UNIDAD I: MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA. Importancia del estudio de la microbiología

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1 1 UNIDAD I: MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Importancia del estudio de la microbiología La microbiología es una ciencia que trata el estudio de los microorganismos, un extenso y variado grupo de organismos microscópicos que existen como células aisladas o que viven formando agrupaciones celulares que se pueden observar a simple vista. La microbiología también incluye el estudio de los virus, ya que son organismos microscópicos, pero que no son considerados células. Por lo tanto, la microbiología como ciencia se centra en dos temas principales: a) la comprensión de los procesos vitales básicos que ocurren en los microorganismos (metabolismos) y b) la aplicación de ese conocimiento para beneficio de la humanidad. El estudio de la microbiología es importante debido a que los microorganismos están implicados en numerosos procesos y conflictos que son importantes en la industria, la medicina y la agricultura. Los microorganismos constituyen en conjunto la biomasa mayor del planeta y realizan numerosos procesos que son necesarios para el desarrollo de otros organismos. En ausencia de microorganismos nunca podrían haber surgido otras formas de vida ni podrían mantenerse en la actualidad. Incluso el oxígeno que respiramos actualmente es consecuencia de la actividad microbiana del pasado. Los microorganismos pueden ser benéficos o perjudiciales para el hombre. Es importante destacar, que algunas de las enfermedades más importantes de humanos, animales y plantas son causadas por microorganismos, pero por otro lado, los microorganismos desempeñan importantes funciones en la fertilidad de los suelos y en la producción animal. Además, muchos procesos industriales a gran escala se basan en el uso de microorganismos. Como el estudio de los microorganismos abarca una gran cantidad de tipos, morfologías, usos y características, la microbiología se encuentra dividida en numerosas subdisciplinas. Particularmente, la Microbiología Agrícola es una subdisciplina de la Microbiología que tiene como objetivo el estudio de los procesos microbiológicos que se producen en el suelo, agua, alimentos, etc. y que involucran a la producción agropecuaria. Los microorganismos contribuyen de manera global al funcionamiento de los ecosistemas del planeta y ayudan al desarrollo sostenible de la biósfera. En este sentido, desde un punto de vista ecológico, los microorganismos que habitan el suelo (microorganismos edáficos) constituyen el estamento de los descomponedores, que junto a los productores (plantas) y consumidores (herbívoros y carnívoros) son la base del funcionamiento de los ecosistemas. Los organismos descomponedores son los responsables de la degradación de los restos orgánicos muertos y la liberación de nutrientes que servirán de base para la productividad primaria del sistema, cerrando el ciclo de los elementos (Figura 1).

2 2 O 2 CO 2 CONSUMIDORES 1 CO 2 O 2 O 2 CO 2 PRODUCTORES CONSUMIDORES 2 RESTOS ORGANICOS O 2 CO 2 nutrientes DESCOMPONEDORES Figura 1: Cadena trófica en ecosistemas naturales La actividad de los microorganismos edáficos es de suma importancia en los sistemas agropecuarios, debido a que existe una elevada extracción de nutrientes provocada por las cosechas y el pastoreo (Figura2). En la actualidad, el estudio de los microorganismos edáficos cobra especial relevancia teniendo en cuenta que se persigue una productividad agrícola sustentable, la preservación del ambiente y la producción de alimentos orgánicos. PRODUCCIÓN AGROPECUARIA insumos HERBIVOROS PRODUCTORES nutrientes DESCOMPONEDORES Agroecosistemas Figura 2: Cadena trófica en agroecosistemas

3 3 Desde el punto de vista industrial, los microorganismos son cultivados a gran escala, para obtener productos comerciales o realizar importantes transformaciones químicas. La industria pretende potenciar las reacciones metabólicas que pueden realizar los microorganismos para producir en mayor cantidad (alto rendimiento) el producto de interés. De esta forma, se pueden producir biofertilizantes (inoculantes), productos farmacéuticos (antibióticos), aditivos alimenticios (aminoácidos y vinagre), enzimas, productos químicos (alcohol o ácido cítrico), y bebidas como el vino y la cerveza entre otras. Características de los microorganismos Se denomina microorganismo a la forma de vida que se desarrolla en una sola célula. Aunque el organismo esté compuesto por más de una célula (pluricelular), cada célula es funcionalmente autónoma en sí misma. Los microorganismos no poseen tejidos ni órganos, es decir que no presentan células especializadas en cumplir una única función como sucede en los organismos superiores, por ejemplo células especializadas en el transporte (xilema de las plantas), células especializadas en la absorción de nutrientes en animales (células intestinales), etc. Hay una serie de características propias de los microorganismos que les confieren particularidades de carácter funcional muy importantes: Tamaño reducido: En general, las células microbianas son muy pequeñas particularmente las procariotas. Cada célula microbiana varía en general entre 1 y 15 m (entre 10 y 100 veces menor que una célula vegetal). Superficie de intercambio muy grande: tener mucha superficie en relación al volumen corporal le otorga a las células alta capacidad de intercambio con el medio. Esto significa que los organismos tienen una alta tasa de absorción (de agua, gases, alimentos) y de excreción. Ser una célula de tamaño pequeño tiene sus ventajas. Las células pequeñas poseen más área superficial en relación al volumen celular que las células más grandes; es decir, tienen una relación superficie/volumen mayor. Además, el hecho que muchos microorganismos presentan células de formas esféricas o cilíndricas les confieren mayor superficie en relación al volumen del cuerpo. Alto metabolismo: Es conocido que todos los organismos vivos muestran alguna forma de metabolismo. Dentro del entramado del compartimiento físico que define a una célula, se toman nutrientes del medio externo y se los transforma químicamente. Durante este proceso se produce energía y se eliminan productos de desecho. Una alta tasa de absorción determina una alta disponibilidad de nutrientes, lo que favorece un metabolismo muy activo. Por esta causa, se sabe que los organismos de tamaño reducido tienen una tasa metabólica más elevada que los de mayor tamaño. Reducido tiempo de generación: todo organismo con alta tasa metabólica tiende a tener también una alta tasa reproductiva. Este hecho, sumado a que los microorganismos se reproducen generalmente de manera asexual (por fisión

