Biología 2º bachillerato

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1 Biología 2º bachillerato Bloque V. Microbiología. Temas 24 y 25. MICROORGANISMOS. CONCEPTO Y DIVERSIDAD ÍNDICE 1. Microbiología 2. Métodos de estudio de los microorganismos 3. Diversidad microbiana. Reino Moneras 4. Reino Protoctistas 5. Reino Hongos 6. Los virus 1. MICROBIOLOGÍA La microbiología es la ciencia que se encarga del estudio de los microorganismos. Este grupo incluye a todos aquellos seres vivos que por su reducido tamaño solo son visibles con el microscopio. Es un concepto muy heterogéneo, tanto por el tamaño, como por la organización de sus células, como por sus características funcionales y evolutivas, o por el medio en el que viven. Por ello, dentro de este concepto se agrupan organismos pertenecientes a grupos taxonómicos muy diversos. CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS TIPOS DE MICROORGANISMOS MICROORGANISMO TAMAÑO MEDIO ORGANIZACIÓN NUTRICIÓN DOMINIO-REINO BACTERIAS 10 mm PROCARIOTA TODAS LAS MODALIDADES ARCHAEA MONERAS PROTOZOOS > 250 mm EUCARIOTA HETERÓTROFOS Y EUCARYA ALGAS HONGOS AUTÓTROFOS PROTOCTISTAS FUNGI (HONGOS) VIRUS 0,1 mm ACELULAR PARÁSITOS OBLIGADOS NINGUNO VIRUS Características generales: - Gran diversidad genética. - Metabolismo muy rápido. - Se reproducen con rapidez. - Gran capacidad para alterar el medio en el que viven. - Debido a la gran variedad de formas de vida pueden vivir en condiciones extremas. Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 1

2 2. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS Los microbios son capaces de colonizar una gran diversidad de medios por lo que la procedencia de las muestras es también muy variada: suelo, agua, aire, cuerpo de otros seres vivos, fluidos, alimentos, etc. Para su estudio necesitamos una población microbiana en crecimiento, un cultivo, con un medio de cultivo que tenga los nutrientes necesarios, y la temperatura y ph óptimos. Ya Koch puso de relevancia la importancia de obtener cultivos puros o axénicos, genéticamente homogéneos, de modo que es imprescindible desarrollar métodos de aislamiento. Asimismo, la identificación de los microorganismos requiere una manipulación en condiciones de asepsia, y la esterilización de materiales para evitar su contaminación. 2.1 MEDIOS DE CULTIVO Criterio Tipos Características Según su composición Medios complejos Sin composición definida, como el caldo de carne, soja o levadura Medios sintéticos De composición concreta. (Necesitan ambos adición de oligoelementos y bioelementos para el crecimiento óptimo de los microbios). Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 2

3 Según su estado físico Medios líquidos Generalmente son disoluciones de agua con los nutrientes Medios sólidos Se añade agar-agar o gelatina para espesarlos Según su utilidad Medios de enriquecimiento Cuando el crecimiento de los microbios es muy lento, para Medios de aislamiento estimularlo Permiten el crecimiento selectivo de una especie microbiana, inhibiendo el de las demás. Por ej. Se usa un medio con sal para separar a Staphilococcus de otras especies, dado que es la única capaz de resistirlo. Medios de diferenciación En un cultivo mixto permite diferenciar unas colonias de otras. Contienen un sustrato específico y un indicador, de modo que las colonias se diferencian por su capacidad de realizar una determinada reacción química. Así se distinguen E. coli y Proteus, en presencia de lactosa y rojo fenol, apareciendo rojas las primeras e incoloras las segundas, al no fermentar la lactosa. Crecimiento microbiano. En condiciones ambientales favorables crecen siguiendo un ciclo que depende de la especie considerada. En un cultivo en el que no se añaden nuevos nutrientes (cultivo cerrado, discontinuo o batch) la poblaciones experimentan un ciclo de cuatro fases: 1. Fase de latencia. Se introduce un inóculo en un medio fresco y al principio no se observa crecimiento dado que tienen que adaptarse a las condiciones de cultivo. 2. Fase exponencial. Una vez adaptadas, comienzan a crecer a ritmo exponencial, duplicándose cada cierto tiempo (el tiempo de generación no es constante). 3. Fase estacionaria. Si no se renueva el medio se agotan algunos nutrientes esenciales y se acumulan productos de desecho, con lo que el cultivo entra en esta fase sin crecimiento, en equilibrio entre las células que surgen y las que mueren. 4. Fase de muerte. El número de células disminuye gradualmente por agotamiento de las reservas celulares, falta de nutrientes y tóxicos en el medio. Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 3

