vivos, planteando que la evolución habría ocurrido en tres líneas o linajes filogenéticos principales, y no en dos como postulaba el paradigma clásico (Wheelis et al., 1992; Woese et al., 1990). Esta nueva visión se caracteriza por considerar a las arquibacterias, actualmente denominadas simplemente arquea, como una tercera forma de vida, muy diferentes a los eucariontes y procariontes clásicos. Todos estos cambios y nuevas propuestas han sido posibles gracias al estudio y comparación de secuencias de macromoléculas conservadas en todos los seres vivos (denominadas relojes moleculares), tales como el ARN ribosomal (especialmente el ARNr 16S) y algunas proteínas conservadas tales como los factores traduccionales EF-G y EF-Tu. Para poder comprender el giro paradigmático ocurrido en las dos últimas décadas, debemos comenzar entonces por presentar el nuevo árbol filogenético propuesto para la evolución de los seres vivos. Esta nueva clasificación se basa en una visión tricotómica (tres linajes principales) e incorpora un nuevo nivel o rango taxonómico denominado Dominio (superior a Reino). Estos tres nuevos linajes evolutivos reciben entonces las siguientes denominaciones: dominio Eucaria, dominio Arquea y dominio Bacteria (Figura 1-2). Si observamos el árbol filogenético universal de la figura 1-2, notaremos que dentro del dominio Bacteria existen varios linajes bacterianos diferentes (1-6). Cada uno de ellos estrictamente debería corresponder a un reino diferente, sin embargo por razones de índole histórica se les denomina Divisiones o Phyla. Hoy en día se describen 80 Divisiones o Phyla en el dominio Bacteria, siendo la gran mayoría de estas bacterias fotolitotróficas, quimiolitotróficas, ambientales y no patógenas para el hombre. Muchas de ellas son fundamentales en varios ciclos geoquímicos de nuestro planeta (carbono, nitrógeno, fósforo, etc.). Figura 1-2: Árbol filogenético universal propuesto en Este árbol filogenético se basa en la comparación de secuencias del ARN ribosomal 16 S. La raíz se localizó mediante el estudio de los factores traduccionales EF-Tu y EF-G (Woese, et al., 1990). Los virus no se incorporan a esta clasificación por el hecho de no estar conformados por células y constituirse en seres vivos sólo en unión a una célula viva preexistente. Sus orígenes no están claros, algunos investigadores opinan que derivarían de entidades celulares y por lo tanto no serían primitivos. Otros investigadores piensan que corresponderían a

3 Mundo microbiano 5 remanentes de una etapa de la evolución precelular de la vida, por lo que en este caso se considerarían entes primitivos. Recientemente se descubrió una nueva familia de virus denominada Mimivirus, que se caracteriza por infectar amebas y poseer un genoma de ADN mayor que el de algunas bacterias (dos veces mayor que el genoma de la bacteria Mycoplasma genitalium). Algunos investigadores piensan, en base al estudio de las secuencias de algunas enzimas de estos virus, que esta familia podría corresponder a virus arcaicos, anteriores incluso al origen de las células eucariontes. En todo caso, hoy en día no existe consenso entre los investigadores respecto al origen de los virus y no parece posible, al menos al corto plazo, dilucidar experimentalmente tal cuestión. Dominios vivientes y organismos patógenos Dominio Bacteria Entre los agentes productores de enfermedad en el ser humano (bacterias patógenas), podemos distinguir principalmente: la división Proteobacteria (antes llamadas bacterias púrpura), las llamadas bacterias Gram positivas o Firmicutes, las espiroquetas, las Chlamydias y el grupo Cytophaga/Flexibacter/Bacteroides (CFB), (Tabla 1-1). Tabla 1-1: División o Phylum Principales grupos bacterianos de interés médico. Grupos o géneros representativas Proteobacteria ( α, β, γ, δ y ε subdivisiones) α: Rickettsia, Brucella, Erlichia, etc. β: Neisseria γ: Enterobacterias, Bacilos no fermentadores, Vibrios, Legionella. δ-ε: Helicobacter, Campilobacter Gram positivos o Firmicutes Alto contenido de G+C: Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Gardnerella. Bajo contenido de G+C: Estafilococos, estreptococos, enterococos, clostridios, Listeria, Bacillus, Mycoplasma. Espiroquetas Chlamydias Grupo CFB Treponema pallidum Chlamydia trachomatis, Chlamydia pneumoniae Bacteroides 1: Contenido Guanina y Citocina En términos generales, se puede decir que la gran mayoría de las bacterias patógenas del ser humano son unicelulares, y poseen tamaños entre 1-5 µm. Su metabolismo es en general quimio-órganotrofo y heterotrofo, pues la energía la obtienen de la oxidación de

