BLOC V• Microorganismes• Malalties infeccioses• Anomalies del sistema

immunitari

MICROORGANISMES1. Conceptes bàsics2. Microorganismes procariotes

a) Eubacterisb) Arqueobacteris

3. Microorganismes eucariotesa) Protozousb) Alguesc) Fongs

4. Microorganismes sense organització cel·lulara) Virusb) Vioridsc) Prions

5. Microorganismes i biotecnologia

1. Conceptes bàsics• Microorganisme: organisme de menys de 0,1mm observable només amb

ajuda d’un microscopi. Microbiologia.

Classificació dels microorganismes

Microorganismes amb organització cel·lular

• Membrana cel·lular • Àcids nucleics (ADN i ARN)

ProcariotesArqueobacteries

Eubacteries

EucariotesProtozous

Algues microscòpiquesFongs

Microorganismes amb organització cel·lular• Sense membrana cel·lular• No presenten els dos tipus d’àcids nucleics• Paràsits estrictes, no tenen metabolisme

Virus

Viroids

Prions

2. Microorganismes procariotesCaracterístiques dels procariotes

Nombre cel·lular

Membrana nuclear

Material genètic Orgànuls Paret

cel·lularDivisió

cel·lular Reproducció Moviment

Unicel·lulars Absent. Regió nuclear

DNA circular no associat a histones. No meiosi, no mitosi.Presència de plàsmids (DNA extracromosòimic circular)

Invaginacions de la membrana plasmàtica amb funcions fotosintètiques i respiratòries

Presència de mureïna (peptidglicà)

Fissió binaria, gemmació. divisió del material genètic directa sense formació de l’aparell mitòtic

Sistemes parasexuals amb transferència unidireccional de dador a receptor, no meiosi

Reptació o flagels simples

a) EubacterisBacteris típics. Unicel·lulars procariotes d’entre 1 i 10 μm sense citoesquelet (pel petit tamany). Amb totes les formes metabòliques possibles, viuen a qualsevol ambient. Indispensables per a l’equilibri dels ecosistemes (gràcies a la diversitat metabòlica) participant en els cicles biogeoquímics. Morfologia

Relació entre la morfologia i l’hàbitat

Cocs Bacils Espirils i vibrions

Forma arrodonida, mínima relació superfície/volum

Forma allargada, major relació superfície/volum Forma d’espiral

Poca relació amb l’exterior Obtenen nutrients de manera més eficaç De petit diàmetre

Viuen en medis rics en nutrients Viuen en medis pobres en nutrients Viuen en medis viscosos

Transmissió aèria Travessen fàcilment la mucosa

Majoritàriament patògens Solen ser sapròfites Patògens per contacte directe o mitjançant vectors

Molt resistents Menys resistents

EstructuraCàpsula bacterianaCapa amb el cantó ben definit format per una sèrie de polímers orgànics que tenen algunes bactèries i que es dipositen a l'exterior de la seva paret cel·lular. Generalment conté glicoproteïnes i un gran nombre de polisacàrids diferentsLa presència de càpsula va associada a factors de virulència.Presenta una capa rígida organitzada en una matriu impermeable. I una capa de material extracel·lular que es deforma amb facilitat, és incapaç d'excloure partícules i no té un límit definit, anomenada capa mucosa o glicocàlix. Ambdues es poden detectar amb mètodes amb la tinció negativa o la tinció de Burri.La càpsula els serveixen als bacteris com a coberta protectora resistent a la fagocitosi. També s'utilitza com a dipòsit d'aliments i com a lloc d'alimentació de substàncies de rebuig. Protegeix de la dessecació, ja que conté una gran quantitat d'aigua disponible en condicions adverses. A més a més, evita l'atac dels bacteriòfags i permet l'adhesió de la bactèria a les cèl·lules de l'hoste.La seva formació varia segons les condicions ambientals en les que es trobin, per això no és una característica taxonòmica.

1 Càpsula; 2 Glicocàlix o capa mucosa; 3 Biopel·lícula

Paret bacterianaCoberta rígida present en la majoria de bacteris excepte Micoplasmes, Thermoplasmes i formes L que només presenten membrana cel·lularL’esquelet de la paret està format per el peptidglicà mureïna, aquest i els enzims que el sintetitzen són propis dels Eubacteris. La mureïna està formada per una seqüència alterna de NAG i NAM units amb enllaços ß-1,4 formant una cadena recta no ramificada.