4 4 binaria), hace que las divisiones celulares sean muy frecuentes (algunos se dividen cada 15 minutos) y que el aumento de la población sea exponencial. Esto se aprecia muy bien en la aparición y rápida difusión de enfermedades provocadas por los agentes microbianos. Alta diversidad genética: cuando el ADN se duplica frecuentemente, tiene altas probabilidades de sufrir mutaciones. Los microorganismos presentan altas tasas de mutaciones lo cual provoca que la variabilidad genética sea muy alta y que la variación genotípica en bacterias sea evidente en cortos períodos de tiempo. Distribución muy amplia: el hecho de tener alta variabilidad genética confiere a los microorganismos la posibilidad de adaptarse a ambientes muy diferentes (ubicuidad). Prácticamente no existe ningún lugar en el planeta que no esté habitado por microorganismos (salvo la sangre y órganos de animales sanos). Variabilidad metabólica: esta alta capacidad de adaptación lleva implícito que los microorganismos puedan tener una enorme variedad de metabolismos totalmente diferentes del resto de los organismos vivos. Esa particularidad hace que sean los únicos responsables de procesos clave en los ecosistemas como: la liberación y disponibilidad nutrientes para las plantas, la descomposición y detoxificación de elementos contaminantes, etc. Además, esta amplia variabilidad metabólica permite la utilización de muchos procesos metabólicos microbianos en la industria. Células procarióticas y eucarióticas Un análisis detallado de la estructura celular interna y de otras propiedades permite diferenciar dos tipos de células: las procariotas y las eucariotas. Los microorganismos pueden estar constituidos por células procariotas o por células eucariotas. Las células procariotas son las más simples estructuralmente (no presentan orgánulos celulares) y también en general son las más pequeñas. Como toda célula, están delimitadas por una membrana plasmática que contiene pliegues hacia el interior (invaginaciones) que están relacionados con diversas funciones. La célula procariota por fuera de la membrana plasmática está rodeada por una pared celular. En el interior de la célula es posible hallar una región más densa, llamada nucleoide, donde se encuentra el material genético (ADN). Es decir que el ADN no está separado del resto del citoplasma por una membrana nuclear como ocurre en eucariotas. Las células procariotas pueden tener distintas estructuras que le permiten la locomoción y el movimiento (Figura 3). En cambio, las células eucariotas tienen un modelo de organización mucho más complejo que las procariotas (Tabla 1). Su tamaño es mucho mayor y en el citoplasma es posible encontrar un conjunto de estructuras celulares rodeadas por membranas que cumplen diversas funciones y que en conjunto se denominan organelas u orgánulos celulares. Entre las células eucariotas podemos distinguir dos tipos de células que presentan algunas diferencias: células animales y vegetales. Las células animales no poseen pared celular y las

5 5 células vegetales presentan por fuera de la membrana plasmática, una pared celular que les brinda protección y que tiene una composición distinta (celulosa) (Figura 4) a las paredes que se encuentran en las células procariotas (peptidoglicano). Figura 3: Estructura de una célula procariota típica Figura 4: Estructura de una célula eucariota vegetal

6 6 Tabla 1: Principales diferencias entre células procariotas y eucariotas Célula procariota Célula eucariota Núcleo no envuelto por membrana envuelto por membrana Cromosomas un cromosoma circular varios cromosomas División celular fisión binaria mitosis Aparato fotosintético en membranas (tilacoides) en cloroplastos Aparato respiratorio en membranas en mitocondrias Tipo de ribosomas 70s 80s Pared celular peptidoglicano sin pared o con pared de celulosa Tamaño <1 y 15 m µm Orgánulos no posee si posee Relaciones evolutivas entre los microorganismos Aunque las células se puedan diferenciar entre procariotas y eucariotas, la estructura celular no implica necesariamente una relación evolutiva. Sin embargo, en la actualidad se pueden determinar relaciones filogenéticas (evolutivas) entre los microorganismos a través de técnicas de la biología molecular. Estos métodos se basan en comparaciones de la secuencia de ácidos nucleicos, particularmente la secuencia del ARN ribosomal. Por lo tanto, los cambios en la secuencia del ARN ribosomal pueden ser usados como una medida para establecer relaciones evolutivas entre los organismos. En el caso de los microorganismos, a partir de los estudios hechos sobre las secuencias del ARN ribosomal 16S (para células procariotas) y 18S (para células eucariotas), se pueden definir tres dominios o linajes celulares evolutivamente diferentes. Dos de estos linajes presentan células procariotas y uno de ellos presenta células eucariotas (Figura 5). Los grupos o linajes son: - Dominio Bacteria: comprende a organismos unicelulares con células procariotas y pared celular compuesta por peptidoglicano. - Dominio Archaea: organismos procariotas unicelulares y cuya pared celular no presenta peptidoglicano. - Dominio Eukarya: comprende todos los organismos que presentan células eucariotas (entre los Eukarya que son microorganismos encontramos a los hongos, protozoos y algas). Se piensa que estos tres linajes evolutivos se originaron muy pronto en la historia de la vida sobre la tierra por divergencias a través un organismo ancestral en común.

7 7 Dominio Bacteria Dominio Archaea Dominio Eukarya Figura 5: Árbol filogenético de los seres vivos deducido a través de la secuenciación comparativa del gen del ARN ribosomal. El árbol está formado por los tres dominios: Bacteria y Archaea (organismos procariotas) y Eukarya (organismos eucariotas). Solamente se muestran algunos organismos representativos dentro de cada dominio. Morfología de los procariotas En microbiología, el término morfología hace referencia a la forma de las células. Las células procariotas presentan morfologías variadas. La mayor parte de las bacterias tienen una forma característica, que permanece más o menos constante, aunque puede estar influida por las condiciones ambientales. Dentro de las morfologías más comunes encontramos bacterias con formas esféricas u ovoides que se denominan cocos. Cuando las bacterias presentan una forma cilíndrica se denominan bacilos. Algunos bacilos se curvan en forma espiral y entonces se denominan espirilos (Figura 6). Sin embargo, muchas veces, las células de los procariotas se mantienen juntas después de la división celular formando grupos, y estas asociaciones frecuentemente son características de los diversos géneros. En algunos casos, los cocos forman cadenas como resultado de haberse dividido siempre en el mismo plano. La longitud de tales cadenas puede ser corta (2 células) y en ese caso se llaman diplococos o largas (estreptococos). Además, algunos cocos pueden forman conjuntos parecidos a racimos de uva (estafilococos) y otros se disponen en agrupaciones cúbicas tridimensionales llamadas sarcinas (Figura 7).