4 6 Clasificación de los microorganismos compuestos orgánicos y derivan su carbono del mismo tipo de compuestos. La mayoría crece a una temperatura moderada entre C, clasificándose por tanto como mesófilos Como puede observarse en la tabla 1-1, la mayoría de las bacterias patógenas se encuentra en dos grandes grupos: Proteobacteria y Firmicutes. En general, la mayoría de las Proteobacteria posee una pared celular del tipo Gram negativa (ver detalles en capítulo de morfología y estructura) y su morfología corresponde a una forma alargada denominada bacilo. Algunos de ellos poseen, excepcionalmente, una morfología en espiral (Campylobacter y Helicobacter). Los Firmicutes o bacterias Gram positivas poseen en general una gruesa pared celular y se distinguen por teñirse de violeta con la tinción de Gram. Sin embargo, una excepción son los mycoplasmas (ejs: Mycoplasma genitalium, M. pneumoniae, M. hominis y Ureaplasma spp.), que pertenecen al mismo grupo y no poseen pared celular. Las espiroquetas poseen una morfología espiralada en forma de sacacorcho y su pared celular es semejante a la de las Proteobacteria. Una de las espiroquetas más conocidas es el agente causal de la sífilis, conocida enfermedad de transmisión sexual, denominado Treponema pallidum. Las Chlamidias son bacterias que no pueden sintetizar su propio ATP, siendo por ello obligadamente parásitos intracelulares. Algunos patógenos importantes de este grupo son: Chlamydia trachomatis (queratoconjuntivitis) y Chlamydia pneumoniae (patología respiratoria baja). Finalmente, los bacteroides del grupo CFB son importantes agentes etiológicos de patología abdominal (ejemplo: abcesos postoperatorios). Es importante mencionar también que las bacterias no sólo existen como organismos unicelulares, pues varios grupos se comportan como organismos pluricelulares complejos: Streptomyces spp., Nocardia spp., Myxococcus spp., etc. Varias de estos grupos son importantes productores de sustancias antibióticas con gran impacto médico. En algún momento se las consideró parte de los hongos, fundamentalmente por su morfología filamentosa. Sin embargo hoy en día su pertenencia a los procariontes está demostrada. Actualmente, gracias al estudio de la biodiversidad bacteriana se han descubierto varios grupos bacterianos con características peculiares, por ejemplo: bacterias gigantes Gram positivas de 600 x 80 µm (Epulopiscium sp), nanobacterias de nm de diámetro (posibles patógenos de la subdivisión α de las proteobacterias), bacterias que poseen una forma vivípara de reproducción (Metabacterium sp.), bacterias predadoras o carnívoras (Bdellovibrio sp.), etc. Seguramente muchos nuevos descubrimientos surgirán en los próximos años, pues cada vez disponemos de más métodos y herramientas experimentales para investigar el fascinante e increíble micromundo bacteriano que sólo recientemente nos está revelando sus más escondidos secretos. Finalmente, se debe enfatizar que las bacterias patógenas conforman un grupo muy reducido dentro de la enorme biodiversidad descrita actualmente para el dominio Bacteria (al año 2004 ya se han descrito 80 divisiones). Se debe recordar que la gran mayoría de las bacterias participan en ciclos geológicos y naturales no teniendo por tanto relación directa con patología. En general, las bacterias no deberían ser consideradas nuestras enemigas, sino más bien como nuestras camaradas de existencia en este planeta. Dominio Eucaria El dominio Eucaria comprende a todos los linajes microbianos constituidos por células eucarióticas. Históricamente estos correspondían a los llamados: reino Hongo, reino Animalia, reino Plantae y reino Protozoa (llamados a veces Protista). Actualmente, se conserva a los 3

5 Mundo microbiano 7 primeros, mientras que el antiguo reino Protozoa, se fragmenta en múltiples reinos (10-20 según los autores), tales como: Microsporidios, Diplomonadas, Apicomplexa, Alveolados, Stramenopiles, Excavados, entre otros. Algunos protozoos patógenos para el ser humano dentro del dominio Eucaria corresponden a: Giardia lamblia, Entamoeba histolitica, Toxoplasma gondii, Trypanosoma cruzi, Plasmodium falciparum, etc. Se piensa que el grupo de las Diplomonadas (por ej: Giardia lamblia) correspondería a los eucariontes más arcaicos. Este grupo carece de mitocondrias, cloroplastos y otros organelos subcelulares, por lo que se cree que podría corresponder a una fase de la evolución de los eucariontes previa a su simbiosis con bacterias de vida libre del grupo proteobacterias α (teoría del origen endosimbiótico de mitocondrias y cloroplastos). Por otra parte, algunos hongos patógenos para el ser humano son: Candida albicans y Cryptococcus neoformans (ejemplos de levaduras u hongos unicelulares); y Microsporum y Trichophyton (ejemplos de hongos filamentosos). Finalmente también existen algunos integrantes del reino Animalia propiamente tal, que se comportan como patógenos humanos, entre ellos varios helmintos del grupo de los Nemátodos (gusanos redondos) y de los Platelmintos (gusanos planos). Dominio Arquea Finalmente, los microorganismos denominados actualmente arquea constituyen un grupo taxonómico con características muy diferentes a las bacterias (Woese, 1987). Se puede decir que en general no causan patología, pero hay antecedentes de que algunos arquea metanogénicos podrían estar asociados a cuadros causados por anaerobios en humanos (por ejemplo: patología gingival). Los arquea son procariontes, aunque evolutivamente se encuentran más cercanos a los eucariontes que a las bacterias. Su sistema de duplicación del ADN, su sistema transcripcional, su sistema traduccional, presentan grandes similitudes con los sistemas eucariontes. Este hecho fue el que marcó el quiebre fundamental con el paradigma clásico, pues era inconcebible para la visión clásica que existiera un grupo de procariontes más cercanos evolutivamente a los eucariontes que a las bacterias (ver Fig 1-2). El dominio Arquea esta constituido por dos reinos: Crenarqueota y Euryarqueota, aunque ciertos organismos descubiertos recientemente pertenecerían a un nuevo reino denominado Korarqueota. A los crenotes o crenarqueotes también se los denomina eocitos (células del alba) o termoacidófilos, por haber sido descubiertos en fuentes hidrotermales con condiciones extremas de temperatura y acidez (ejemplo: geisers del Tatio o parque nacional de Yellowstone en USA). Los euryotes o euryarqueotes están conformados por una amplia variedad de microorganismos, siendo los más conocidos y mejor estudiados los llamados metanógenos (productores de metano) y también las haloarquea extremas (halófilas extremas). Se pensó en un principio que los arquea sólo habitaban ambientes con condiciones extremas de temperatura, acidez, salinidad, anaerobiosis, etc.; sin embargo hoy, gracias a los nuevos estudios de ecología molecular se ha demostrado que estos organismos se encuentran ampliamente distribuidos en la biósfera: océanos, suelos e incluso como simbiontes. Particularmente, algunos arquea del grupo de los euryotes metanogénicos conforma una parte importante de la microbiota normal del intestino de mamíferos (especialmente rumiantes), incluido el ser humano. Algunos investigadores piensan actualmente que el grupo evolutivo arqueano es el que se asemeja más fielmente al ancestro común entre bacterias y eucariontes, correspondiendo a una especie de eslabón perdido entre ambos grupos (tal eslabón es denominado cenancestro).