La paret bacteriana és característica taxonòmica. Permet diferenciar els bacteris gram+ i els gram-

Tinció gram. Protocol

•Recollir mostra •Esperar 4 segons

•Fixar mostra •Esbandir amb aigua

•Tinció cristall violeta •Tenyir amb safranina

•Esperar 1 minut •Esperar 1 minut

•Esbandir amb aigua •Esbandir amb aigua

•Agregar lugol

•Esperar 1 minut

•Esbandir amb etanol

•Agregar alcohol

Bacteris gram +: La mureïna és el component majoritari de la paret, entre el 50 i el 80%. La ret de mureïna està molt desenvolupada arribant a les 40 capes. Els polisacàrids s’uneixen per enllaços covalents, baix contingut proteic, i hi trobem àcids taicoics que són cadenes de molècules de glicerina o ribitol estratificades per ponts fosfat, amb una forta càrrega negativa que permet la captació de cations necessaris per a l’activitat d’alguns enzims. Els àcids taicoics, són altament antigènics. Però la matriu en la que es troba immersa la paret presenta altres components a més dels àcids taicoics.La paret bacteriana dona rigidesa contrarestant les forces osmòtiques, dona flexibilitat i condiciona la forma de la cél·lulaEn la tinció gram romanen de color blau, doncs el reactiu de lugol i la seva paret formen una estructura impermeable a l’acció decolorant de l’alcohol.

Composició de la paret dels bacteris gram +

Peptidglicà

Matriu

Àcids taicoics

Àcids lipotaicoics

Àcids teicurònics

Proteïnes associades a membrana

Bacteris gram -: La mureïna només representa entre l’1 i el 10% de la paret bacteriana. La ret de mureïna presenta una sola capa. La membrana externa és una bicapa lipídica NO típica, exclusiva dels gram-, asimètrica i formada per proteïnes (60%) i lipopolisacàrids (40%). Els lipopolisacàrids són els responsables, entre d'altres funcions, de produir endotoxines.Les lipoproteïnes estabilitzen el complex membrana externa – peptidglicà.L’espai periplasmàtic té una funció osmoreguladors molt important, i en ell es situen nombrosos enzims i proteïnes de transport i d’unió.En la tinció gram es tenyeixen de vermell.

Composició de la paret dels bacteris gram -

Membrana externa

Lipoproteïnes

Espai periplasmàtic

Peptidglicà

Membrana plasmàticaSimilar a la dels eucariotes, sense presència d’esterols (amb excepcions com micoplasmes) i amb invaginacions internes anomenades mesosomesFlagelsFormats per unes 20 proteïnes. Compost per un tub helicoïdal anomenat filament que presenta una forta curvatura just al sortir de la membrana externa, aquesta curvatura anomenada colze permet convertir el moviment giratori de l’eix en helicoïdal. Entre el colze i el cos basal hi trobem l’eix que travessa diversos anells proteics que poden està associats als lipopolisacàrids de la membrana externa, a la paret bacteriana, a la capa de mureïna i a la membrana plasmàtica (en els gram-); en els gram + només hi trobem dos anells.El flagel és impulsat per un motor rotatiu situat a la membrana citoplasmàtica, impulsat per una bomba de protons, gràcies al gradient de concentració produït durant el metabolisme cel·lular.Segons la seva disposició:

Pèls i fímbries• Fímbries _ són pèls adhesius repartits per tots la superfície cel·lular poden

unir-se a superfícies vives o inerts, en el primer cas, determinaran la virulència i invasivitat en els bacteris patògens. Formades principalment per pilina, la capacitat adhesiva es troba en una proteïna especial que se situa a la punta del pèl, les lectines, que s’uneixen fàcilment a cadenes laterals de polisacàrids, pròpies de les membranes citoplasmàtiques de les cèl·lules hoste a les que s'adhereixen

• Pèls sexuals_ Més llargs i gruixuts, però en menor nombre, entre 1 i 10 per cèl·lula, permeten els contactes inicials en la conjugació, seria l’organ de reconeixement entre el bacteri donador, el que té el pèl sexual, i el bacteri receptor, que no en presenta

Nutrició

RelacióFormació d’espores: Algunes espècies de bactèries Gram + (principalment dels gèneres Bacillus, Clostridium, Sporosarcina i Thermoactinomyces), disposen d’una notable estratègia adaptativa quan es veuen sotmeses a privació de nutrients en el medi. Si els nivells de C, N, o P cauen per sota d’un llindar, això és el senyal de que s’apropa un període de privació. La cèl·lula s’implica en una sèrie de complexos canvis genètics, metabòlics, estructurals, etc és el procés d'esporulació o esporogènesis, que porta a la diferenciació en el interior de la cèl·lula vegetativa, d’una cèl·lula dormint, l'endòspora. La cèl·lula-mare finalment s’autolisa alliberant l’espora que romandrà en estat criptobiótic, fins i tot segles. Les espores son fàcilment disseminades per l’aire; quan cauen en medis rics en nutrients es desencadena la seva germinació, es reinicia l’activitat metabòlica generant una nova cèl·lula vegetativa. És doncs una forma de supervivència.