8 8 Figura 6: Morfología de bacterias: se muestran los tipos de bacterias (arriba) y fotomicrografías electrónicas de las células bacterianas de cada tipo (abajo). diplococos estreptococos estafilococos diplobacilos Figura 7: Agrupaciones bacterianas. Bacterias esféricas y bacilares que se asocian en formas características y distintivas. Diplocococos (dos cocos), estreptococos (cadena de cocos), estafilococos (racimos de cocos) y diplobacilos (dos bacilos unidos). Estructuras celulares de las células procarióticas Los componentes estructurales de las células procariotas pueden dividirse en dos grupos: elementos comunes (invariables), es decir, que se encuentran en

9 9 todos los procariotas y que son absolutamente esenciales para la vida, y elementos no comunes (variables), que se encuentran en algunas células (no en todas) y que están asociadas a funciones específicas (Tabla 2). Tabla 2: Estructuras celulares de las células procariotas Elementos comunes Pared celular Membranas Mesosomas Tilacoides Vesículas Zona nuclear Cromosoma Ribosomas Elementos no comunes Plásmidos Flagelos Pilis Cápsulas Pedúnculos Vainas Sustancias de reserva Vacuolas Pigmentos Endosporas Elementos comunes Pared celular: Peptidoglicano Dada la gran concentración de solutos que se alcanza en el interior de la célula bacteriana (gran presión de turgencia), las células bacterianas desarrollan paredes celulares. Las paredes celulares de procariotas presentan una capa rígida que es la que le otorga resistencia a la pared celular. La pared celular es químicamente diferente a la de células eucariotas, siendo uno de los caracteres distintivos entre los organismos procariotas y eucariotas. La función de la pared, aparte de dar rigidez a la célula también es brindar protección ya que protege a las membranas de los detergentes y tóxicos que pueden dañar a la células, pero también es sitio diana (donde actúan) los antibióticos. La capa que le confiere rigidez a la pared celular se denomina peptidoglicano o mureína. El peptidoglicano es un heteropolímero que está formado por dos derivados de azúcares: la N-acetilglucosamina (G) y el ácido N- acetilmurámico (M) y un pequeño grupo de aminoácidos. La N-acetilglucosamina y el ácido N-acetilmurámico están conectados por uniones glicosídicas β-1,4; pero además el ácido N-acetilmurámico se une mediante uniones peptídicas a una cadena de 4 aminoácidos llamada tetrapéptido del glicano: L-alanina, D- alanina, D-glutámico y lisina o ácido diaminopimélico (DAP) (Figura 8). Durante la síntesis de peptidoglicano se generan largas cadenas que forman una lámina que rodea a la célula. Las cadenas se conectan entre sí por enlaces peptídicos que se establecen entre los aminoácidos del tetrapéptido (Figura 8). El tetrapéptido puede variar en un aminoácido (varía en lisina o alternativamente en DAP).

10 10 El peptidoglicano es un compuesto que solo se encuentra en procariotas pertenecientes al dominio Bacteria. Sin embargo, no todos los organismos procariotas tienen DAP en su tetrapéptido. Otro rasgo peculiar es la presencia de dos aminoácidos de configuración D (D-alanina y D-glutámico) ya que en las proteínas los mismos aminoácidos presentan siempre configuración L. Figura 8: Estructura del peptidoglicano Pared celular de Gram positivas y Gram negativas Las bacterias suelen dividirse en dos grandes grupos en relación a la estructura y composición química de sus paredes celulares: las bacterias Gram positivas y las bacterias Gram negativas. Es importante destacar que la distinción inicial entre estos dos tipos se basa en una tinción diferencial: la tinción de Gram. Gram positivas La pared de las bacterias Gram positivas es estructuralmente más gruesa y químicamente menos compleja que en Gram negativas. En las bacterias Gram positivas hasta un 90% de la pared celular está constituida por peptidoglicano. Estas bacterias pueden tener hasta 25 capas de peptidoglicano apiladas unas sobre otras. Muchas bacterias Gram positivas presentan embebidos en su pared celular, polisacáridos ácidos denominados ácidos teicoicos (Figura 9).

11 11 Proteína asociada la pared Ácido teicoico Ácido lipoteicoico Pared celular Membrana plasmática Fosfolípidos Proteína integral de membrana Gram negativas Figura 9: Diagrama global de la pared celular Gram positiva En las bacterias Gram negativas sólo cerca del 10 % de la pared celular está constituida por peptidoglicano y el resto consiste en lípidos, polisacáridos y proteínas que forman una capa exterior que se denomina membrana externa. La membrana externa es una segunda bicapa lipídica pero que además de fosfolípidos y proteínas presenta polisacáridos en su constitución química. Debido a que los lípidos y los polisacáridos se unen formando un complejo se conoce también como capa de lipopolisacárido (LPS) (Figura 10). Polisacáridos Pared celular Figura 10: Diagrama global de la pared celular Gram negativa

12 12 Aunque la función de la membrana externa es estructural, una importante propiedad biológica es que resulta tóxica para animales y el hombre debido a que en ella se localizan endotoxinas. Algunos de los efectos tóxicos que provocan algunas de las bacterias patógenas Gram negativas más conocidas (especies de los géneros Escherichia, Salmonella y Shigella) se deben a las toxinas presentes en las membranas externas. Tinción de Gram: Es un tipo de tinción o coloración diferencial empleada comúnmente en la microbiología para la visualización microscópica de bacterias. Debe su nombre al microbiólogo Danés Christian Gram, que desarrolló la técnica en Básicamente, la tinción de Gram (se desarrollará completamente en los trabajos prácticos) es una tinción doble ya que se utilizan dos colorantes (cristal violeta y fucsina). El fundamento de la tinción se basa en las diferencias existentes en las paredes celulares de las bacterias Gram positivas y Gram negativas. Las bacterias Gram positivas tienen pared celular muy gruesa con muchas capas de peptidoglicano y las Gram negativas poseen paredes delgadas con menos capas de peptidoglicano. Primero se agrega el colorante cristal violeta que penetra en todas las células tiñendo a todas las células bacterianas (tanto Gram positivas como Gram negativas) de color azul/violáceo. Luego se agrega lugol que actúa como un mordiente haciendo que el cristal violeta se fije con mayor intensidad a la pared de la célula bacteriana. El yodo penetra dentro de las células y forma un complejo insoluble en solución acuosa con el cristal violeta. Posteriormente el alcohol que se agrega sirve para realizar una decoloración, ya que el complejo cristal violeta/lugol es soluble en alcohol. Los organismos Gram positivos no se decoloran, pero sí los Gram negativos. Para poner de manifiesto las células Gram negativas (ya que quedaron decoloradas) se utiliza la fucsina como colorante de contraste. Después de esta decoloración de contraste las células Gram positivas siguen de color azul/violáceo y las Gram negativas adquieren un color rosado. La diferencia en la tinción se observa en la resistencia a la decoloración, esto se debe a que la membrana externa de las Gram negativas es soluble en solventes orgánicos, como por ejemplo alcohol. La capa de peptidoglicano que posee es demasiado delgada como para poder retener el complejo cristal violeta/lugol que se formó previamente, y por lo tanto el complejo se escapa de la célula, perdiéndose la coloración azul/violácea. Pero por el contrario, en las Gram positivas, al poseer una pared celular más resistente y con mayor proporción de peptidoglicanos, la célula no es susceptible a la acción del solvente orgánico (alcohol), sino que este actúa deshidratando los poros cerrándolos, lo que impide que pueda escaparse el complejo cristal violeta/lugol y mantener de esta forma la coloración azul/violácea. Células bacterianas que no presentan paredes celulares Si bien la mayoría de las bacterias no pueden sobrevivir sin sus paredes celulares, unos pocos organismos pueden hacerlo: son los micoplasmas. Los micoplasmas constituyen un grupo de bacterias patógenas que causan diversas enfermedades infecciosas en el hombre y otros animales. Estos