4 En cualquier caso, podemos hacer crecer un cultivo durante más tiempo si añadimos periódicamente medio fresco y eliminamos el medio agotado junto con el exceso de células. A esto se le llama cultivo continuo y se puede hacer en: 1. Quimiostato. Mediante una bomba se suministra continuamente una cantidad controlada de medio fresco y se elimina el mismo volumen de medio usado. Este medio contendrá uno de los factores esenciales del crecimiento en cantidades limitantes. 2. Turbidostato. El control se basa en mantener constante la turbidez (medida de la densidad celular del cultivo). Según varíe esta propiedad se añade o se elimina medio. 2.2 MÉTODOS DE AISLAMIENTO Se basan en una reducción progresiva del número de microbios de la muestra inicial, o en la separación de cepas del mismo tipo. Posteriormente los gérmenes se transfieren a otro medio de cultivo. Hay varios: Tipo de aislamiento Por agotamiento de asa en superficie Por dilución y siembra en profundidad Aislamiento directo Descripción El asa de siembra se pasa sobre el medio sólido realizando estrías en zigzag desde un extremo a otro de la placa de Petri Se preparan diluciones decimales de la muestra inicial en una solución salina estéril y luego se mezclan cantidades conocidas de las diluciones con agar líquido a 60ºC en una placa. Cuando el agar se solidifica, cada célula origina una colonia aislada Los de mayor tamaño, como algunas algas y protozoos, se pueden aislar directamente con una pipeta Pasteur bajo la lupa binocular Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 4

5 2.3 MÉTODOS DE ESTERILIZACIÓN La esterilización consiste en la eliminación de todos los microorganismos vivos de un medio de cultivo, de un alimento o del material de laboratorio. Los métodos más utilizados son: Método Tipo Fundamento Calor Autoclave Recipiente que emplea calor húmedo, a temperaturas de 120ºC, donde los objetos se mantienen durante 20 minutos. Horno Pasteur Emplea calor seco alrededor de los 200ºC Filtración Filtros selectivos Cuando las altas temperaturas pueden destruir sustancias de un medio, los microbios quedan retenidos en los filtros, mientras la solución que los contiene los atraviesa. Radiación Rayos gamma Alteran el material genético de los Radiación ultravioleta microbios y con ello su actividad Radicaciones ionizantes vital. 2.4 MÉTODOS DE OBSERVACIÓN E IDENTIFICACIÓN Para identificar un microorganismo se utilizan distintas técnicas: Técnica Microscopía Métodos bioquímicos Descripción Se identifican los distintos tipos por la forma de las colonias, o la de las células, o por la presencia de esporas, etc. Se pueden observar en fresco (una gota en el porta y con el cubre para observar protistas y hongos) o en gota pendiente (una gota en el cubre colocando este sobre un porta excavado). En ocasiones se usan tinciones para destacar las estructuras. Puede hacerse una tinción simple con un solo colorante (safranina, cristal violeta, etc.), negativa, utilizando negrosina o tinta china sobre la cual se pone la muestra. Las tinciones diferenciales nos permiten separar los grandes grupos de bacterias (Gram positivas y Gran negativas) Utilizan galerías de identificación, placas rectangulares con pequeñas cubetas en las que se ponen una serie de sustratos con sus indicadores. Una muestra se hace reaccionar con todas y se produce un código de colores exclusivo para cada microbio Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 5