6 8 Clasificación de los microorganismos Este cenancestro podría haber sido un organismo muy similar a los modernos procariontes o un organismo en un estadío evolutivo arcaico, denominándose en este caso progenote (aparato genético arcaico). Es una visión extendida, que los primeros organismos habrían tenido un genoma de ARN y que tan sólo tardíamente éste habría sido transformado en ADN. Los mencionados progenotes podrían haber poseído un genoma de ARN. A esta fase de la evolución biológica se la denomina mundo del ARN (RNA world). El descubrimiento de los arquea estimuló fuertemente el estudio de las relaciones evolutivas entre los microorganismos y actualmente existen varios grupos en el mundo dedicados a este tema. En la actualidad, se estima que sólo conocemos entre el 5-10% de los microorganismos existentes, pues la gran mayoría no es posible de cultivar por procedimientos convencionales y por tanto no es posible su estudio. De esta minoría que conocemos, la mayor parte corresponde a bacterias patógenas (de gran importancia para el ser humano, por razones obvias, pero probablemente una minoría dentro de la diversidad microbiana total). Este hecho, tiene consecuencias profundas sobre nuestro conocimiento biológico, pues significa que esta ciencia se sustenta en el conocimiento adquirido a partir de un conjunto mínimo y además no representativo de organismos. Seguramente, en un futuro no lejano, una pléyade de nuevos fenómenos serán descubiertos que probablemente no sean contradictorios con el conocimiento biológico actual. Sin embargo, su magnitud puede ser tal que nuestra visión global de la biología podría ampliarse sustancialmente. Como expresó el gran filósofo Heráclito de Efeso: todo fluye. Así ocurre también con la biología y especialmente con la microbiología. BIBLIOGRAFÍA Madigan, M.T., Martinko, J.M., and Parker, J Brock Biología de los microorganismos. 10ª edición en español, Pearson Educación S.A., Madrid. Bruce Alberts,Alexander Johnson,Julian Lewis,Martin Raff,Keith Roberts,Peter Walter Molecular Biology of the Cell 4ª edition, Garland Science Publishers. Delsuc F., Brinkmann H., and Philippe H Phylogenomics and the reconstruction of the tree of life. Nature Reviews Genetics 6: Rivera M.C. and Lake J.A The ring of life provides evidence for a genome fusion origin of eukaryotes. Nature 431: Woese CR, Kandler O and Wheelis ML Towards a natural system of organisms: Proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: Didier Raoult, Stephane Audic, Catherine Robert, Chantal Abergel, Patricia Renesto,1 Hiroyuki Ogata, Bernard La Scola, Marie Suzan, Jean-Michel Claverie The 1.2- megabase genome sequence of Mimivirus. Science 306:

7 CAPÍTULO 2 MORFOLOGÍA Y ESTRUCTURA BACTERIANA María Angélica Martínez T. Tamaño, morfologías y agrupaciones bacterianas La observación microscópica de las bacterias revela su tamaño, morfología y tipos de agrupaciones, características que son de ayuda para la identificación bacteriana. Las bacterias tienen alrededor de 1 µm de diámetro y 0.2 a 3-4 µm de largo y poseen tres formas básicas; las cocáceas ó cocos (bacterias de forma esférica); los bacilos (bacterias de forma cilíndrica) y las espiroquetas (bacterias con forma de espiral). Muchas especies bacterianas, especialmente las cocáceas, permanecen unidas luego de su división, dando origen a distintas agrupaciones que facilitan su identificación presuntiva. Las agrupaciones están determinadas por el plano de división bacteriana y la mayor ó menor tendencia de las bacterias a permanecer unidas. Cuando una cocácea se divide en un plano forma un diplococo. Existen dos tipos de diplococos; neisserias y neumococos. Las neisserias están unidas por sus caras adyacentes planas lo que les da forma de granos de café. Esta disposición es característica de Neisseria gonorrhoeae y Neisseria meningitidis, agentes de la gonorrea y meningitis respectivamente. Los neumococos, término científico Streptococcus pneumoniae, es la principal causa de neumonia adquirida en la comunidad. Este microorganismo forma cadenas cortas y diplococos y se caracterizan por tener una forma alargada descrita como lanceolada (la forma de la punta de una lanza), ó de llama de una vela. Si la cocácea se divide en un plano, pero permanece unida luego de la división da origen a una cadena ó estreptococo (Streptococcus). Si por el contrario, la cocácea se divide en varios planos, da origen a un racimo de uva, característica presente en los estafilococos (Staphylococcus). Los bacilos tienen menor tendencia a permanecer unidos luego de la división, pero se decriben dos agrupaciones; los estreptobacilos (cadenas de bacilos) característica presente en el género Bacillus y las bacterias dispuestas en empalizada ó letra china. Esta última característica se debe a que los bacilos quedan unidos por un extremo luego de su división, lo que se presenta en los difteromorfos, bacterias de morfología similar a Corynebacterium diphteriae, el agente de la difteria. Mientras la difteria ha sido controlada por vacunas, existen numerosas otras especies de Corynebacterium que forman parte de la Microbiota comensal de nuestra piel y mucosas. Ultraestructuras bacterianas Muchos elementos de la estructura bacteriana están involucrados en su interacción con el hospedero, siendo responsables de su patogenicidad. Algunas estructuras bacterianas participan en la adherencia a los tejidos del hospedero, en la evasión de la respuesta inmune o induciendo una respuesta inflamatoria de diferente magnitud. Algunos de sus componentes permiten en el laboratorio el diagnóstico microbiológico. Por otra parte, componentes de la estructura bacteriana constituyen el sitio blanco de antimicrobianos y vacunas.