13 13 microorganismos son capaces de vivir sin paredes celulares porque viven como parásitos en hábitats osmóticamente protegidos como el cuerpo humano. Membranas La membrana celular o plasmática es una estructura delgada que rodea por completo a la célula. Esta estructura vital es la barrera que separa el interior celular (citoplasma) del exterior y actúa como una barrera selectiva que capacita a la célula para concentrar metabolitos específicos en el citoplasma y para poder excretar sus productos de desecho. Si se destruye la membrana se rompe la integridad de la célula lo cual provoca su muerte. La membrana celular tiene capacidad para sintetizar la pared celular y las cápsulas. La estructura general de las membranas biológicas es la de una bicapa lipídica. La bicapa está compuesta por fosfolípidos y proteínas embutidas dentro de la bicapa. Los fosfolípidos están compuestos por componentes hidrofóbicos (ácidos grasos) e hidrofílicos (glicerol-fosfato). Los fosfolípidos se agregan en bicapas con los ácidos grasos orientados hacia el interior (formando un ambiente hidrofóbico) y las porciones hidrofílicas expuestas a la fase acuosa exterior o al citoplasma. La estructura de la membrana queda estabilizada mediante enlaces puentes de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas (Figura 11). Las proteínas de la membrana plasmática presentan zonas hidrofóbicas en regiones que se incluyen en la membrana y zonas hidrofílicas en las regiones que toman contacto con el medio exterior o con el citoplasma. Las proteínas que se encuentran firmemente asociadas y embutidas a la membrana se denominan proteínas integrales de membrana, mientras que las que se asocian a ella en su superficie se denominan proteínas periféricas de membrana (Figura 11). Por lo general, estas proteínas interaccionan con proteínas integrales de membrana que son importantes en procesos relacionados con el metabolismo energético y el transporte. Fosfolípidos Grupos hidrofílicos Grupos hidrofóbicos Figura 11: Membrana plasmática Molécula de fosfolípido Proteínas integrales de membrana

14 14 Membranas de arqueas Los lípidos de las membranas de los dominios Bacteria y Eukarya son diferentes a los de Archaea. En Bacteria y Eukarya los lípidos presentan enlaces de tipo éster entre el glicerol y los ácidos grasos, los lípidos de Archaea poseen enlaces éter entre el glicerol y las cadenas laterales hidrofóbicas. Además, carecen de ácidos grasos y en su lugar tienen cadenas laterales compuestas de unidades repetidas de isopreno. Pese a estas diferencias en la composición química, las membranas de estos grupos tienen regiones hidrofóbicas internas y regiones hidrofílicas externas. Sin embargo, debido a diferencias químicas en los lípidos que forman las membranas de Arqueas, en este grupo las membranas forman una monocapa en vez de una bicapa lipídica (Figura 12). Estas monocapas son muy resistentes a la disgregación razón por la cual por ejemplo las arqueas hipertermófilas pueden soportar elevadas temperaturas. Figura 12: Diferencias entre las membranas celulares de los dominios Bacteria y Archaea. a) membrana plasmática presente en Bacteria (bicapa lipídica). b) membrana plasmática presente en Archaea (monocapa lipídica). Membranas internas Además de la membrana situada en la periferia de la célula, la mayoría de los procariotas poseen membranas internas. Estas membranas internas pueden ser simplemente extensiones o invaginaciones de la membrana celular, o pueden ser estructuras más complejas como por ejemplo: Mesosomas: los mesosomas son invaginaciones de la membrana plasmática asociadas con la replicación del ADN. Los mesosomas son los sitios de anclaje del nucleoide bacteriano para empezar la duplicación del ADN y la formación de del septo bacteriano (tabique que separa a las células que se dividieron) en el proceso de fisión binaria o división celular.

15 15 Vesículas: son estructuras donde se localizan enzimas y pigmentos para la realización de diferentes procesos metabólicos como respiración, fotosíntesis y oxidaciones especiales. Tilacoides: son estructuras en forma de sacos aplanados o vesículas donde se asientan los pigmentos fotosintéticos. Se considera que los tilacoides bacterianos fueron los precursores de los cloroplastos de las células eucarióticas (Figura 13). Membrana plasmática Membranas tilacoides Figura 13: Fotomicrografía de una cianobacteria del género Prochlorococcus. Se destacan las membranas tilacoidales dispuestas en forma concéntrica alrededor del citoplasma celular. Citoplasma bacteriano El citoplasma bacteriano es un sistema coloidal formado por un 85% de agua que además contiene minerales y enzimas. En el citoplasma se pueden observar inclusiones, gránulos, vacuolas, etc. Región nuclear Los genomas (conjuntos de genes de un organismo) presentan una organización diferente en organismos procariotas que en eucariotas. En las células procariotas no hay un núcleo definido (no hay membrana nuclear) por lo cual el ADN de doble cadena se presenta como una larga molécula llamada cromosoma. Los procariotas presentan un único cromosoma circular que se encuentra altamente plegado (superenrollado) conformando una estructura que se denomina nucleoide (Figura 3). La composición química del ADN bacteriano es la misma de las células eucarióticas, salvo que la carga negativa de los grupos fosfatos es neutralizada por magnesio, mientras que en los eucariotas es neutralizada por proteínas básicas llamadas histonas. El ADN posee la información genética de la célula, es sitio diana para la acción de antibióticos, permite establecer relaciones taxonómicas y permite el diagnostico directo a través de técnicas moleculares.

16 16 La replicación del ADN en las bacterias también es básicamente muy parecida a la que sucede en células eucariotas. Debido a que el cromosoma es circular, el proceso se inicia en un punto donde se localiza el mesosoma y se desplaza alrededor del anillo. Después de replicado el ADN, el nuevo anillo se traslada hacia una de las células en desarrollo y comienza la formación del septo trasversal que separa las células. La división celular de las bacterias se denomina fisión binaria porque da como resultado dos células hijas idénticas entre sí e idénticas a la célula que les dio origen (Figura 14). En algunos casos la velocidad de duplicación es muy alta y no se completa la separación de las células por lo que se forman cadenas de células y otros agrupamientos celulares. ADN replicación ADN Elongación celular Formación del septo Terminación del septo y formación de paredes Separación celular Figura 14: División celular en bacterias: fisión binaria Ribosomas Los ribosomas son sitios donde ocurre la síntesis de proteínas. Los ribosomas están constituidos aproximadamente por un 60% de ARN y un 40% de proteínas. A diferencia de la célula eucariota, los ribosomas no se asientan sobre un retículo endoplásmico sino que están libres en el citoplasma. La función de los ribosomas es la misma que en las células de organismos superiores, es decir la síntesis de proteínas funcionales (enzimas) y proteínas estructurales. Cada ribosoma está formado por dos subunidades de diferente tamaño. Los procariotas poseen subunidades ribosómicas 30S y 50S, que la unirse forman ribosomas 70S, mientras que los eucariotas tienen ribosomas 80S. Los valores S se refieren a las constantes de sedimentación de las subunidades