Fotoautòtrofs Fotoheteròtrofs Quimioautòtrofs Quimiheteròtrofs

Bacteris verds i porpres sulfuris

Bacteris verds i porpres no

sulfurisBacteris

nitrificants Bacteris patògens

Cianobacteris

ReproduccióFissió binària

Processos parasexualsa. Transformació

b. Transducció

c. Conjugació

b) ArqueobacteriesSón fòssils vivents, doncs els trobem en hàbitats amb condicions molt similars a les de la Terra primigènia. Solen ser organismes anaerobis d’ambients extrems. Es diferencien de les eubacteries en la seqüència molecular de l’RNA ribosòmic.La seva membrana plasmàtica presenta lípids sense àcids grassos però amb hidrocarburs isoprenoides que s’uneixen a la glicerina per enllaços èter enlloc d’èster. Poden presentar lípids polars i apolars, i la membrana citoplasmàtica pot ser monocapa o bicapa. També presenten diferències en la seva paret cel·lular, sense peptidglicans ni D-aa, presenten pseudopeptidglicans i polisacàrids o proteïnes.Genoma format per una sola molècula de DNA circular associat a histones.La majoria presenten metabolisme autòtrof.Presenten característiques bioquímiques especials que els permeten viure en hàbitats extrems.Ecològicament distingim:– Metanogèniques: productores de metà en anaerobiosi– Halòfiles extremes: viuen en zones amb concentracions salines molt elevades, requereixen de concentracions superiors al 10% de NaCl per créixer– Termòfiles extremes: viuen en zones amb temperatures superiors als 100º

Methanococcus jannischii Halobacterium salinarium

Sulfolobus acidocaldarius

3. Microorganismes eucariotesCaracterístiques dels eucariotes

Nombre cel·lular

Membrana nuclear

Material genètic Orgànuls Paret cel·lular Divisió

cel·lular Moviment

Unicel·lulars o pluricel·lulars

Present DNA bicatenari en doble hèlix associat a histones. Amb meiosi i mitosi.Cromosomes lineals en nombre variable

Presència d’orgànuls membranosos

De cel·lulosa en algues i quitina en fongs, absent en protozous

Fissió binaria, gemmació associada a processos mitòtics. Meiosi

Reptació , flagels complexos i cilis

a) Algues microscòpiquesDe medi aquàtic i fotosintètiques constitueixen el fitoplàncton.

Phylum EuglenophytaEuglenes

Phylum ChrysophytaDiatomees

Phylum PyrrophytaDinoflagel·lats

Unicel·lularsParet cel·lular amb exosquelet de sílice ornamentada que precipita formant la roca diatomita

Unicel·lulars, poden formar colònies

Un flagel No flagels Solen presentar dos flagels perpendiculars

Estigma (pigment fotosensible) S'uneixen formant cadenes cel·lulars

Paret cel·lular o teca de cel·lulosa

Capa membranosa externa Planctòniques o bentòniques Midó com a substància de reserva

Paramil (reserva) Marines i d’aigua dolça, llacs i estanys formant el fitoplàncton

Clorofil·la fotosintètica i altres pigments vermellosos

Aigües dolces o sòls humits Grup molt extens i complicat Poden produir neurotoxines

Algunes heteròtrofes dins invertebrats aquàtics

Plasts amb pigments grocs, ficoxantines

Responsables de les marees roges

b) ProtozousUnicel·lulars heteròtrofs sense paret cel·lular, poden formar un embolcall dur de sílice o calç o quitina. De vida lliure la majoria depenent de la humitat.Desplaçament per pseudopodis, cilis i flagels (estructura 9+2).S’alimenten d’altres protozous, bacteris, algues unicel·lulars, invertebrats microscòpics, matèria orgànica...Reproducció asexual per esporulació o divisió binària amb formació de complex mitòtic. També poden presentar conjugació amb fusió de dos individus i intercanvi de material genètic