8 10 Biología de los microorganismos En la figura 2-1, se observa un esquema de la célula procariótica. Su citoplasma carece de organelos membranosos, (mitocondrias) y sistemas de membranas (retículo endoplasmático) e incluye el material genético. En contraste, su envoltura es más compleja comparada con la célula eucariótica, ya que, además de la membrana celular, posee una compleja pared celular y frecuentemente una cápsula. Las estructuras bacterianas las podemos clasificar, por razones didácticas, en estructuras constantes o accesorias. Las estructuras constantes son las estructuras esenciales para la vida de la bacteria e incluyen el citoplasma con el cromosoide bacteriano, la membrana y la pared celular. Por otra parte, las estructuras accesorias: cápsula, flagelos y fimbrias, están presentes sólo en algunas de ellas y aunque no son indispensables para la vida, otorgan extraordinarias ventajas adaptativas a las bacterias que las poseen. Figura 2-1: ESTRUCTURAS CONSTANTES Estructura de una célula procariótica. El citoplasma bacteriano es un gel de alta presión osmótica. Al microscopio electrónico muestra un aspecto finamente granular, debido a su alto contenido en ribosomas e inclusiones de diversos materiales nutritivos que las bacterias almacenan en forma insoluble. Aproximadamente en el centro del citoplasma localizamos el material genético de la bacteria, organizado en un nucleoide, el cual se destaca en microfotografías por su aspecto hipolúcido. Este material genético consiste de un cromosoide único formado por ADN de doble hebra circular. En las bacterias típicas, como Escherichia coli, tiene aproximadamente kpb y extendido mide 1 mm de longitud. Esta gran molécula se encuentra compactada por sobreenrrollamiento, proceso en el que intervienen enzimas del tipo topoisomerasa y proteínas estructurales tipo-histonas. La membrana citoplasmática, mejor llamada membrana celular, es la fina membrana que protege el citoplasma. Cumple con el modelo de Singer de unidad de membrana, estando constituida por una bicapa fosfolipídica y proteínas, tanto integrales como periféricas. 9

9 Estructura bacteriana 11 Constituye la principal barrera de permeabilidad celular, pero en las bacterias cumple numerosas otras importantes funciones. Entre otras, contiene las proteínas y otros componentes de la respiración celular y fosforilación oxidativa. Es un soporte para la síntesis y translocación de las macromoléculas externas que forman la pared celular y los exopolisacáridos. Es el lugar de síntesis de enzimas y de proteínas en general. La membrana celular se pliega al interior formando un saco membranoso denominado mesosoma, en al menos dos localizaciones. Los mesosomas sirven de sitio de anclaje del cromosoide bacteriano a la membrana celular, participando en su separación luego de la replicación y en la formación de un septum que dividirá las células hijas. La pared celular es el soporte físico de la célula y la estructura más externa cuando no existe cápsula. La pared celular otorga protección física a la bacteria y también la protege del shock osmótico, dada la hipertonicidad celular. Además de estas funciones esenciales, algunos de sus elementos también participan en la interacción agente-hospedero, ya sea facilitando la adherencia a los tejidos, protegiendo la bacteria de los mecanismos inespecíficos de defensas o induciendo una respuesta inflamatoria. El componente básico de la pared celular es el peptidoglicano o mureína. Está presente en todas las bacterias, excepto los Mycoplasmas que carecen de pared celular y que han desarrollado otras estrategias para protegerse del shock osmótico. El peptidoglicano es una macromolécula compleja que se dispone como una red alrededor de la célula bacteriana. Está compuesto por cadenas de dos aminoazúcares alternados: N-acetil glucosamina y ácido N-acetil murámico, unidos por enlace ß-1-4. El ácido murámico está constituido por un tetrapéptido formado por L y D aminoácidos: L-alanina, D-ácido glutámico, L-lisina, D-Alanina. Finalmente, las cadenas de azúcares se unen entre si por la unión de los tetrapéptidos de una cadena con la otra. Esto le da al peptidoglicano su estructura de red, determinando su resistencia. La unión entre los tetrapéptidos de cadenas vecinas es inhibida por los antibióticos ß-lactámicos. Existen diferencias en la composición y estructura de la pared celular entre las bacterias Gram (+) y Gram (-) (Figura 2-2).

10 12 Biología de los microorganismos Figura 2-2: Envolturas bacterianas. Pared celular en bacterias Gram (+): El péptidoglicano se dispone en varias capas lo que le otorga grosor a la pared. Atraviesan el peptidoglicano polisacáridos ácidos, denominados ácidos teicoicos. Los ácidos teicoicos son de dos clases: poliglicerol fosfato y poliribitol fosfato. Los poliglicerol fosfatos están unidos a la membrana celular y se les denomina ácidos lipoteicoicos, mientras que los poliribitol fosfato o ácidos teicoicos están unidos al peptidoglicano. Las funciones primarias de estos polímeros son la estabilización del peptidoglicano y la captura de Mg ++. Sin embargo, se ha demostrado en algunas bacterias patógenas, como Staphylococcus y algunos Streptococcus, que cumplen funciones tipo adhesinas. En S. pneumoniae contribuyen a la respuesta inflamatoria. Otros componentes, presentes en algunos microorganismos, tienen importancia antigénica o clínica. Por ejemplo, los polisacáridos neutros se encuentran presentes en todos los Streptococcus, así como la proteína M en el S. pyogenes. Pared celular en bacterias Gram (-): Su pared celular es más delgada, pero más compleja que la de los Gram (-). El péptidoglicano se dispone en una sola capa, pero por fuera de ella se encuentra una segunda membrana denominada membrana externa. La membrana externa es una membrana asimétrica, porque si bien la monocapa interna está formada por fosfolípidos, la monocapa exterior está formada por un tipo especial de lípido, denominado lipopolisacárido (LPS). El LPS es una molécula anfipática que contiene tres regiones diferentes: el lípido A, el core y el antígeno O. El lípido A, es un complejo de azúcares, fosfatos, ácidos grasos y forma una bicapa con los fosfolípidos de la membrana. Además, es el responsable de la toxicidad del LPS. El core, es un oligosacárido de 4 a 5 azúcares, algunos infrecuentes como las heptosas y un azúcar de 8 carbones, denominado ceto-deoxioctanoico (KDO). Sirve de enlace entre el lípido A y el Antígeno O. El antígeno O, está formado por cadenas de 25 o más unidades de azúcares repetidas. En el laboratorio permite la clasificación de importantes grupos bacterianos como Salmonella, Shigella, E. coli uropatógenos y enteropatógenos. El LPS constituye una endotoxina, que se libera cuando la bacteria se divide o muere. Es un potente estimulador de los macrófagos, lo que causa la activa liberación de citoquinas, responsables de las manifestaciones clínicas de las infecciones por bacterias Gram (-) y que varían desde una fiebre hasta el shock séptico. Entre la membrana externa y la membrana celular se crea un compartimento virtual, llamado espacio periplásmico. El espacio periplásmico es una matriz que incluye al péptidoglicano, enzimas, proteínas captadoras de nutrientes y sustancias de secreción. La membrana externa contiene numerosas proteínas, siendo las porinas las más abundantes. Se denominan así, porque forman poros que comunican el exterior con el espacio periplásmico. Las porinas constituyen poros de difusión inespecíficos que permiten el paso de sustancias hidrofílicas y no mayores de 700 daltons (aminoácidos o disacáridos). Las porinas