17 17 ribosómicas (30S y 50S) o del ribosoma completo (70S) cuando se someten a una gran fuerza de centrifugación en una ultracentrífuga. Cada subunidad ribosómica es un complejo ribonucleoproteico formado por ARN ribosómico de distinto tipo y proteínas específicas. La subunidad más pequeña (30S) está compuesta por una molécula de ARNr 16S a la que están unidas más de 20 proteínas. En cambio, la subunidad mayor (50S) se compone de ARNr 23S, 5S y más de 30 proteínas específicas. Se cree que las proteínas de cada partícula están unidas al ARN y que la unidad entera está envuelta dentro de una estructura globular (Figura 15). (80S) (70S) Figura 15: Diferencias entre las constantes de sedimentación de los ribosomas de células procariotas y eucariotas Elementos no comunes Plásmidos Muchos procariotas contienen pequeños trozos de ADN extracromosómico dispuestos en forma circular conocidos con el nombre de plásmidos. El número de plásmidos puede variar, desde una sola copia hasta algunos cientos por célula. Los plásmidos son ADN de doble cadena (igual al ADN del cromosoma) que se replican independientemente del cromosoma bacteriano (Figura 16). Los plásmidos suelen contener genes que confieren propiedades especiales a las células bacterianas (por ejemplo propiedades metabólicas singulares). Los genes contenidos en los plásmidos codifican para funciones no vitales para la bacteria, como por ejemplo la fijación de nitrógeno atmosférico, la resistencia a antibióticos, etc. Otra característica de los plásmidos es que pueden transmitirse de una bacteria a la otra, esta particularidad hace que sirvan como una importante herramienta en laboratorios de genética e ingeniería genética, donde son comúnmente usados para multiplicar (hacer muchas copias) un gen en particular. Además, pueden ser utilizados para generar organismos resistentes o con alguna función metabólica especial. Muchos plásmidos ya están disponibles comercialmente para dichos usos.

18 18 Figura 16: Bacteria con ADN extracromosómico (plásmidos) en su citoplasma Flagelos Los flagelos bacterianos son apéndices largos y finos que se encuentran fijos a la célula por uno de sus extremos y libres por el otro extremo. Los flagelos (flagellum= látigo) permiten la movilidad de las células en medio acuoso. Son tan finos que no es posible visualizarlos con el microscopio óptico y es necesario recurrir a tinciones o microscopios especiales para su visualización. La disposición de los flagelos varía según las bacterias. En la distribución polar, los flagelos se localizan en un extremo (disposición monotrica) o en ambos extremos de la célula (anfitrica). En ocasiones, de un extremo de la célula puede surgir un penacho de flagelos, disposición que se denomina lofotrica (lofos=penacho, tricos=pelo). En cambio, en la distribución peritrica, los flagelos se insertan en varios lugares alrededor de la superficie celular (peri=alrededor) (Figura 17). Figura 17: Disposición de los flagelos en células bacterianas El crecimiento de los flagelos no se produce a partir de la base, sino a partir de la punta. Los flagelos bacterianos están constituidos por una proteína denominada flagelina. Cada flagelo es una estructura semirrígida incapaz de flexionarse que se mueve mediante rotación de su base, como lo hace una hélice. Los organismos de flagelación peritrica se mueven en línea recta y de

19 19 manera lenta, mientras que los organismos con flagelos polares, se mueven dando giros periódicos (giran sobre sí mismos) y de una manera más rápida e impetuosa. Taxias Como muchos procariotas son móviles aquellas células que puedan desplazarse tienen una ventaja adaptativa en ciertas condiciones ambientales frente a aquellas que no puedan hacerlo. Los procariotas entran en contacto en la naturaleza con numerosos gradientes físico-químicos. El objetivo de las células que presentan movilidad es responder a estos estímulos (en forma positiva o negativa), es decir, dirigiendo el movimiento de la célula alejándose o acercándose a estos gradientes. Los movimientos dirigidos de las células se denominan taxias: la quimiotaxia es la respuesta de los organismos frente a estímulos químicos y la fototaxia es la respuesta de los organismos frente a la luz. En este sentido, muchas bacterias presentan respuestas a diferencias en concentraciones de diferentes sustancias químicas (Figura 18), otras bacterias fotosintéticas responden a la diferencia de intensidad lumínica, pudiendo llegar a distinguir entre dos fuentes de luz que difieran en solo un 5% de intensidad. Algunas veces la respuesta es positiva (hacia las sustancia química o la fuente de luz) y otras veces es negativa (alejamiento o repulsión). Asimismo, existen otras taxias como la aerotaxia donde los organismos se mueven en relación a las diferentes concentraciones de O2 en el medio (acercándose o alejándose). Figura 18: Técnica capilar para el estudio de la quimiotaxia en bacterias. a) ingreso de un capilar en la solución con bacterias, b) acumulación de bacterias dentro de un capilar que contiene una sustancia quimiotáctica positiva (atrayente), c) capilar con solución neutra que no es atrayente ni repelente y d) repulsión de bacterias debido al ingreso de un capilar con un repelente. Fimbrias Las fimbrias presentan una estructura similar a los flagelos y son de naturaleza proteica, pero no participan en la movilidad. Las fimbrias son bastante más cortas que los flagelos y son mucho más numerosas (Figura 19). Su función es favorecer la fijación a superficies (tejidos animales en el caso de algunas

20 20 bacterias patógenas), la formación de biopelículas (biofilms) o fijación a superficies. Pilis Son estructuralmente similares a fimbrias, pero por lo general son más largos y solamente existen unos o pocos pilis sobre la superficie (Fiaura 19). Los pilis también participan en la adhesión a superficies y tienen una función muy importante en el proceso de conjugación en procariotas (intercambio genético entre bacterias). fimbrias pili Figura 19: Fimbrias y pilis. Se observan dos bacterias intercambiando material genético mediante un pili Cápsulas, vainas y pedúnculos Algunas bacterias y cianobacterias segregan materiales mucosos o gomosos que les sirven para la adhesión y protección celular. Estas capas mucosas están compuestas por polisacáridos, polipéptidos, o complejos de polisacáridos y proteínas. Se denominan cápsulas cuando la capa mucosa rodea totalmente la célula de un modo compacto. En cambio, se llama vaina cuando la capa mucosa engloba a varias células y se denomina pedúnculos cuando el mucus se localiza en un extremo de la célula, lo que le permite adherirse a las superficies como si tuviera un pie. Las capas mucosas no son esenciales para la vida de los microorganismos (cepas mutantes sin cápsula son capaces de crecer normalmente), sin embargo les otorga gran poder adaptativo en el ambiente. Las bacterias capsuladas tienen varias ventajas: son más difíciles de fagocitar por los protozoos del suelo o por los leucocitos (glóbulos blancos) de un huésped, tienen mayor resistencia a la desecación, mayor contacto con algún sustrato específico (por ej. las bacterias que producen las caries en los dientes), etc.