6 Biología molecular Se usa cada vez más en el diagnóstico de enfermedades infecciosas dado que no es necesario el cultivo del microbio, dado que se basan en el conocimiento de secuencias concretas del genoma del mismo que hibridan con sondas de ADN (fragmentos complementarios de una de las hebras del genoma microbiano). Si el microbio está en la muestra, se forma una molécula híbrida. 3. DIVERSIDAD MICROBIANA: REINO MONERAS 3.1. GENERALIDADES DE LAS BACTERIAS Las bacterias (del griego bakterion, pequeño bastón), grupo abundante y heterogéneo de microorganismos unicelulares procariotas, con un tamaño que oscila entre 0,1 y 50 µm. Presentan formas variables denominándose: cocos (esféricos), bacilos (alargados con forma de bastoncillo), vibrios (forma curvada, a veces con forma de coma) y espirilos (alargados y retorcidos. A veces se presentan agrupados: se utiliza el prefijo estrepto cuando aparecen alineadas, estafilo cuando se encuentran en un plano o sarcinas cuando se encuentran en racimo. Dentro de la estructura bacteriana se deben tener en cuenta los siguientes componentes: - Cápsula bacteriana (no siempre presente) - Pared bacteriana: formada por peptidoglucanos. Según su composición se diferencian las bacterias Gram + y Gram -. - Membrana plasmática. Presenta unas invaginaciones relacionadas con la división celular y la respiración celular denominadas mesosomas. - Citoplasma celular. No presenta la gran diversidad de orgánulos de la célula eucariota, únicamente presenta ribosomas de tipo 70 S responsables de la síntesis de proteínas. - Nucleoide. Es el cromosoma bacteriano. Su composición es ADN bicatenario circular, no asociado a histonas. - Plásmidos o episomas. Son fragmentos de ADN circular que se replican independientemente del cromosoma bacteriano. Aportan información extra a la célula bacteriana que los contiene. - Flagelo. Prolongación de longitud variable que sirve para el movimiento de la bacteria. Su número y disposición es variable. La proteína que los constituye es la flagelina (a diferencia del flagelo eucariota formado por la unión de proteínas de tubulina). - Fimbrias o pili (pelos bacterianos). Son filamentos abundantes y delgados que recubren la superficie de la bacteria. Su misión es la de fijación a otras bacterias para intercambiar información (plásmidos) por conjugación FUNCIÓN DE RELACIÓN Las bacterias son sensibles a las condiciones ambientales, composición química y condiciones físicas del medio (nutrientes, desecación, luz, temperatura, etc.). Pueden responder: - Moviéndose, con movimientos de aproximación o separación utilizando sus flagelos, por contracción o por reptación. - Variando su metabolismo. - Originando formas de resistencia que pueden ser quistes o endosporas. Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 6

7 3.3. FUNCIÓN DE NUTRICIÓN Las bacterias presentan todos los tipos de metabolismo conocido y algunas son capaces de cambiar de metabolismo en función del tipo de nutrientes que encuentran en el medio. Los principales grupos son: - Bacterias autótrofas fotosintéticas o fotolitótrofas. En este grupo se incluyen las cianobacterias que presentan clorofila a, fotosistemas I y II, el dador de electrones es el agua y desprenden oxígeno; y por otro lado las bacterias purpúreas y verdes del azufre que presentan bacterioclorofila, sólo tienen el fotosistema I, el dador de los electrones en el sulfuro de hidrógeno y materia orgánica, y no desprenden oxígeno. - Bacterias fotoorganotrofas. Son las purpúreas carentes de azufre, que por usar materia orgánica son heterótrofas. - Bacterias quimiosintéticas. Obtienen la energía oxidando sustratos inorgánicos que actúan como dadores de electrones. Destacan las bacterias del azufre, del hierro y del nitrógeno. - Bacterias quimioheterótrofas. Se nutren de los sustratos orgánicos sobre los que viven. En función del modo en el que obtienen la materia orgánica se clasifican en patógenas, cuando causan un daño o enfermedad al organismo del que se alimentan; simbióticas de vegetales o animales, beneficiándose con ellos de la relación (ejemplo Rhizobium que vive en raíces de leguminosas y fija el nitrógeno atmosférico); o saprófitas, que viven sobre la materia muerta ayudando a su descomposición FUNCIÓN DE REPRODUCCIÓN Las bacterias normalmente se reproducen asexualmente por bipartición. Tras la duplicación del ADN regida por la ADN polimerasa, cada una de los cromosomas se fija en un mesosoma bacteriano; cuando la célula se alarga, las copias se reparten entre las dos células hijas. Además de la reproducción asexual, las bacterias presentan procesos parasexuales en los que se produce un intercambio de genes entre microorganismos de la misma o distinta especie. Son los procesos de transformación, transducción y conjugación bacteriana. - Transformación. Consiste en la captura de ADN de otra bacteria que estaba libre en el medio y su incorporación al cromosoma bacteriano. No interviene ningún agente transportador. - Transducción. En este caso la transferencia del material genético es llevada a cabo por un vector o bacteriófago. - Conjugación. Cuando la transferencia de ADN se realiza a través de fimbrias o pili de la bacteria dadora a la receptora. La bacteria donadora puede ser F + si tiene el factor F o plásmido libre en el citoplasma o Hfr (alta frecuencia de recombinación) si tiene el factor F integrado en el cromosoma bacteriano. Estos dos tipos son interconvertibles. Las bacterias receptoras carecen de este factor F y se conocen como bacterias F- Por medio de estos mecanismos las bacterias pueden intercambiar genes entre organismos de una misma generación, es decir, se trata de un intercambio horizontal no vertical como el resto de los seres vivos. Esta característica permite la gran capacidad adaptativa de las bacterias. Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 7