11 Estructura bacteriana 13 más conocidas en E. coli son OmpC y OmpF. En condiciones de alta osmolaridad o temperatura (como las que se encuentran en el ser humano), se sintetiza preferentemente OmpC, porina de poro pequeño, mientras que en condiciones de baja osmolaridad y baja temperatura (medio ambiente), se sintetiza la porina OmpF, que tiene un poro de mayor diámetro. Otra proteína abundante en la membrana externa, es OmpA. Esta última, no es una porina, sino que es el receptor del pili F que participa en el proceso de conjugación. ESTRUCTURAS ACCESORIAS Exopolisacáridos: La mayoría de las bacterias; tanto Gram (+) como Gram (-) sintetiza una cubierta de naturaleza polisacárida que las rodea. Los exopolisacáridos son sintetizados en la membrana citoplasmática, atraviesan la pared celular y se establecen afuera. Se clasifican de acuerdo a la relación con la superficie exterior de la bacteria y a su grado de rigidez en cápsulas y glicocálix. Las cápsulas tienen una unión firme a la bacteria, son rígidas y excluyen partículas, entre ellas la tinta china. Su función es proteger a las bacterias de la fagocitosis, interfiriendo en la acción del complemento. Los polisacáridos capsulares son antigénicos (Antígeno K). Debido a su estructura fibrilar radial altamente hidratada, las cápsulas no se tiñen con las tinciones habituales, sino que requieren colorantes específicos para polisacáridos o tinción negativa con tinta china. El glicocálix es flexible, se une en forma laxa a las bacterias, perdiéndose fácilmente. Participa en la formación de biopelículas. Esta forma de crecimiento bacteriano se caracteriza por la formación de microcolonias rodeadas de glicocálix. Un ejemplo de importancia clínica es la colonización del Staphylococcus epidermidis en material protésico y catéteres. Una vez adherida esta bacteria, se multiplica formando una microcolonia rodeada de glicocálix que la protege de los antimicrobianos, anticuerpos y de la fagocitosis. Flagelos: Los flagelos son apéndices filamentosos, helicoidales, que se emplean en la movilidad bacteriana. Las bacterias nadan rotando los flagelos, como una hélice. Están presentes sólo en los bacilos. Están formados por un cuerpo basal y un gancho embebidos en la envoltura celular y un filamento externo. El filamento externo mide 20 nm de diámetro y consiste en el ensamblaje de miles de monómeros de una proteína llamada flagelina, que se dispone como un cilindro de 5 10 µm de longitud. Los flagelos se observan al microscopio de luz, solamente si las bacterias se tiñen con tinciones que aumenten su grosor. La posición de los flagelos puede ser perítrica, rodeando toda la bacteria; monótrica o lofótrica si poseen un flagelo o un haz de flagelos en un polo, respectivamente; o anfítricas si poseen un haz de flagelos en cada polo. Los flagelos son muy buenos inmunógenos. Los antígenos flagelares se denominan antígenos H. Las bacterias móviles tienen una ventaja adaptativa a su ambiente, porque regulan su desplazamiento, mediante quimiotaxis frente a diversas sustancias nutritivas y repelentes.

12 14 Biología de los microorganismos En Salmonella existen dos genes con distinta ubicación en el cromosoide, que codifican flagelos, antigénicamente diferentes. La regulación de la expresión de estos genes se debe a la inversión de una secuencia repetida invertida, responsable de la activación de un promotor ( off / on ). Este fenómeno se denomina variación de fases y probablemente ayuda a la bacteria a evadir la respuesta inmune humoral. Fimbrias: Las fimbrias, también llamadas pili, son microfibrillas parecidas a pelos, que rodean en número de a algunas bacterias Gram (-). Miden 3-7 µm de diámetro, por lo que se observan sólo al microscopio electrónico. Están constituídas por el ensamblaje de miles de monómeros de un proteína estructural llamada pilina, que se dispone en cilindros rígidos o flexibles y por unas pocas copias de una proteína apical con propiedades de adhesina. Las fimbrias son responsables de la adherencia específica de las bacterias a los tejidos del hospedero, explicando la especificidad de hospedero y de tejidos de las bacterias. Entre los ejemplos más conocidos destacan las fimbrias tipo 1 o pilis comunes, que se adhieren a residuos de manosa y que se encuentran en un gran número de Enterobacteriaceas y las fimbrias P, que se encuentran en los clones uropatógenos y pielonefritogénicos de E. coli y cuyo receptor es gal-gal. Dada su importancia, numerosas bacterias fimbriadas han desarrollado mecanismos que le permiten la variación de fases y variación antigénica de las fimbrias, con el objeto de evadir la respuesta inmune humoral del hospedero. Esporas: Dos géneros de bacilos Gram (+): Bacillus y Clostridium pueden dar origen a una forma de vida latente y resistente denominada endospora. Estas estructuras se originan dentro de la célula bacteriana vegetativa y se liberan por lisis celular. Las endosporas son resistentes a condiciones ambientales desfavorables como calor, desecación y radiación ultravioleta, permaneciendo viables en el ambiente por cientos de años. Debido a su resistencia y a que son producidas por microorganismos altamente patógenos, es imprescindible esterilizar las soluciones e instrumentos médicos que van a ser empleados en cirugía adecuadamente (autoclave y horno Pasteur). El proceso de esporulación comienza con la expresión de una nueva subunidad σ de la ARN polimerasa, la cual va a transcribir los genes relacionados con este proceso. Con la replicación del ADN y migración de un cromosoide a un polo, se invagina la membrana celular rodeando en una doble capa el cromosoide y una pequeña cantidad de citoplasma. Luego, se sintetizan dos capas de la espora entre ambas bicapas de membrana. La más interna, o corteza, corresponde a una gruesa capa de peptidoglicano, mientras que la externa o cubierta, está compuesta por una proteína similar a la queratina; impermeable y rica en enlaces S-S-. La termorresistencia parece estar mediada por un compuesto rico en calcio, el dipicolinato de calcio y por el estado de deshidratación de la espora. El proceso de germinación es igualmente complejo. Lesiones de la cubierta de la espora, más un ambiente propicio estimularían la germinación. Esta se inicia con la captación de agua y la pérdida del dipicolinato de calcio y continúa con la biosíntesis de las estructuras de la forma vegetativa.