21 21 Además, las cápsulas de las bacterias patógenas son asiento de las toxinas que provocan la enfermedad en el huésped. Sustancias de reserva Muchos procariotas almacenan habitualmente diferentes sustancias en su citoplasma (como gránulos o inclusiones) como mecanismo de reserva energética o como reservorio para la construcción de macromoléculas. En organismos procariotas, uno de los cuerpos de inclusión más frecuentes está compuesto por ácido poli-β-hidroxibutírico (PHB). El PHB es un compuesto lipídico formado por monómeros de ácido β-hidroxibutírico unidos por enlaces éster. La longitud de los monómeros varía entre 4 a 18 C. Los polímeros de PHB se agrupan dentro del citoplasma celular formando gránulos. En menor medida las bacterias pueden acumular glucógeno. El glucógeno es un polímero de subunidades de glucosa. Los gránulos de glucógeno en general son más pequeños que los de PHB. Otras bacterias con metabolismos especiales que utilizan otras fuentes de energía, pueden acumular otras sustancias de reserva, como por ejemplo, fósforo y azufre. En este sentido, muchos organismos acumulan grandes reservas de fosfato inorgánico en forma de gránulos de polifosfato. Por otra parte, algunos procariotas son capaces de oxidar los compuestos de azufre reducido. En este caso, estos microorganismos acumulan azufre elemental en el interior de la célula en forma de gránulos. La presencia de gránulos con sustancias de reserva tiene estrecha relación con el estado nutricional de la célula. Cuando la bacteria absorbe más de lo que metaboliza, acumula compuestos químicos como reserva. Este mecanismo es muy útil en condiciones naturales particularmente en el suelo, donde la disponibilidad de recursos no es constante a lo largo del año. Vesículas de gas Numerosos microorganismos que flotan en lagos y en el mar presentan vesículas de gas que son responsables de la flotabilidad de las células en el medio. Las vesículas de gas representan una forma de movilidad que permite que las células floten a diferentes alturas en respuesta a diferentes condiciones microambientales. Las vesículas de gas son estructuras fusiformes, huecas pero rígidas. La membrana de la vesícula gaseosa está compuesta exclusivamente de proteínas que forman una estructura impermeable al agua y a los solutos, pero permeable a los gases (Figura 20). La rigidez de la membrana es esencial para que la estructura resista las presiones ejercidas desde el exterior. Una presión hidrostática elevada puede hacer colapsar la membrana perdiendo la capacidad de flotar. Particularmente, las cianobacterias, que son bacterias fotosintéticas que viven en ambientes acuáticos presentan vesículas gaseosas que le permiten ascender al a superficie del los lagos y con la ayuda del viento se convierten en grandes acúmulos masivos (florescencias). En el caso de organismos que

22 22 realizan fotosíntesis, la presencia de vesículas es esencial ya que les permite ajustar rápidamente su posición en el agua, hacia regiones donde la intensidad de la luz es óptima. Vesículas de gas Figura 20: Fotomicrografía electrónica de de una célula de la cianobacteria Microcystis sp. en sección transversal mostrando las vesículas gaseosas en el interior celular. Pigmentos En general las bacterias carecen de pigmentos y son transparentes. Las excepciones son las bacterias fotosintéticas que poseen diferentes tipos de pigmentos para la realización de la fotosíntesis (carotenos, bacterioclorofila, ficocianina, ficobilinas, etc.) y algunas bacterias que viven sobre la superficie de las plantas expuestas a la radiación ultravioleta que tienen pigmentos especiales que utilizan como mecanismo protector contra la radiación (melaninas). Endosporas Ciertas bacterias pueden producir en su interior estructuras de resistencia especiales llamadas endosporas o esporas bacterianas. Las endosporas son células diferenciadas (formadas dentro de una célula bacteriana) extraordinariamente resistentes al calor y difíciles de destruir con productos químicos incluso con aquellos extremadamente agresivos. Las endosporas bacterianas son diferentes en su estructura y formación a las esporas producidas por los hongos. El descubrimiento de las endosporas fue trascendental para la microbiología ya que el conocimiento de estas formas bacterianas de alta resistencia al calor fue decisivo para el desarrollo de los métodos de esterilización (eliminación total de los microorganismos). Las bacterias que

23 23 forman esporas se encuentran habitualmente en el suelo y se puede decir que cualquier muestra de suelo seguramente contiene endosporas. La estructura de la endospora es mucho más compleja que la de una célula común (célula vegetativa) porque posee varias capas. La más externa es el exosporium, es una cubierta fina y delicada de naturaleza proteica. Por debajo se encuentra la cúticula formada por proteínas específicas. Por debajo de esta se encuentra el cortex (corteza), que es una capa compuesta por peptidoglicano con uniones laxas y hacia el interior del cortex está el núcleo que contiene la pared celular, membrana celular, el citoplasma, nucleoide, etc. Una de las sustancias químicas que es característica de las endosporas y que no se encuentran en las células vegetativas es el ácido dipicolínico que se localiza en el núcleo de la espora. Las esporas son ricas en iones de calcio que en su mayoría se combinan con el ácido dipicolínico formando complejos calcioácido dipicolínico (llamados dipicolinatos de calcio). Los complejos de dipicolinato cálcico reducen la disponibilidad de agua dentro de las endosporas, favoreciendo su deshidratación. Además, los complejos se intercalan en el ADN, insertándose en las bases, estabilizando de este modo el ADN frente a la desnaturalización por el calor. El citoplasma de una endospora madura difiere mucho del de una célula vegetativa de la cual se ha originado (Tabla 3). La deshidratación incrementa ampliamente la termoresistencia de la endospora y al mismo tiempo le confiere resistencia a algunas sustancias químicas como el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). Además, el citoplasma contiene gran cantidad de proteínas pequeñas que se forman durante el proceso de esporulación (formación de la espora) y que le otorgan a la espora resistencia al calor seco, radiación ultravioleta y a la desecación. Sin embargo, otras de las funciones de estas pequeñas proteínas es servir como fuente de C y energía para el desarrollo de una célula a partir de la endospora, un proceso que se denomina germinación. Para que ocurra la germinación de una endospora, primero debe ocurrir la activación de la misma. La activación se acciona por calor y luego se produce la germinación la cual implica una reactivación del metabolismo que rompe la hibernación. Generalmente, un agente ambiental es el que actúa como disparador de la germinación. Por ejemplo, temperaturas de C durante unos pocos minutos en presencia de nutrientes adecuados puede producir el cese del estado de latencia. La espora absorbe agua, se hincha y su cutícula se rompe. La nueva célula vegetativa empuja hacia fuera de la cutícula y empieza a dividirse. Una endospora es capaz de permanecer en estado latente durante muchos años, sin embargo, una vez iniciada la conversión a una célula vegetativa es un proceso relativamente rápido. No todas las bacterias tienen capacidad de formar endosporas. Los dos géneros de bacterias más conocidos que producen esporas son: Bacillus y Clostridium ambos Gram positivos y de amplia distribución en el suelo. Hasta la actualidad no se ha encontrado ninguna arquea formadora de endosporas. Los factores que intervienen en la formación de las endosporas son complejos, pero se conoce que la falta de alimento es un factor clave para iniciar el proceso de esporulación. El primer paso para la

