Eubacterias: Definición, Tipos, Clasificación y Características

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Que es eubacteria

Las Eubacterias, también llamadas “bacterias”, son uno de los tres dominios principales de la vida, junto con las arqueas y las eucariotas. Las eubacterias son procariotas, lo que significa que sus células no tienen núcleos definidos o limitados por membranas. Como grupo, exhiben una gama impresionante de diversidad bioquímica, y sus numerosos miembros se encuentran en cada habitat en la tierra. Las eubacterias son responsables de muchas enfermedades humanas, pero también ayudan a mantener la salud y constituyen partes vitales de todos los ecosistemas de la Tierra.

Características de las Eubacterias

Caracteristicas de las eubacterias
Caracteristicas de las eubacterias

Estructura

Al igual que las arqueas, las eubacterias son procariotas, lo que significa que sus células no tienen núcleos en los que se almacena su ADN. Esto distingue a ambos grupos de las eucariotas, cuyo ADN está contenido en un núcleo. A pesar de esta semejanza estructural, las Eubacterias no están estrechamente relacionadas con las arqueas, como lo demuestra el análisis de su ARN (véase más adelante).

Las eubacterias están encerradas por una pared celular. La pared está hecha de cadenas reticuladas de peptidoglicano, un polímero que combina las cadenas de aminoácidos y azúcar. La estructura de red da a la pared la fuerza que necesita para mantener su tamaño y forma frente a diferencias químicas y osmóticas cambiantes fuera de la célula. La penicilina y otros antibióticos relacionados previenen el crecimiento de células bacterianas al inactivar una enzima que construye la pared celular. Las bacterias resistentes a la penicilina contienen una enzima que modifica químicamente la penicilina, haciéndola ineficaz.

Algunos tipos de bacterias tienen una capa adicional fuera de la pared celular. Esta capa está hecha de lipopolisacárido (LPS), una combinación de lípidos y azúcares. Hay varias consecuencias de poseer esta capa externa. De menor importancia para las bacterias, pero significativa para los investigadores, esta capa les impide retener un colorante particular (denominado coloración de Gram) que se utiliza para clasificar las bacterias. Las bacterias que tienen esta capa de LPS se denominan Gram-negativas, en contraste con las bacterias Gram-positivas, que no tienen una capa externa de LPS y que conservan la mancha. Más importante para las bacterias y los organismos a los que infectan, es que una porción de la capa de LPS, llamada endotoxina, es particularmente tóxica para los seres humanos y otros mamíferos. La endotoxina es en parte responsable del daño causado por la infección de Salmonella y otras especies Gram-negativas.

Dentro de la pared celular está la membrana plasmática, que, al igual que la membrana plasmática eucariótica, es una bicapa de fosfolípidos rellenos de proteínas. Incrustados en la membrana y extendiéndose hacia el exterior pueden ser flagelos, que son filamentos de proteína parecidos a un hilo. Accionados por motores moleculares en su base, éstos giran rápidamente, propulsando la bacteria a través de su entorno.

Dentro de la membrana plasmática está el citoplasma bacteriano. A diferencia de los eucariotas, las bacterias no tienen organelos enlazados a la membrana, como mitocondrias o cloroplastos. De hecho, se cree que estos dos orgánulos han evolucionado a partir de eubacterias que se instalaron dentro de un eucariota ancestral.

Las células bacterianas adoptan una de varias formas comunes, que hasta hace poco se utilizaban como base de clasificación. Los bacilos tienen forma de varilla; los cocos son esféricos; y espirilos son espirales u ondulados. Después de la división, las células bacterianas pueden permanecer unidas, y éstas forman una variedad de otras formas, desde racimos a filamentos o bobinas.

Tipos de Eubacterias

Cocos

Que es eubacteria
Tipos de eubacterias

Las eubacterias cocos son esféricas u ovales en su forma, como una baya. De hecho, el nombre se deriva de la palabra griega “kokkos”, que significa baya. Estas son algunas de las bacterias más pequeñas y más simples, con un tamaño promedio de aproximadamente 0,5 a 1,0 micrómetros de diámetro. (Un micrómetro es de aproximadamente 1 / 1.000.000 de un metro.) Un número de bacterias patógenas (causantes de enfermedades) pertenecen a esta categoría. Algunos ejemplos de cocos son el estreptococo, que puede causar estreptococo y escarlatina; estafilococo, específicamente Staphylococcus aureus, que puede causar intoxicación alimentaria y síndrome de shock tóxico; y el meningococo, que puede causar una serie de enfermedades meningocócicas, incluyendo la meningitis bacteriana epidémica.

Bacilos

Las eubacterias bacilo tienen forma de varilla. Estas bacterias son un poco más complejas que la familia de los cocos y, en promedio, son de 0,5 a 1,0 micras de ancho por 1,0 a 4,0 micras de largo. Algunas de estas bacterias son patógenas, como Yersinia pestis, que pueden causar peste bubónica y neumónica, o Bacillus anthracis, que es la causa del ántrax. Pero las bacterias beneficiosas también pertenecen a esta familia, como los que se utilizan para hacer antibióticos, así como los que colonizan el tracto intestinal humano, ayudando en la digestión.