8 3.5. CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS. La clasificación actual de las bacterias permite diferenciar las arqueobacterias del resto de las bacterias o eubacterias. 1. Las arqueobacterias o archaeas representan el dominio más viejo y de más lenta evolución. Tienen en común la adaptación a condiciones ambientales extremas semejantes a las condiciones geoquímicas existentes en la Tierra cuando apareció la vida. Son extremófilas y anaerobias. Tienen membranas diferentes, paredes celulares con distintos peptidoglucanos y extremoenzimas que no se desnaturalizan en condiciones extremas. Destacan las siguientes: - Halófilas. Viven en condiciones de salinidad extrema. - Metanógenas. Viven en condiciones de anaerobiosis estricta. - Hipertermófilas. Viven en zonas a altísimas temperaturas (>80ºC) - Acidófilas. Viven en condiciones de acidez extrema. (ph <2) 2. Las eubacterias constituyen el resto de la bacterias, son las más comunes y muy diversas. Por su función se destacan las siguientes: - Bacterias patógenas. Causan diversos daños o enfermedades. Pueden provocar daños en los tejidos o liberar toxinas dañinas. Entre las que liberan toxinas son de especial interés Clostridiun botulinum, que produce el botulismo o Vibrio cholerae, que produce el cólera. - Bacterias fotosintéticas. Constituyen el fitoplancton. Están representadas por bacterias purpúreas y verdes fotosintéticas y por las cianobacterias. - Bacterias fermentadoras. Son saprófitas y anaerobias estrictas. Entre ellas tienen gran importancia industrial los géneros Lactobacillus y Streptococcus, que realizan la fermentación láctica. - Bacterias descomponedoras. Son las responsables de la mineralización de la materia orgánica cerrando los ciclos biogeoquímicos de los distintos elementos. - Bacterias simbióticas. Como el género Rhizobium, fijador del nitrógeno atmosférico en simbiosis con las plantas leguminosas, o las bacterias del estómago de los rumiantes que ayudan a la digestión de la celulosa y otros glúcidos. - Bacterias que sintetizan antibióticos. Es de especial importancia en farmacia y en medicina el género Streptomyces, capaz de sintetizan antibióticos como la estreptomicina y el cloranfenicol. - Bacterias que biodegradan productos de desecho (basuras, vertidos ), productos industriales, petróleo o plaguicidas. Micoplasmas Son bacterias pleomorfas (adoptan formas distintas según las condiciones ambientales), parásitos obligados del ser humano, animales y plantas, causando distintas enfermedades asociadas con vías urinarias y respiratorias, como la neumonía atípica. Algunos tienen esteroles en su membrana lo que las hace más rígidas. Son de las bacterias más grandes llegando a 0,8 µm, y están relacionadas filogenéticamente con las gram positivas. 4. REINO PROTOCTISTAS O PROTISTAS 4.1. PROTOZOOS Características básicas: - Son microorganismos eucariotas unicelulares que carecen de pared celular. Son células grandes, entre 3 y 800 micras. - Son generalmente móviles y heterótrofos. Se alimentan principalmente de macromoléculas o de otros microorganismos. - Viven en medio húmedos o acuáticos, algunos son parásitos. Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 8