24 24 formación de una endospora consiste en que la célula vegetativa madre gasta toda la energía en dividirse y formar las capas externas. El citoplasma queda reducido a un gel de proteínas con escasa cantidad de agua. Aunque son resistentes al calor y a la radiación extremos, las endosporas pueden ser destruidas mediante estos tratamientos. Así, la exposición al calor extremo por periodos largos de tiempo, así como la exposición prolongada a la radiación, (rayos gamma por ejemplo), matan a las endosporas. Las endosporas son difíciles de observar al microscopio debido a la impermeabilidad de su pared que evita la entrada de los colorantes empleados en las tinciones ordinarias. Mientras que el resto de la bacteria puede teñirse, la endospora permanece no coloreada. Debido a esto surgieron varias técnicas de tinción para poder teñir selectivamente las endosporas. Proceso de formación de las endosporas: Esporulación Durante el proceso de esporulación, la posición de la espora dentro de la célula vegetativa varía según la especie de bacteria. En algunas, la endospora es central y en otras es terminal (en los extremos). A veces la espora tiene mayor diámetro que la célula madre por lo que se observa como hinchada (Figura 21). Figura 21: Endosporas bacterianas. Microfotografías de contraste de fases que ilustran varios tipos de endosporas y sus localizaciones. Endospora terminal Endospora subterminal Endospora central Figura 21: Posición de la endospora dentro de la célula Etapas de la esporulación El proceso de esporulación en bacterias sigue una serie de etapas (Figura 22): 1. Duplicación del material genético (ADN) y división celular asimétrica. 2. Formación del septo de la endospora (se va aislando el ADN recién replicado junto a una pequeña porción de citoplasma). 3. Formación de la pre-espora (el septo de la endospora rodea la porción aislada). 4. Síntesis del exosporio, formación de una capa de peptidoglicano entre las membranas (cortex) y deshidratación. 5. Incorporación de calcio y producción de ácido dipicolínico. 6. La espora se recubre de una cubierta (cutícula). 7. Maduración de la endospora. 8. Liberación de la endospora y lisis de la célula vegetativa al medio.

25 25 Condensación del ADN del ADN célula vegetativa ADN pared celular membrana plasmática División celular asimétrica Endospora en formación Invaginación del del septo Formación de de la la pre-espora Síntesis Síntesis de de exosporio; exosporio; formación formación del cortex del cortex entre entre las las dos dos membranas exosporio cortex Incorporación de de dipicolinato de de calcio, deshidratación y y formación de de cutícula cutícula exosporio cortex endospora libre Maduración: desarrollo de resistencia al al calor Lisis de de la la célula célula y y liberación de de la la endospora endóspora Figura 22: Etapas de la esporulación en el género Bacillus

26 26 Tabla 3: Diferencias entre células vegetativas y endosporas Células vegetativas Endosporas Estructura Gram positiva típica Córtex grueso, cutícula y exosporio Apariencia microscópica No refringente Refringente Contenido de calcio Bajo Elevado Ácido dipicolínico Ausente Presente Síntesis macromolecular Presente Ausente ADN y ribosomas Presente Presente ARN mensajero Presente Bajo o ausente Actividad enzimática Elevada Baja Metabolismo Elevado Bajo o ausente Contenido de agua Elevado (80%) Bajo (10-25%) Resistencia al calor Baja Elevada Resistencia a radiaciones Baja Elevada Resistencia a químicos Baja Elevada Tinción Técnicas de rutina Técnicas especiales El conocimiento de las características de las esporas es de gran importancia práctica, puesto que muchas de las bacterias que forman esporas causan enfermedades muy graves en el hombre y animales (tétano, botulismo, etc.). Microorganismos: grupos microbianos Desde el punto de vista morfológico-funcional se pueden diferenciar tres grandes grupos de microorganismos: procariotas, eucariotas y virus. Microorganismos procariotas Son microorganismos que poseen células procarióticas. Dentro de este gran grupo se encuentran las eubacterias (bacterias verdaderas), los actinomycetes, las cianobacterias, y otros grupos de menor importancia para la microbiología agrícola (por ejemplo: arqueas, rickettsias, mixobacterias, etc.). Eubacterias Las eubacterias pertenecen al dominio Bacteria y constituyen más del 90% de la biomasa activa del suelo. Las eubacterias son microorganismos unicelulares, Gram positivos o Gram negativos, aeróbicos o anaeróbicos, que pueden presentar forma de cocos, bacilos o espirilos. El grupo de las eubacterias contiene una enorme variedad de procariotas, algunos patógenos y otros no. Muchos son descomponedores de la materia orgánica y responsables

27 27 de la liberación de nutrientes. Además, muchas especies de eubacterias son patógenas de gran importancia en sanidad animal, humana y vegetal. Actinomycetes Los actinomycetes pertenecen al dominio Bacteria y forman un grupo de bacterias Gram positivas filamentosas aeróbicas o anaeróbicas. Estas bacterias al crecer y ramificarse forman estructuras en forma de redes semejantes a las de los micelios de los hongos filamentosos pero mucho más pequeños (Figura 23). Son bacterias que forman esporas asexuadas que suelen denominarse conidios y que no son análogas a las de las endosporas de las bacterias Gram positivas. Si bien pueden existir algunos actinomycetes acuáticos, la mayoría son terrestres y tienen enorme importancia en los suelos, ya que algunos pueden producir enzimas hidrolíticas extracelulares lo cual les permite utilizar grandes moléculas orgánicas como polisacáridos (almidón, celulosa y hemicelulosa), proteínas y lípidos. Algunos pueden descomponer hidrocarburos, lignina y taninos. Causan habitualmente un olor semejante a tierra mojada debido a un compuesto que presentan: la geosmina. Algunas especies de actinomycetes son parásitos de plantas, como el agente de la sarna de la papa (Streptomyces sp.) o de animales, por ej., el causante de la tuberculosis y la lepra (Mycobacterium sp.). Además, pueden producir más de 60 tipos de antibióticos que son habitualmente utilizados en la medicina humana y veterinaria. Cianobacterias Figura 23: Actinomycetes. Las cianobacterias pertenecen al dominio Bacteria y son microorganismos fotosintéticos uni o pluricelulares (filamentosos) que viven en ambientes terrestres y acuáticos (agua dulce o marinos). La estructura de la pared bacteriana de cianobacterias es similar a la de bacterias Gram negativas. Muchas cianobacterias producen cubiertas mucilaginosas denominadas vainas, que unen entre sí grupos de células o de filamentos (Figura 24). Filogenéticamente, las cianobacterias representan la transición entre las bacterias y las plantas superiores, ya que los orgánulos fotosintéticos de los eucariotas (cloroplastos), están relacionados con las cianobacterias. Las cianobacterias han sido muy importantes para el desarrollo de la vida en la tierra ya que fueron los primeros organismos con fotosíntesis oxigénica (con producción de oxígeno) que aparecieron en la tierra. La producción de oxígeno