13 Estructura bacteriana 15 BIBLIOGRAFÍA Prescott M, Harley JP, Klein DA (eds) Interamericana. 4ª ed. Zinsser Microbiología. Mc Graw-Hill Joklik WK, Willet HP, Amos DB, Wilfert CM (eds) Microbiología. Editorial médica panamericana, 20ª ed. Mims C, Playfair J, Roitt HI, Wakillin D, Williams R (eds) Microbiología médica. Dosby/Doyma Libros, 1ª ed.

14 CAPÍTULO 3 FISIOLOGÍA BACTERIANA María Antonieta Cruz y Germán Hermosilla D. La Fisiología microbiana comprende el estudio de las funciones realizadas por los microorganismos. La función fundamental de todo ser vivo es el crecimiento, esto es aumentar en forma ordenada el número y la masa de todos sus componentes celulares, tales como pared celular, membrana citoplasmática, ácidos nucleicos (ADN y ARN), flagelos, fimbrias, entre otros. Estas estructuras celulares están compuestas fundamentalmente de macromoléculas: proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos. Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida todos sus componentes celulares, siendo la mayoría autosuficientes a pesar de su simpleza estructural. Para que esto ocurra, en la bacteria se desencadenan una serie de procesos químicos que en su conjunto constituyen el metabolismo bacteriano. En el metabolismo bacteriano, los procesos químicos por los cuales la bacteria construye componentes celulares, a partir de compuestos simples externos (nutrientes), se denomina anabolismo. En cambio, aquellas reacciones destinadas a obtener energía a partir de compuestos químicos corresponden al catabolismo. Desde su hábitat o entorno la bacteria incorpora las sustancias necesarias para vivir, proceso llamado nutrición. Una vez incorporados estos nutrientes, a través del metabolismo bacteriano, la célula será capaz de reproducirse y transmitir su material genético a la progenie. NUTRICIÓN Desde la época de Pasteur, se han usado como medios de cultivo, extractos de tejidos animales o vegetales, recibiendo el nombre de caldos. Sólo con los estudios de Müeller se empezó a conocer en forma fraccionada los elementos que son necesarios para que una bacteria se desarrolle. Las bacterias que evolutivamente se adaptaron a vivir libremente en la tierra y el agua, tienen requerimientos más simples que aquellas que viven en la superficie de tejidos animales, las que requieren compuestos nutritivos más complejos, como aminoácidos, vitaminas y bases nitrogenadas. En estas bacterias, la carencia de una vía metabólica determina requerimientos más complejos que las bacterias de vida libre, las cuales poseen vías metabólicas mucho más complejas. Es difícil determinar cuáles son los mínimos nutrientes necesarios para que la bacteria sobreviva y se multiplique, sin embargo, considerando los componentes celulares, se afirma que las bacterias necesitan fundamentalmente: 15

15 16 Biología de los microorganismos Agua: Más del 80% de la composición celular bacteriana es agua. Es el solvente universal, cumple una función tampón y actúa como coenzima de enzimas hidrolasas. Fuente de Carbono: Todos los compuestos orgánicos poseen carbono. Las fuentes más simples de carbono son el CO 2 y el CH 4. Fuentes más complejas son aminoácidos, hidratos de carbono y lípidos. De acuerdo a la fuente de carbono utilizada, las bacterias pueden ser clasificadas como autótrofas y heterótrofas. Es importante señalar que no existe un límite preciso de separación entre ambos grupos. Bacterias autótrofas son aquellas bacterias que utilizan como fuente de carbono sustancias simples, como CO 2 y CH 4. En cambio, las bacterias heterótrofas requieren macromoléculas orgánicas como fuente de carbono, tales como los hidratos de carbono. La mayoría de las bacterias patógenas para el hombre son heterotrófas. Nitrógeno (N 2 ): El nitrógeno, es otro elemento fundamental, ya que es el componente principal de proteínas y ácidos nucleicos, constituyendo el 10% del peso seco de una bacteria. El N 2 en el interior de la célula se encuentra como grupo amino (R-NH 2 ), sin embargo, las bacterias lo pueden adquirir en forma de NO 3, NO 2, N 2, NH 4, RNH 2. Las bacterias cumplen un rol fundamental en el ciclo geoquímico del N 2, porque la urea, que es el principal producto de excreción del metabolismo de las proteínas en los mamíferos, es inestable y se descompone rápidamente a amoniaco (NH 3 ), compuesto volátil que se perdería sí no existieran las bacterias nitrificantes del suelo, las que por oxidación lo llevan a NO 3 no volátil. Este NO 3 puede ser captado por las plantas y transformado a compuestos orgánicos. También existen las bacterias denitrificantes que reducen el NH 3 a N 2, en regiones anaeróbicas del suelo, liberándolo a la biosfera. Azufre (S): Este elemento es utilizado por la bacteria para sintetizar aminoácidos azufrados, tales como cisteína y metionina. También, forma parte de vitaminas, como biotina y tiamina. La mayoría de las bacterias son capaces de obtener S a partir de SO 4 y lo reducen a H 2 S, el que generalmente es transportado por una molécula de O acetil serina. Dadores de H 2 y receptores de H 2 : Las bacterias patógenas para la especie humana, realizan su metabolismo en base a reacciones químicas, obteniendo energía fundamentalmente por óxido-reducción. De tal manera que necesitan sustratos oxidables y aceptores finales de electrones. Ej.: glucosa, como dador de electrones y O 2, como receptor de éstos.