MastigophoraFlagel·lats

Rhizopoda Amebes

Sporozoa Esporozous

Ciliophora Ciliats

Locomoció per flagels, un o més

Locomoció per pseudopodis, prolongacions citoplasmàtiques en sentit del desplaçament. S’usen també per capturar l’aliment mitjançant fagocitosi. Segons gruix dels pseudopodis dos tipus:• Lobopodis: gruixuts com Amoebozoa• Filopodis: diversos, acompanyats d’exosquelet de microtúbuls, com Radiolaris i Foraminifers

Locomoció per contracció del cos

Locomoció mitjançant cilis d’estructura complexa (citoesquelet i centríols)

Reproducció per fissió longitudinals, amb gàmetes

Reproducció per fissió simple o múltiple, amb gàmetes

Reproducció per fissió múltiple, esporulació

Reproducció per fissió transversal, per conjugació

D’aigües dolces i paràsits Amb teca calcària com Foraminífers o de sílice com Radiolaris

Endoparàsits amb una fase d’esporulació

Amb dos nuclis i una boca cel·lular (citostoma o citofaringe)

Protozoa Flagellata

Trypanosoma vivax __ tripanosomosis bovina

Trypanosoma evansi __ tripanosomosis equina

Rhizopoda

Amebes

Radiolaris

Foraminífers

Sporozoa

Ciliophora

Parameci

c) Fongs microscòpicsOrganismes eucariotes uni o pluricel·lulars sense pigments fotosintètics, heteròtrofs amb digestió externa. Terrestres, majoritàriament sapròfits, es desenvolupen sobre matèria orgànica en descomposició, alguns paràsits. Paret cel·lular sense cel·lulosa.

Fongs unicel·lulars Fongs pluricel·lulars

Llevats Floridures

Reproducció asexual per gemmació Reproducció sexual i asexual (gemmació, esporulació i fragmentació). Alternança

Fermentació Tal·lus, hifes i micelis

Saccharomyces

Saccharomyces

4. Microorganismes sense organització cel·lular

a) VirusNivell d’organització subcel·lular, no es nodreixen, “no es relacionen”, no tenen metabolisme propi, són paràsits intracel·lulars obligats. Fora de la cèl·lula reben el nom de virions. Invisibles en microscòpia òptica, entre 10 i 300 nm. Es diferencien per l’estructura de la càpsida, el tipus d’àcid nucleic, la cèl·lula hospedadora, la forma de penetració i la replicació. EstructuraNucleocàpsida

Àcid nucleicO ARN o ADN, mai les dues alhora. Oberta o circular, bicatenaria o monocatenaria.CàpsidaCoberta proteica que envolta el material genètic, el protegeix i reconeix els receptors de membrana de les cèl·lules hospedadores en els virus sense coberta membranosa. Formada per proteïnes globulars, capsòmers, disposades de manera regular i simètrica.

Diferents tipus de càpsides, diferents formes víriques:– Icosaèdrica: la càpsida adopta estructura icosaèdrica (20 cares, 12 vèrtexs i 30 arestes), formada per la unió d’hexàmers, 6 protòmers, i pentàmers, 5 protòmers, o ambdós. D’aspecte esfèric (adenovirus, virus de la polio i picornavirus)

Virus de la polioVirus del refredat comú

– Helicoïdal: formada per capsòmers idèntics disposats helicoïdalment, en estructura tubular buida amb forma allargada (virus del mosaic del tabac, virus de la ràbia).

Virus del mosaic del tabacVirus de la ràbia

– Complexa: pròpia de virus bacteriòfags. Formada de dues parts: cap, amb estructura icosaèdrica que conté el material genètic, i la cua, adaptada per a la injecció del genoma en la cèl·lula parasitada, a la base una placa basal amb espines basals unida a les fibres caudals, totes tres formades per proteïnes i amb funció d’ancoratge a la cèl·lula hoste, i una beina helicoïdal proteica d’unió entre el cap i la cua.

Coberta membranosaCoberta no sempre present, pròpia de virus animals, envolta la nucleocàpsida. Doble capa lipídica procedent de les cèl·lules parasitades i de glicoproteïnes sintetitzades sota control del genoma víric, que sobresurten de la coberta membranosa i tenen funció de reconeixement i inducció a la penetració per fagocitosi o endocitosi. Molt important des del punt de vista immunològic.

