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Cómo funcionan las bacterias

Cómo funcionan las bacterias
Satisfacer
  1. Conceptos básicos de las bacterias
  2. Harinas microbianas (y miasmas)
  3. Una gran familia
  4. Reproducción bacteriana
  5. No hay alta montaña, no hay valle bajo
  6. Lo malo (para nosotros)
  7. Bacterias como héroes

Conceptos básicos de las bacterias

Las bacterias no tienen el núcleo que tienen las células humanas, animales y vegetales, lo que significa que son células procariotas.

ttsz / iStock / Thinkstock

Si una sola bacteria no es visible a simple vista, ¿cómo podemos saber tanto?

Los científicos han desarrollado potentes microscopios para magnificar las bacterias, que generalmente varían de una a un puñado de micrones (una millonésima de metro) de longitud, lo que nos da una idea de su funcionamiento interno y cómo se comparan con otras formas de vida, como plantas, animales. , virus y hongos.

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Como ya sabrá, las células actúan como los componentes básicos de la vida, ya sean nuestros tejidos o la rama de un árbol fuera de su ventana. Los seres humanos, los animales y las plantas tienen células cuya información genética está contenida en un tipo de membrana llamada centro. Estos tipos de células, llamados células eucariotas, tienen orgánulos especializados, cada uno con la tarea única de mantener la célula en buenas y saludables condiciones.

Las bacterias, sin embargo, no tienen núcleo y su material genético, o ADN, flota libremente en la célula. Estas células microscópicas no tienen orgánulos y tienen diferentes métodos de reproducción e intercambio de material genético. Las bacterias se clasifican como procariota células.

Además de las categorías básicas, los científicos también clasifican las bacterias en diferentes campos según:

  • Si las bacterias sobreviven y prosperan en entornos sin oxígeno o sin oxígeno
  • Su forma, incluidos palillos de dientes (bacilo), círculos (cocos) o espirales (espiril)
  • Si las bacterias son Gram negativas o Gram positivas, son pruebas de tinción que brindan información sobre la composición de la pared protectora externa de la célula.
  • Cómo se mueven y navegan las bacterias en su entorno (muchas bacterias tienen flagelos, pequeñas estructuras en forma de látigo que las empujan a través de su entorno).

La microbiología, el estudio de todos los diferentes tipos de microbios, incluidas bacterias, arqueas, hongos, virus y protozoos, ha reunido una creciente riqueza de conocimientos para distinguir mejor las bacterias de sus hermanos microbianos.

Los organismos procariotas similares ahora clasificados en el reino de las arqueas se agruparon previamente con las bacterias, pero después de que los investigadores aprendieron más sobre ellos, asignaron microbios de arqueas a su propia categoría por sus similitudes con las células eucariotas.

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Harinas microbianas (y miasmas)

Las cianobacterias comen la luz del sol en el desayuno para generar oxígeno.

Las cianobacterias comen la luz del sol en el desayuno para generar oxígeno.

Auscape / Universal Images Group / Getty Images

Como los humanos, las plantas y los animales, las bacterias necesitan alimento para sobrevivir.

Algunas bacterias son autótrofos, lo que significa que utilizan insumos básicos como la luz solar, el agua y los productos químicos ambientales para crear alimentos (piense en las cianobacterias, que convirtieron la luz solar en oxígeno hace unos 2,5 millones de años). [source: Konhauser et al.]. Otras bacterias son lo que los investigadores llaman heterótrofos porque obtienen su energía de la materia orgánica existente para alimentarse (piense en las hojas muertas en el suelo del bosque).

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La verdad es que lo que puede resultar apetecible para las bacterias probablemente nos resulte repugnante. Han evolucionado para prosperar con todo, desde derrames de petróleo y subproductos nucleares hasta desechos humanos y materia en descomposición.

Pero la propensión de las bacterias a una fuente de alimento en particular puede beneficiar a la sociedad. Por ejemplo, los expertos en arte en Italia utilizaron bacterias para comer capas excesivas de sal y pegamento, lo que amenaza la longevidad de obras de arte invaluables. [source: Asociación RUVID]. El talento de las bacterias para reciclar materia orgánica también es útil, especialmente debido a su enorme papel como recicladores de la superficie de la Tierra, tanto en el suelo como en el agua.

Todos los días, es posible que esté muy familiarizado con los efectos apestosos de las bacterias hambrientas debido al extraño olor en su basura cuando recogen sus sobras, las cortan y liberan sus subproductos gaseosos. Sin embargo, no se detiene ahí. También puede culpar a las bacterias por los momentos que llaman naturaleza (sí, gas), cuando las bacterias en el intestino liberan metano maloliente durante la digestión.

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Una gran familia

Esta biopelícula, una masa pegajosa de bacterias, contiene Legionella pneumophila y Hartmannella vermiformis.