16 Fisiología bacteriana 17 Iones inorgánicos (P, K, Mg): El fósforo es esencial en estructuras como ácidos nucleicos, ATP, fosfolípidos de membrana y algunas coenzimas, como NAD y FAD. El P puede ser captado como fosfato o P libre (Pi). Elementos traza u oligoelementos: Son aquellos elementos que las bacterias requieren en cantidades muy pequeñas, como Fe, Cu, Mo, Zn. Generalmente, basta con la cantidad que contiene el H 2 O u otros elementos del medio. Respecto al Fe, se ha determinando que existen en las bacterias moléculas transportadoras de Fe denominadas sideróforos, que compiten con la lactoferrina y transferrina del hospedero. Por ejemplo, E. coli tiene un operón que codifica para el sideróforo entero-quelina y para una proteína de membrana que actúa como un receptor que capta las deficiencias de Fe del ambiente. Factores de crecimiento: Se definen como aquellas sustancias que son indispensables para la vida de la bacteria, pero que ella es incapaz de sintetizar Ej.: vitaminas, bases nitrogenadas, aminoácidos y colesterol. Estos compuestos hay que aportarlos al medio, puesto que su carencia no es compatible con la vida bacteriana. Como ya se mencionó, la nutrición tiene por objeto el aporte de sustancias necesarias para el proceso de síntesis de componentes celulares o biosíntesis. Este proceso requiere energía, la cual puede ser obtenidas por las bacterias desde dos fuentes: luz y compuestos químicos. Dependiendo de cual es la fuente de energía, las bacterias pueden ser clasificadas como organismos fosfosintéticos o quimiosintéticos, respectivamente. En ambos grupos, la energía se conserva en forma de ATP. Las bacterias de importancia médica son quimiosintéticas, debido a que deben vivir en la obscuridad de nuestras mucosas y tejidos. Además de todos los nutrientes antes mencionados, el medio que rodea a las bacterias debe proporcionar las condiciones físico-químicas apropiadas, que favorezcan el crecimiento bacteriano, tales como, temperatura, presión osmótica y ph. Temperatura: La mayoría de las bacterias pueden crecer en un amplio rango de temperatura. Sin embargo, sólo presentan un estrecho rango de crecimiento óptimo. Delimita este rango una temperatura mínima de crecimiento y una máxima. Por debajo de la mínima la multiplicación se deteriora. Se sabe que la síntesis proteica es un proceso muy sensible a bajas temperaturas. Por sobre la temperatura máxima se produce muerte bacteriana debido a coagulación y denaturación de proteínas. La temperatura de crecimiento es un rango taxonómico muy importante, pudiéndose clasificar a las bacterias según su óptimo térmico en tres grandes grupos:

17 18 Biología de los microorganismos Psicrófilas Mesófilas Termófilas 50-60º La mayoría de las bacterias patógenas para la especie humana, se encuentra en el grupo de las mesófilas, pero existen algunas especies psicrófilas que pueden llegar a producir patologías, como es el caso de Listeria monocytogenes. ph: En el interior de la bacteria siempre el ph es neutro, lo que nos demuestra el eficiente sistema de membrana de las bacterias. La mayoría de las bacterias puede soportar cambios entre 3 y 4 unidades de ph. Se puede agrupar a las bacterias en tres grupos según el ph: alcalófilas, neutrófilas y acidófilas. La mayoría de las bacterias son neutrófilas. Excepciones notables son Lactobacillus spp, microorganismo acidófilo que crece a ph = 4.5 y Vibrio cholerae, un alcalófilo que puede vivir a ph 9. Presión osmótica: En general las bacterias soportan un amplio rango de presiones, debido a la presencia de la pared celular que es una importante barrera. Si se coloca a las bacterias en un medio hipertónico, el H 2 O sale de la bacteria y se produce el fenómeno de plasmólisis. Existen las bacterias halófilas extremas que soportan hasta un 30% de sales y las halófilas corrientes que soportan entre 2 a un 10% de concentración de sal, Ej.: Staphyloccus aureus. METABOLISMO BACTERIANO Se define como el conjunto de reacciones que se realizan en el interior de las células. Estas reacciones pueden ser de síntesis (anabólicas) y de degradación (catabólicas). La mayoría de las reacciones en los organismos vivos no ocurren espontáneamente, sino que requieren la acción de un catalizador, el cual incrementa la velocidad de la reacción. Los catalizadores de las reacciones biológicas son proteínas llamadas enzimas. Las enzimas son altamente específicas para las reacciones que catalizan. Las enzimas bacterianas pueden clasificarse según su lugar de acción en: endoenzimas y exoenzimas. Las endoenzimas, son aquellas enzimas que actúan en el interior de la célula. Ej. oxidasas, reductasas y transaminasas. Las exoenzimas, son enzimas que siendo también sintetizadas en el interior de la célula, para ejercer su función deben ser exportadas al medio extracelular en bactarias Gram (+) y al espacio periplásmico en las bacterias Gram (-). Su función principal es degradar macromoléculas, las que por su tamaño no atraviesan las capas superficiales de la célula procariótica. Las enzimas bacterianas, también pueden ser clasificadas considerando sí su síntesis es o no modificada por el medio ambiente. De acuerdo a esto, las enzimas pueden ser constitutivas o inducidas. Las enzimas constitutivas son aquellas cuya síntesis es

18 Fisiología bacteriana 19 independiente del medio externo. Se sintetizan siempre, Ej. enzimas que degradan la glucosa. En cambio, las enzimas inducidas son aquellas cuya síntesis depende de la presencia o ausencia del sustrato en el medio, Ej. β-galactosidasa, la cual actúa sobre la lactosa, sólo es sintetizada cuando existe lactosa en el medio (Figura 3-1). Las bacterias son metabólicamente eficientes ya que la mayoría de sus enzimas son inducidas. En un medio óptimo, la célula bacteriana regula sus vías metabólicas tan eficientemente que ningún intermediario es sintetizado en exceso. Si existe una fuente de carbono en exceso, se pone en juego toda la maquinaria enzimática para utilizarla. En forma opuesta, si un aminoácido esta en exceso, se reprime su biosíntesis. La regulación enzimática se realiza fundamentalmente en dos niveles: actividad enzimática (enzimas alostéricas, fosforilación) y síntesis enzimática (regulación de la expresión génica). En bacterias, la síntesis enzimática está regulada a través del sistema de operones, los cuales corresponden a unidades regulatorias génicas. Organización Operón Lac i P O Z Y X Gen regulador β galactosidasa Permeasa Acetilasa Promotor Operador En ausencia del inductor i P O Z Y X transcripción ARNm traducción ARN polimerasa represor En presencia del inductor i P O Z Y X ARN polimerasa ARNm transcripción traducción ARNm inductor Complejo represor-inductor Proteínas: β-galactosidasa permeasa acetilasa Figura 3-1: Operón Lac