Espiroquetas

Las bacterias espiroquetas son de forma espiral. Cuando se ven bajo un microscopio, parecen casi gusanos, moviéndose salvajemente y moviéndose. Dos de los miembros más conocidos de la familia de espiroquetas son Treponema pallidum, la bacteria que causa la sífilis, y Leptospira, que causa la enfermedad leptospirosis. Las espiroquetas beneficiosas incluyen espiroquetas simbióticas, que habitan el estómago de rumiantes, como ovejas, ganado vacuno y cabras, donde convierten la celulosa y otros polisacáridos vegetales difíciles de digerir en alimento nutritivo y fibra para su huésped. Las espiroquetas beneficiosas también viven en los intestinos de las termitas y ayudan en la digestión de la madera y la fibra vegetal. Esto permite que las termitas contribuyan a la eliminación de la madera podrida y enferma y liberen materia orgánica en el suelo, enriqueciendo su calidad.

Metabolismo y Nutrición de las Eubacterias

A pesar de la falta de compartimentación interna, el metabolismo bacteriano es complejo, y es mucho más diverso que el metabolismo eucariótico. Dentro de las Eubacterias hay especies que realizan prácticamente todas las reacciones bioquímicas conocidas (y aún queda mucho por descubrir en la química bacteriana). La mayoría de las vitaminas que los humanos requerimos en nuestra dieta pueden ser sintetizadas por bacterias, incluyendo la vitamina K que los humanos absorben de las bacterias Escherichia coli (E. coli) en el intestino grueso.

La distinción metabólica más amplia y significativa entre las Eubacterias se basa en la fuente de energía que utilizan para potenciar su metabolismo. Al igual que los humanos, muchas bacterias son heterotróficas, consumiendo compuestos orgánicos (que contienen carbono) de alta energía hechos por otros organismos. Otras bacterias son quimiolitotróficas, que utilizan compuestos inorgánicos de alta energía, tales como gas hidrógeno, amoníaco o sulfuro de hidrógeno. Otras son fototróficas, utilizando la luz solar para convertir compuestos simples de baja energía en energéticos, que luego consumen internamente.

Para todos los organismos, la extracción de energía de compuestos de alta energía requiere una reacción química en la cual los electrones se mueven de átomos que los unen libremente a átomos que los unen firmemente. Esta diferencia en la energía de unión es el beneficio disponible para alimentar otros procesos celulares. En casi todos los eucariotas, el último aceptor de electrones es el oxígeno, y el agua y el dióxido de carbono son los residuos finales. Algunas bacterias utilizan oxígeno para este propósito también. Otras usan azufre (formando sulfuro de hidrógeno, que tiene un fuerte olor), carbono (formando metano inflamable, común en pantanos) y una variedad de otros compuestos.

Las bacterias que usan oxígeno se llaman aerobios. Las que no lo hacen se llaman anaerobios. Esta distinción no es absoluta, sin embargo, ya que muchos organismos pueden cambiar entre los dos modos de metabolismo, y otros pueden tolerar la presencia de oxígeno, incluso si no lo utilizan. Sin embargo, algunas bacterias mueren frente al oxígeno, incluyendo miembros del género grampositivo Clostridium. El Clostridium botulinum produce la toxina botulínica, la sustancia más letal conocida. C. tetani produce la toxina del tétanos, responsable del tétanos y el “trismo”, mientras que otras especies de Clostridium causan gangrena.

Ciclo de Vida de las Eubacterias

Eubacterias definicion
Eubacterias definicion

Cuando se suministran nutrientes adecuados a una temperatura y pH adecuados, las bacterias de E. coli pueden duplicarse en 20 minutos. Esto es más rápido que lo que la mayoría de las especies crecen, y más rápido de lo que E. coli crece bajo condiciones naturales. Independientemente de la velocidad, el crecimiento de una bacteria implica sintetizar el doble de la cantidad de todas sus partes, incluyendo membrana, proteínas, ribosomas y ADN. La separación de las células hijas, llamada fisión binaria, se logra creando una pared entre las dos mitades. Las nuevas células pueden eventualmente separarse o permanecer unidas.

Cuando las condiciones ambientales son difíciles, algunas especies (incluyendo miembros del género Clostridium) pueden formar una estructura especial dentro de sí mismos llamada endospora. El endosporo contiene ADN, ribosomas y otras estructuras necesarias para la vida, pero es metabólicamente inactivo. Tiene una capa exterior protectora y un contenido de agua muy bajo, que le ayudan a sobrevivir al calor, la congelación, la radiación y el ataque químico. Se sabe que las endosporas han sobrevivido durante varios miles de años y pueden ser capaces de sobrevivir por mucho más tiempo, posiblemente millones de años. Cuando se expone a las condiciones adecuadas (presencia de calor y nutrientes), la endospora se transforma rápidamente en una célula bacteriana activa.

ADN

La mayoría de las eubacterias tienen ADN que está presente en un único cromosoma circular grande. Además, puede haber muchos círculos mucho más pequeños, llamados plásmidos. Los plásmidos usualmente llevan uno o unos pocos genes. Estos a menudo son para funciones especializadas, como el metabolismo de un nutriente particular o un antibiótico.