9 - Para su desplazamiento pueden utilizar cilios, flagelos o pseudópodos, que pueden ser de gran complejidad. - Generalmente se reproducen asexualmente. Muchos poseen ciclos sexuales con meiosis y fusión de gametos, originando zigotos diploides. - Para su clasificación se utilizan características como su forma de locomoción, su estructura o su ciclo vital. - Algunos pueden formar esporas o quistes de resistencia. Ejemplos de interés: - MASTIGÓFOROS. Se mueven por flagelos. Destaca dentro de este grupo Trypanosoma causante de la enfermedad del sueño. - SARCODINOS. Se mueven por pseudópodos. Destacan las amebas de vida libre o causantes de algunas enfermedades en el hombre. - CILIÓFOROS. Se mueven por cilios. Destaca Paramecium, de vida libre. - ESPOROZOOS. Se mueven por contracción. Destacan Plasmodium que causa la malaria o paludismo y Toxoplasma que causa la toxoplasmosis ALGAS Características básicas: - Son organismos eucariotas autótrofos con clorofila que realizan la fotosíntesis oxigénica. - La mayor parte son unicelulares y por tanto microscópicos, pero hay formas coloniales macroscópicas. - Viven en toda clase de medios pero preferentemente acuáticos, existiendo ejemplos de resistencia a condiciones extremas. - Se pueden reproducir asexualmente por bipartición o mediante esporas. En raras ocasiones presentan alternancia de generaciones. - La clasificación se basa en el tipo de pigmentos fotosintéticos que poseen, la composición de la pared celular y el tipo de sustancia de reserva que acumulan. - Forman el fitoplancton, son los responsables de la mayor parte de la fotosíntesis acuática y por tanto del mantenimiento de estos ecosistemas. - Algunos ejemplos son EUGLENÓFITOS (Euglena), CRISÓFITOS (Diatomeas), y DINOFLAGELADOS (Gonyaulax). Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 9

10 5. REINO HONGOS Características básicas: - Son organismos eucariotas heterótrofos y con digestión externa. - La reproducción suele ser por gemación en los unicelulares. - Se clasifican en OOMYCETOS, ZIGOMYCETOS, ASCOMYCETOS, BASIDIOMYCETOS Y DEUTEROMYCETOS. - Pueden vivir en cualquier lugar donde existan otras formas de vida. La mayoría ocupan hábitats terrestres, existiendo algunos hongos acuáticos. - Pueden ser saprófitos (responsables de la descomposición de la materia orgánica), parásitos (ocasionando daños o enfermedades como el pie de atleta, tiña, candidiasis y otros daños en vegetales), simbióticos con insectos, con algas (formando líquenes), y con plantas (micorrizas). Algunos tienen interés industrial como fermentadores y para la producción de antibióticos: Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 10