Cicle víric

Bacteriòfag T4 (lític i lisogènic, complex)Lític Fase de fixacióEspecificitat en el contacte cel·lular, reconeixement de receptors de membrana als que s’uneixen els virions, punts d’adherència. Fase de penetracióPerforació de la paret del bacteri mitjançant lisozims de la placa basal, contracció de la beina i introducció del material genètic al citoplasma bacterià

Cicle lític Cicle lisogènicFase de fixació Fase de fixació

Fase de penetració Fase de penetració

Fase d’eclipsi Fase d’eclipsi

Fase d’acoblament Fase d’acoblament

Fase de lisi o alliberament

Fase d’eclipsiEl DNA víric dirigeix l’activitat metabòlica de la cèl·lula, gràcies a nucleòtids i a la RNA polimerasa, causant la síntesi de RNAm víric que serà base per a la síntesi de proteïnes víriques, capsòmers, enzims endonucleases per destruir el DNA bacterià i impedir-ne la duplicació, i enzims endolisines. El DNA víric es replica. Fase d’acoblamentEls capsòmers sintetitzats s'uneixen formant la càpsida, i el nou DNA víric es plega i penetra en la càpsida. Fase de lisiL’enzim endolisina causa la lisi del bacteri i els virions surten a l’exteriorLisogènicEl genoma víric s’incorpora al DNA bacterià, parlem de virus atenuats o pròfags. El DNA víric roman en estat latent fins que un estímul activa el cicle lític, i el DNA víric es separa del bacterià. En cicle lisogènic la cèl·lula hoste és immune a noves infeccions del mateix virus.

Virus del SIDA (icosaèdric)Amb càpsida icosaèdrica, amb material genètic format per dos filaments de RNA units a transcriptasa inversa, amb enzims com integrasa, proteasa i ribonucleasa. Envoltat per una coberta externa proteica i una bicapa lipídica provinent de les cèl·lules eucariotes hostes, i amb proteïnes incrustades. És un retrovirus que ataca als limfòcits T4. Contacte amb la cèl·lula hoste, fusió de membranes Introducció de la càpsida amb el material genètic Alliberament del RNA i de la retrotranscriptasa La retrotranscriptasa copia l’RNA víric en DNA, dant lloc a un filament híbrid

RNA-DNA El filament híbrid genera, per la retrotranscriptasa, una doble hèlix de DNA

prèvia degeneració del RNA La doble hèlix de DNA penetra en el nucli de la cèl·lula hoste i s’insereix en el

cromosoma cel·lular, on pot romandre latent Quan s’activa, es transcriu i tradueix dant RNA víric, proteïnes de la càpsida i

l’embolcall i enzims retrotranscriptases Els components s’unneixen Lisi cel·lular i alliberament dels virions adquirint el recobriment membranós

b) ViroidsAgents infecciosos amb cicle extracel·lular sense activitat metabòlica, i cicle intracel·lular, com els virus. No presenten proteïnes ni lípids, i estan formats únicament per una cadena cíclica curta de RNA circular o allargada, que no codifica proteïnes. Es detectaren per primer cop l’any 1978. No es coneix la seva forma de replicació. S’han caracteritzat 30 espècies patògenes de plantes superiors, causant afectacions en el creixement vegetal. (Cadang-Cadang del cocoter)

c) PrionsAgents infecciosos formats per glicoproteïnes amb la seva estructura secundaria alterada, amb un plegament incorrecte, només està format per aa. Es descobriren per primer cop l’any 1982.Solen ser proteïnes de membrana de les neurones, i causen malalties neurovegetatives.Quan un prió entra en un organisme sa, actua sobre la forma normal de la mateixa proteïna, modificant-la i convertint-la en prió, indueix a la modificació de la seva estructura, els nous prions afectaran altres proteïnes normals. Es desconeix com actuen, el contagi esdevé per ingesta contaminada, el patogen es transporta per l’epiteli intestinal, on passa als macròfags i a les cèl·lules migratòries, el sistema immunitari el reconeix i fabrica anticossos que no són efectius. Els prions són transportats a la melsa i als ganglis limfàtics, altament innervats, causant així el contagi del sistema nerviós i adquirint el cervell forma esponjosa i produint-se la mort neuronal.Trobem 3 formes de malalties prioniques: esporàdiques, infeccioses i hereditàries.En l’home algunes són: Creutzfeldt-Jakob; Insomni familiar fatal; Malaltia de Gerstmann-Straüssler-Scheinker; Kuru

5. Microorganismes i biotecnologia• Processos industrials

– Fermentacions (FET)• Alcohòlica• Làctica• Àcid acètic

– Producció d’antibiòtics – Penicillum (fong)– Producció de vitamines, aminoàcids i enzims

• Control de plagues – microorganismes entomopatògens• Control de qualitat alimentaria

– Pasteurització• Enginyeria genètica (FET)• Depuració d'aigües – tractament secundari, de la matèria orgànica (DBO)