19 20 Biología de los microorganismos Por ejemplo, se denominan bacterias Lactosa + a aquellas con la capacidad de sintetizar las enzimas necesarias para utilizar la lactosa, (β-galactosidasa, permeasa y acetil-transferasa). Las tres enzimas son codificadas en el operón Lac (Figura 3-1). Sobre este operón, actúa una proteína represora de la transcripción, codificada por el gen i (regulación génica negativa). Sin embargo, la proteína represora es inactivada por la presencia de lactosa en el medio, por lo que la expresión del operón Lac procede. Una bacteria es Histidina + cuando posee el operón His. Este operón contiene los genes necesarios para la síntesis de este aminoácido. En este caso la proteína represora es activada por el aminoácido respectivo, constituyendo también un ejemplo de regulación génica negativa. Por otro lado, las bacterias también poseen sistemas de regulación génica positiva. Es el caso de los operones relacionados con la utilización de la maltosa en Escherichia coli, cuya expresión depende de la presencia de una proteína activadora de la transcripción. Sin embargo, la proteína activadora no puede unirse a los operones Mal a menos que primero se una a la maltosa, que es el efector. En ausencia de maltosa, la proteína activadora no es capaz de interactuar con los operones Mal y por lo tanto estos no se expresan. Para ejemplificar lo que ocurre al interior de una célula microbiana, con la incorporación de un determinado nutriente, vamos a destacar algunas etapas de la utilización de glucosa, el monosacárido más abundante de nuestro organismo. La mayoría de las bacterias patógenas son Glucosa +, a excepción de un grupo denominado bacilos Gram (-) no fermentadores (BGNNF). La glucosa entra a la célula por transporte activo como glucosa-6-p. Posteriormente, se reorganiza y se transforma en fructosa-1,6-difosfato. Luego, es partida en 2 triosas: gliceraldehído-3-p y dihidroxi acetona fosfato. Finalmente, se llega a piruvato, una encrucijada metabólica, igual a lo que sucede en nuestras células. Si el ácido pirúvico encuentra un ambiente sin O 2, sigue la vía glicolítica (Embden Meyerhof) hasta llegar a ácido láctico. Esta es la vía fermentativa que algunos géneros microbianos como Staphylococcus y Streptococcus utilizan para oxidar glucosa y a través de la cual obtienen energía, proceso denominado fosforilación a nivel de substrato. Por otro lado, en presencia de O 2, el ácido pirúvico se descarboxila oxidativamente, llegando a acetil coa, una molécula capaz de ingresar al ciclo de Krebs. Este ciclo, se lleva a cabo en el citosol, muy cerca de la membrana citoplasmática. Aunque no es el objetivo de este capítulo analizar sus diversas etapas, es importante destacar que como resultado de la oxidación de los compuestos, se liberan átomos de H 2, los que van a ser captados por moléculas especializadas, como el NAD, que forman parte de las moléculas transportadora de la cadena respiratoria. En E. coli, se han encontrado moléculas transportadoras similares a las presentes en mitocondrias. Estas moléculas están ubicadas de tal manera en la membrana citoplasmática que se produce una dirección vectorial de electrones. Por otra parte, coexisten moléculas que sólo transportan electrones (FAD y citocromos) y las restantes que llevan electrones y protones. Los protones que no son transportados son expulsados al exterior de la membrana citoplasmática, creando un potencial de membrana de dos componentes: ph y eléctrico.

20 Fisiología bacteriana 21 Debido a este potencial, los protones son capaces de ingresar por el complejo ATPasa, al interior de la célula, proporcionando la energía para que el ADP se fosforile y se transforme en ATP. Este mecanismo se conoce con el nombre de fosforilación oxidativa (Figura 3-2). Medio Exterior 2H + 2H + 2H + 2e - 2e - 2e - 1/2O 2 +2H + H 2 O ATPasa H + NADH+H + NAD + Citoplasma ADP+P i Figura 3-2: Cadena transportadora de electrones en la respiración y su relación con la generación de ATP. Todos los seres vivos son capaces de sintetizar ATP por estos dos mecanismos: fosforilación oxidativa y fosforilación a nivel de sustrato. Las bacterias no constituyen una excepción a esta regla. En la célula humana, el aceptor final de electrones en la cadena respiratoria es siempre el O 2. En las bacterias, el aceptor final puede ser O 2, nitratos, sulfatos, o sustancias orgánicas. Esta capacidad de cambiar el aceptor final de electrones permite clasificar a las bacterias en tres grupos: aerobios, anaerobios y anaerobios facultativos. Aerobios estrictos : Son aquellas bacterias en que el aceptor final de electrones es el O 2. Ej. Mycobacterium tuberculosis. H + ATP Membrana Anaerobios estrictos : Son aquellos micoorganismos en que el aceptor final es una molécula inorgánica, como SO 4 o NO 3. No utilizan O 2 y más aún éste es tóxico, ya que carecen de la capacidad de sintetizar catalasa, superóxido dismutasa. Ej. Clostridium perfringens. Anaerobios facultativos: Pueden vivir con O 2 y sin O 2. Si están en un medio con O 2 (aerobio), lo utilizan como aceptor final de electrones, forman ATP por fosforilación oxidativa. Pero si las condiciones del medio cambian y se termina el O 2, estos microorganismos son capaces de cambiar todo su patrón enzimático relacionado con la respiración. Se ha comprobado que E. coli es capaz de sintetizar 50 enzimas nuevas en pocos minutos para seguir la vía anaeróbica. También en