11 Mohos Hongos filamentosos que constituyen micelios de hifas tabicadas, algunas de las cuales se yerguen y desarrollan conidios, estructuras productoras de esporas. Soportan condiciones de acidez, de falta de humedad o de alta concentración de azúcar. El moho del pan, Rhizopus, tiene aspecto algodonoso y aparece también sobre fruta y otros vegetales. Penicillium también es de este grupo, descomponiendo frutas y grano de cereal. Levaduras Dentro de los hongos microscópicos son destacables las levaduras. Las levaduras pertenecen al grupo de los ascomicetos. Son hongos unicelulares, esféricos, que se dividen por gemación. Tienen gran importancia económica e industrial las del género Sacharomyces, responsable de las fermentaciones alcohólicas que se usan para la producción de la cerveza, el vino o el pan. 6. LOS VIRUS Los virus son los microorganismos más simples y pequeños que se conocen, pertenecen al nivel de organización acelular y marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte. Son parásitos intracelulares obligados que alteran en su propio beneficio los mecanismos biosintéticos de las células hospedadoras con el fin de lograr su reproducción. Son fragmentos de ácido nucleico cubiertos por una envoltura proteica que les permite desplazarse de una célula a otra, comportándose como elementos genéticos móviles. Se les puede considerar de dos maneras: como agentes transmisores de enfermedades y como agentes transmisores de herencia DESCUBRIMIENTO DE LOS VIRUS. Su descubrimiento fue muy tardío, en El botánico ruso Dimitry Ivanovsky, investigando la enfermedad del mosaico del tabaco, vio que el jugo obtenido tras triturar las hojas enfermas de la planta, y pasado por filtros de porcelana que retienen a las bacterias, seguía siendo infeccioso sobre plantas sanas. Propuso que eran virus filtrables o bacterias que producían una toxina causante del mismo efecto. A partir de 1930 con la aplicación de cultivos celulares in vitro, del microscopio electrónico, de la ultracentrifugación y la difracción de rayos X, se observaron directamente virus, siendo Wendell Stanley en 1935 quien consiguió cristalizarlos, lo que implica que tienen formas geométricas, típicas del mundo mineral, pero poco frecuentes en las formas celulares vivas. Su tamaño oscila entre los 30 y los 300nm MORFOLOGÍA Y COMPOSICIÓN DE LOS VIRUS. Los virus pueden alternar entre dos estados distintos: intracelular y extracelular. o En el estado extracelular la partícula viral o virión es inerte metabólicamente, siendo su única función transportar el ácido nucleico desde la célula hospedadora en la que se ha reproducido hasta otra célula en la que se pueda reproducir. La morfología de los virus en este estado consta de ácido nucleico, cubierta proteica (cápsida) y enzimas. - Ácido nucleico: Los virus difieren en el tamaño, cantidad y características de su ácido nucleico. Pueden tener ADN o ARN (nunca los dos) y todas las posibilidades de cadena: ADN monocatenario o bicatenario, ARN monocatenario o bicatenario (poco frecuente). Todos los virus con ARN doble, y algunos de los de ARN sencillo, presentan varias cadenas independientes, con genes distintos que codifican para una o dos proteínas. Es lo que se llama genoma fragmentado. No se conocen virus ADN con genoma fragmentado. Los virus más simples llevan información para ocho proteínas, llegando a doscientas en los virus más complejos. Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 11

12 - Cubierta proteica o cápsida: Los virus presentan esta cubierta formada de proteínas que aloja en su interior al ácido nucleico. Tiene como misión proteger al ácido nucleico y reconocer los lugares de unión y penetración de las células a parasitar. Está formada por la repetición de proteínas globulares denominadas capsómeros. Estos capsómeros se autoensamblan según una información contenida en los mismos, originando figuras simétricas, por lo que los virus pueden ser estructuras cristalizables. - Enzimas virales: Aunque los virus no tienen metabolismo fuera de la célula que parasitan, pueden contener enzimas que actúan en el proceso infeccioso, ya sea de entrada o salida de la célula en la que se reproducen o en la replicación o transcripción de su genoma, (una enzima muy importante es la transcriptasa inversa que permite sintetizar ADN a partir de ARN). Gracias a su morfología los virus se pueden clasificar de la siguiente manera: - Virus de simetría helicoidal. Los capsómeros se disponen helicoidalmente, sobre la hélice de ácido nucleico, adquiriendo globalmente la forma de bastoncillo. Ejemplos: virus del mosaico del tabaco y virus de la rabia. - Virus de simetría icosaédrica. Adoptan la forma de un poliedro de 20 caras triangulares. En conjunto tienen aspecto esférico. Ejemplos: virus de la polio. - Virus complejos. Compuestos de varias partes diferentes, de forma y simetría distinta. Constan de una cabeza icosaédrica donde se aloja el ácido nucleico, una cola helicoidal que se puede contraer para inyectar el contenido de la cabeza, estando separados por un cuello o collar formado por capsómeros distintos. Al final de la cola está la placa basal, especializada en la fijación sobre la célula hospedadora. De ella parten unas fibras que facilitan esta fijación. Los bacteriófagos son ejemplos de este grupo. - Virus envueltos. Tienen, además del ácido nucleico, la cápsida y las enzimas, una envuelta membranosa lipoproteica, que procede de la célula hospedadora en que se llevó a cabo el proceso de reproducción viral. Los virus que no tienen esta envuelta se denomina virus desnudos. CICLO LÍTICO o En el estado intracelular el ácido nucleico se integra en la célula hospedadora. El virus se reproduce, replicando su genoma y sintetizando los componentes de la cubierta del virus. Su aspecto está en función de la fase del ciclo reproductor en la que se encuentre CICLOS VITALES DE LOS VIRUS. Los virus necesitan encontrar una célula hospedadora y reproducirse en su interior. Para ello es necesario que inserten su ácido nucleico en la célula. Una vez dentro, el genoma vírico es capaz de inhibir la expresión génica de la célula y dirigir la maquinaria metabólica para la producción de copias de ácido nucleico viral (replicación) y de las proteínas de la cápsida y enzimas (transcripción y traducción), con el fin de poder salir de la célula e infectar otras. Dentro de los ciclos de reproducción víricos podemos distinguir el ciclo lítico que consta de cinco fases: fijación, penetración, eclipse, ensamblaje y liberación, pudiendo retrasarse las tres últimas en los ciclos lisogénicos que se explicarán más adelante. 1. Fase de fijación. Las células hospedadoras tienen en sus membranas receptores específicos para los virus que las infectan, uniéndose componentes de la cápsida o membranas externas del virus con glucoproteínas o lipoproteínas Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 12