A pesar de la ausencia de un núcleo, el cromosoma suele estar confinado a una pequeña región de la célula, llamada nucleoide, y está unido a la membrana interna. El genoma bacteriano es menor que el de un eucariota. Por ejemplo, E. coli tiene sólo 4,6 millones de pares de bases de ADN, frente a tres mil millones en seres humanos. Al igual que en los eucariotas, el ADN se enrolla firmemente para que se ajuste a la célula. A diferencia de los eucariotas, sin embargo, el ADN no está unido a las proteínas histonas.

Gran parte de lo que sabemos acerca de la replicación del ADN proviene del estudio de bacterias, en particular de E. coli. A diferencia de la replicación eucariótica, la replicación procariótica comienza en un solo punto, y procede alrededor del círculo en ambas direcciones. El resultado son dos cromosomas circulares, que se separan durante la división celular. Los plásmidos se replican mediante un proceso similar.

Transferencia de genes

Mientras que las bacterias no tienen sexo como los organismos multicelulares, hay varios procesos por los cuales se obtienen nuevos genes: conjugación, transformación y transducción. La conjugación puede ocurrir entre dos cepas bacterianas apropiadas cuando una (o ambas) se extiende a las estructuras en forma de pelo llamadas pili para contactar con la otra. El cromosoma, o parte de uno, puede ser transferido de una bacteria a la otra. Además, los plásmidos se pueden intercambiar a través de estos pili. Algunas bacterias pueden tomar el ADN del medio ambiente, un proceso llamado transformación. El ADN puede entonces ser incorporado en el cromosoma del huésped.

Algunos virus bacterianos, llamados fagos, pueden llevar a cabo la transducción. Con algunos fagos, el virus se integra temporalmente en el cromosoma del huésped. Cuando se libera, puede llevar una parte del ADN del huésped consigo. Cuando pasa a infectar a otra célula, este ADN extra puede quedar atrás en la próxima ronda de integración y liberación. Otros fagos, llamados transductores generalizados, envasan fragmentos del cromosoma en el fago en lugar de su propio genoma. Cuando el fago de transducción infecta una nueva célula, inyectan ADN bacteriano. Estos fagos carecen de su propio genoma y son incapaces de replicarse en la nueva célula. El ADN bacteriano insertado puede recombinar (unirse a) el cromosoma bacteriano huésped.

Regulación de genes y síntesis de proteínas

La expresión génica en muchas bacterias se regula a través de la existencia de operones. Un operón es un grupo de genes cuyos productos proteicos tienen funciones relacionadas. Por ejemplo, el operón lac incluye un gen que transporta el azúcar de lactosa en la célula y otro que lo divide en dos partes. Estos genes están bajo el control del mismo promotor, y por lo tanto se transcriben y se traducen en proteínas al mismo tiempo. La ARN polimerasa sólo puede alcanzar al promotor si un represor no lo está bloqueando; el represor lac es desalojado por la lactosa. De esta manera, la bacteria utiliza sus recursos para hacer enzimas que digieren la lactosa sólo cuando la lactosa está disponible.

Otros genes se expresan constantemente en niveles bajos; sus productos proteicos son necesarios para las funciones de “limpieza”, tales como la síntesis de membrana y la reparación del ADN. Una enzima de este tipo es ADN girasa, que alivia la tensión en la doble hélice durante la replicación y la reparación. ADN girasa es el objetivo del antibiótico ciproflaxina, eficaz contra Bacillus anthracis, la causa del ántrax. Dado que los eucariotas no tienen este tipo de ADN girasa, no son perjudicados por la acción de este antibiótico.

Estructura de la Tetraciclina
Estructura de la Tetraciclina

Al igual que en eucariotas, la traducción (síntesis de proteínas) se produce en el ribosoma. Sin un núcleo para excluirlo, el ribosoma puede unirse al ARN mensajero incluso mientras el ARN todavía está unido al ADN. Múltiples ribosomas pueden unirse al mismo ARNm, haciendo múltiples copias de la misma proteína.

Los ribosomas de las eubacterias son similares en estructura a los de eucariotas y arqueas, pero difieren en detalle molecular. Esto tiene dos consecuencias importantes. En primer lugar, la secuenciación de las moléculas de ARN ribosómico es una herramienta útil para la comprensión de la diversificación evolutiva de la Eubacteria. Se presume que los organismos con secuencias más similares están más estrechamente relacionados. La misma herramienta se ha utilizado para demostrar que las arqueas y las eubacterias no están estrechamente relacionadas, a pesar de sus semejanzas externas. De hecho, las arqueas están más estrechamente relacionadas con las eucariotas (incluidos los humanos) que con las eubacterias.

En segundo lugar, las diferencias entre ribosomas bacterianos y eucariotas pueden ser explotadas en el diseño de terapias antibacterianas. Varias partes únicas del ribosoma bacteriano son los objetivos de numerosos antibióticos, incluyendo estreptomicina, tetraciclina y eritromicina.

Eubacterias: Definición, Tipos, Clasificación y Características
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