28 28 en la tierra primitiva permitió el posterior desarrollo de organismos superiores como las plantas, animales y el hombre. Las cianobacterias tienen pigmentos fotosintéticos como la clorofila a, ficocianinas y ficobilinas que les otorgan un típico color azul-verdoso. La importancia de las cianobacterias radica en que constituyen un componente muy importante de la productividad primaria en ambientes acuáticos. En la actualidad, estas bacterias tienen relevancia por su desarrollo masivo (sufren explosiones poblacionales de gran magnitud) en ambientes lacustres ricos en nutrientes (eutroficados), como es el caso del Lago San Roque (Córdoba). Las cianobacterias pueden producir toxinas en estos sistemas que afecten al hombre o animales, pero además, generan mal olor en el agua y su desarrollo masivo muchas veces dificulta los procesos de potabilización. Arqueas Figura 24: Diferentes tipos de Cianobacterias La mayoría de los microorganismos pertenecientes al dominio Archaea son extremófilos, siendo capaces de crecer a valores extremos de ph, mayores temperaturas y salinidades que cualquier otro organismo conocido. Las arqueas son microorganismos constituidos por células procarióticas que presentan varias modificaciones morfológicas, principalmente la membrana celular, lo cual les otorgar mayor resistencia para tolerar las condiciones ambientales extremas. Son organismos dominantes en lugares de alta salinidad (salares), alta temperaturas (cráteres de volcanes), baja cantidad de oxígeno (fondos marinos), etc. Algunas arqueas son muy relevantes porque son metanógenas (producen metano) como parte integral de su metabolismo. Microorganismos eucariotas Son microorganismos constituidos por células eucariotas e incluyen a grupos como las algas, protozoos y hongos.

29 29 Algas Las algas son los típicos organismos eucariotas que realizan fotosíntesis oxigénica y que habitan generalmente en ambientes acuáticos (de agua dulce y marinos). Las algas pueden ser unicelulares microscópicas (constituyendo el fitoplancton) o pluricelulares (filamentosas) y de gran tamaño viviendo fijas o flotantes en el agua (figura 25). Existen varios tipos y morfologías de algas, sin embargo, las más conocidas son las algas verdes y las rojas. Las algas verdes (clorófitas) crecen principalmente en agua dulce y tienen clorofila a y b pero carecen de ficobilinas. Otras como las algas rojas (rodófitas) tienen clorofila a y un pigmento llamado ficoeritrina que les otorga el color rojo característico. Estas algas viven predominantemente en hábitats marinos. La importancia de las algas radica en que son productores primarios en ecosistemas acuáticos. A B C Figura 25: Fotomicrografía de algas verdes unicelulares típicas. a) Colonias del alga Volvox, b) Scenedesmus y c) Micrasterias. Protozoos Los protozoos son microorganismos unicelulares que no presentan pared celular. Pueden ser ameboidales, móviles (ciliados o flagelados) o inmóviles. Pueden ser acuáticos (marinos o de agua dulce) y terrestres (Figura 26). Muchos pueden ser predadores de bacterias, otros son saprofitos y también pueden ser parásitos. Muchos juegan un importante rol en la salud humana ya que son los responsables de importantes enfermedades como la enfermedad de Chagas, donde el protozoo (Trypanosoma cruzi) es transmitido a través de la vinchuca; o la malaria, donde el protozoo (Plasmodium sp.) es transmitido por los mosquitos. Figura 26: Protozoos más comunes en suelo y agua

30 30 Hongos Los hongos constituyen un gran grupo de organismos, diversos y muy extendido que incluye a los mohos, setas y levaduras. La mayoría de los hongos son pluricelulares y forman un entramado de filamentos denominados hifas. Las hifas a menudo crecen juntas formando unos ovillos compactos denominados colectivamente micelios. Las hifas pueden ser septadas (con paredes que la dividen en células separadas) o cenocíticas (muchos núcleos sin formación de septos) (Figura 27). Los hongos forman esporas asexuadas (conidios) a partir de hifas que se extienden desde el micelio. No obstante, algunos hongos pueden forman estructuras reproductivas macroscópicas denominadas setas (cuerpos de fructificación) que también producen esporas. Sin embargo, hay hongos como las levaduras que son unicelulares y microscópicos (Figura 28). Los hongos tienen hábitats muy diversos, sin embargo la mayoría son terrestres. Estos organismos habitan el suelo o sobre la materia vegetal muerta y cumplen una importante función en la degradación de la materia orgánica. Una función ecológica importante de los hongos es la descomposición de la lignina (constituyente importante de plantas leñosas) y de la celulosa. Figura 27: Tipos de hifas de hongos Algunas especies de hongos establecen simbiosis con algas superiores o con cianobacterias, formando los organismos llamados líquenes. Figura 28: Hongos uni y pluricelulares. Aspergillus, Levaduras

31 31 Muchos hongos son responsables de enfermedades con relevancia económica de plantas cultivadas. Otros pueden causar enfermedades en animales o en el hombre (micosis). Pero también algunos son importantes para el hombre ya que son utilizados para la síntesis de antibióticos y para algunos procesos fermentativos. Virus Los virus representan una clase importante de microorganismos, sin embargo, no son considerados células. Los virus carecen de muchos atributos de las células. Por ejemplo, un virus sólo adquiere el atributo clave de todos los sistemas vivos (reproducción), cuando infecta a una célula. Además, a diferencia de las células, los virus no tienen capacidad metabólica propia. Por lo tanto son considerados parásitos intracelulares obligados de células vivas. Esta característica provoca que sean causantes de importantes enfermedades en plantas, animales y el hombre. Sin embargo, también pueden infectar bacterias (bacteriófagos) y arqueas. Los virus presentan una amplia diversidad de formas y tamaños y son unas 100 veces más pequeños que las bacterias. Una partícula vírica completa, conocida como virión, consiste en un ácido nucleico rodeado por una capa proteica protectora llamada cápside. Las cápsides pueden tener forma helicoidal o icosaédrica. Además, los virus pueden estar rodeados de una envoltura que es una capa lipídica externa que rodea al virus (Figura 29). Cápside (cabeza) Figura 29: Diferentes tipos de virus