13 concretas de la membrana de la célula. En el caso de los virus bacteriófagos la unión es mecánica facilitada por las fibras y la placa basal del virus. 2. Fase de penetración. En función de las estructuras superficiales de la célula hospedadora, los virus utilizan diferentes mecanismos de penetración. - Los bacteriófagos originan un pequeño orificio en la pared bacteriana con una lisozima de su placa basal, y se inyecta el ADN al contraerse la cola del virus. La cápsida queda en el exterior de la bacteria. - Los virus desnudos introducen toda la nucleocápside en la célula, ya sea por penetración directa al perforar la membrana con enzimas o por endocitosis. - Los virus envueltos funden su cubierta lipoproteica con la membrana de la célula. 3. Fase de eclipse. En ella no se detectan virus en el interior de la célula. El genoma vírico dirige el metabolismo de la célula hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando todos los recursos de la célula hospedadora (nucleótidos, aminoácidos, energía, ribosomas, etc.) y deteniendo la actividad celular con factores de inhibición. En esta fase se realiza la formación de copias de su genoma, replicación, y posteriormente la transcripción y la traducción para la síntesis de las proteínas específicas del virus. 4. Fase de maduración y ensamblaje. Se ensamblan los capsómeros formando la cápsida, a la vez que el ácido nucleico se pliega en su interior junto con las enzimas que pueda llevar en virus. 5. Fase de liberación. Los virus salen de la célula básicamente por dos mecanismos: - Por gemación. Induciendo la formación de pequeñas vesículas en la célula que posteriormente acabarán desprendiéndose. Este procedimiento lo utilizan los virus envueltos, en los que la envoltura membranosa es parte de la membrana de la célula en la que se introdujeron. - Por exocitosis o provocando pequeños agujeros en la membrana de la célula por medio de enzimas líticos. Es típico de los virus desnudos. Esta liberación pude causar la muerte de la célula (este es el ciclo lítico propiamente dicho). Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 13

14 CICLO LISOGÉNICO Tras la penetración del cromosoma viral no siempre es inmediata la multiplicación del virus. Muchos virus entran en estado de latencia y posponen su reproducción. El cromosoma viral puede integrarse en el cromosoma de la célula, haciéndola inmune a la infección por el mismo tipo de virus. La célula puede multiplicarse con el ácido nucleico del virus en su interior y dar lugar a muchas generaciones de células con el genoma viral. Ejemplos de virus lisogénicos son muchos bacteriófagos, los retrovirus, el virus de la verruga o del herpes. A este estado del virus se le conoce como profago, provirus (en animales) virus atenuado o virus atemperado, y a la célula hospedadora se la llama célula lisogénica. Puede quedar así mucho tiempo o volver al ciclo lítico y continuar con las fases de eclipse, ensamblaje y liberación. El estado se mantiene hasta que un agente inductor (rayos X, radiación ultravioleta, agua oxigenada) hace que se separe el genoma viral del celular, iniciándose el ciclo lítico RETROVIRUS Un grupo especial de virus animales son los retrovirus. Retro significa atrás, recibiendo este nombre porque, siendo virus ARN, son capaces de sintetizar ADN en el proceso de transcripción (lo contrario que el resto de los seres vivos), siendo una excepción al Dogma Central de la Biología Molecular. Esto es posible porque tienen una enzima denominada transcriptasa inversa que representa una excepción a la transcripción normal ADN a ARN; y la ADN endonucleasa que favorece la entrada de genes. Son muy interesantes por varios motivos: - Algunos retrovirus causan cáncer (como el virus del Sarcoma de Rous y algunas leucemias). - El virus del SIDA es un retrovirus, como se demostró en la década de los ochenta. - Las enzimas que poseen son muy interesantes en ingeniería genética: la transcriptasa inversa (para realizar la transcripción en sentido inverso) y la ADN endonucleasa (muy usada en terapia génica para introducir genes extraños dentro de una célula con fines curativos) CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS CARACTERÍSTICAS DE LOS VIRUS SEGÚN LA CÉLULA HOSPEDADORA TIPO DE VIRUS ÁCIDO CÁPSIDA ENVOLTURA EJEMPLOS NUCLEICO BACTERIÓFAGOS ADN bicatenario Compleja Ausente Bacteriófagos T- par VEGETALES ARN monocatenario Helicoidal Ausente Mosaico del tabaco, estriado ANIMALES Todas las opciones del maíz Icosaédricos Frecuente Ver tabla siguiente Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 14

15 ÁCIDO NUCLEICO ARN CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS TIPOS DE VIRUS FORMA ENVUELTA GRUPO ENFERMEDADES ICOSAÉDRICA NO PICORNAVIRUS Poliomelitis, meningitis, hepatitis A NO REOVIRUS Diarrea, gastroenteritis HELICOIDAL SÍ ORTOMIXOVIRUS Gripe SÍ RETROVIRUS SIDA, Sarcoma de Rous ADN ICOSAÉDRICA NO PAPOVAVIRUS Verrugas COMPLEJA NO POXVIRUS Viruela SIN CLASIFICAR NO HEPADNAVIRUS Hepatitis B 6.6. OTRAS FORMAS ACELULARES Los virus no son las únicas estructuras o moléculas que pueden parasitar células o transportas genes entre células. Es necesario mencionar al menos a los priones y los viroides. Los priones son pequeñas proteínas con capacidad infecciosa al situarse en las membranas de las neuronas. Son capaces de modificar o alterar a las proteínas normales y causar graves enfermedades en el sistema nervioso. Es el caso de la enfermedad de las vacas locas (encefalopatía espongiforme bovina y ovina) y en el hombre es el causante de la enfermedad de Creutzfeld-Jakob. Cuando se estudian cerebros de especies afectadas por estas patologías se encuentra siempre una variante de una proteína normal conocida como la proteína del prión, formada por una cadena de 250 aminoácidos. Las diferencias entre ambas residen en determinados fragmentos de alfa hélice de la proteína normal que en la alterada tienen estructura de lámina beta. El número de priones aumenta cuando estos entran en contacto con moléculas normales y la vuelven infectivas, en una reacción en cadena o efecto dominó que extiende la infección. No se sabe cómo ocurre el cambio en la proteína, la mutación del gen o la vía de contagio entre individuos e incluso entre especies. Los viroides son cortos fragmentos de ARN monocatenario (menos de 400 nucleótidos) con capacidad infecciosa que constituyen uno de los agentes infecciosos más pequeños. Causan enfermedades en vegetales de las cuales la más conocida es la del tubérculo fusiforme de la patata. Actúan interfiriendo la expresión de algunos genes y no se traducen nunca a proteínas. Los efectos que producen en las plantas son: necrosis, clorosis o moteados de hojas, deformaciones en tallos y frutos, enanismo. Son transmitidos por insectos o por material agrícola infectado. BIBLIOGRAFÍA o SANZ ESTEBAN, M. & colab. Biología 2º bachillerato. Proyecto Tesela. Oxford Educación o ALCAMÍ, J. & colab. Biología 2. Editorial SM o SÁNCHEZ GUILLÉN, J. L. Proyecto Educastur. E.htm Con ejercicios para repasar CiOS.htm o LEVA LÓPEZ, R. Proyecto Biosfera Con ejercicios Y autoevaluación Temas 24 y 25. Microorganismos. Concepto y diversidad Página 15