Esta biopelícula, una masa pegajosa de bacterias, contiene Legionella pneumophila Es Hartmannella vermiformis.

BSIP / Universal Images Group / Getty Images

Las bacterias prosperan y forman colonias cuando tienen la oportunidad. Si los alimentos y las condiciones ambientales son favorables, se reproducirán y formarán grupos pegajosos llamados biopelícula para sobrevivir en una variedad de superficies, desde rocas en un arroyo hasta molares en la boca.

Las biopelículas tienen sus ventajas y sus problemas. Por un lado, los actores de la naturaleza se benefician unos de otros. Por otro lado, pueden representar una seria amenaza. Por ejemplo, los médicos que tratan a pacientes con implantes y dispositivos médicos están especialmente preocupados por las biopelículas, ya que estas superficies son el principal caldo de cultivo para las bacterias. Una vez colonizadas, las biopelículas pueden producir subproductos tóxicos e incluso fatales para el cuerpo humano.

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Al igual que los habitantes de las ciudades, las células de las biopelículas se comunican enviando mensajes para compartir información sobre la disponibilidad de alimentos y los peligros potenciales. Pero en lugar de llamar a los vecinos, la bacteria envía recordatorios químicos a amigos cercanos.

Pero las bacterias tampoco temen volar solas. De hecho, algunas especies han desarrollado formas de permanecer en condiciones difíciles. Cuando no hay más alimentos o las condiciones empeoran, estas bacterias se conservan creando una capa dura llamada endospora, colocando la célula en un estado latente que preserva el material genético bacteriano [source: Cornell University Department of Microbiology].

Un científico incluso encontró bacterias en una cápsula del tiempo que fue descubierta y examinada 100 años después, mientras que otros grupos de científicos han descubierto bacterias que datan de hace 250 millones de años. [sources: Silverman; Vreeland et al.]. Todo esto demuestra que las bacterias pueden autoconservarse durante mucho tiempo.

Ahora que sabemos que las bacterias pueden colonizar, veamos cómo llegan allí con la ayuda de la división y la reproducción.

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Reproducción bacteriana

Una bacteria E. coli se captura en las primeras etapas de la fisión binaria o se divide en dos células idénticas.

UNO E. coli las bacterias se capturan en las primeras etapas de la fisión binaria o se dividen en dos células idénticas.

NCRI / Fotografía científica Biblioteca / Getty Images

Primero, ¿cómo las bacterias forman colonias?

Las bacterias, como otras formas de vida en la Tierra, deben reproducirse para sobrevivir. Aunque los humanos y otros organismos hacen esto a través de la reproducción sexual, funciona de manera un poco diferente con las bacterias.

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Pero primero, analicemos por qué la diversidad es algo bueno.

La vida sufre seleccion naturalo fuerzas selectivas en un entorno dado que permiten que un tipo prospere y se reproduzca más. Como recordará de la clase de biología, los genes son las unidades que le dicen a una célula qué hacer, ya sea que su cabello sea castaño o rubio o que sus ojos sean verdes o azules. Obtienes genes de ambos padres que proporcionan una buena compatibilidad. Además, da lugar a la reproducción sexual. mutaciones, o cambios aleatorios en el ADN, que crean diversidad. Cuanto mayor sea la diversidad genética de la que derivar, más probable será que un organismo se adapte a las limitaciones de un entorno.

Para las bacterias, la reproducción no se trata de encontrar el microbio adecuado y asentarse; simplemente reproduce su propio ADN y se divide en dos células idénticas. Este proceso, llamado fisión binaria, ocurre cuando una sola bacteria se divide por la mitad después de replicar su propio ADN y mueve el material genético a los extremos opuestos de la célula.

Dado que la célula resultante es genéticamente idéntica a la de la que proviene, este método de reproducción no es exactamente la mejor manera de crear un acervo genético diverso.

Entonces, ¿cómo obtienen las bacterias nuevos genes?

Resulta que las bacterias usan trucos para hacer el trabajo, con el resultado final transferencia genética horizontal, o intercambiar material genético sin reproducirse. Las bacterias pueden hacer esto de varias formas. Un método consiste en obtener material genético del entorno externo de la célula, apoyándose en otros microbios y bacterias (a través de moléculas llamadas plásmidos). Otro es el resultado de virus que utilizan bacterias como huéspedes. Al infectar nuevas bacterias, los virus dejan accidentalmente material genético de bacterias anteriores en la nueva. [source: Marraffini].

El intercambio de material genético da a las bacterias la flexibilidad de adaptarse, y algunas lo hacen, ya que experimentan cambios estresantes en el medio ambiente, como escasez de alimentos o cambios químicos.

Desarrollar una mejor comprensión de cómo se adaptan las bacterias es extremadamente importante para comprender y combatir la resistencia bacteriana a los antibióticos en la medicina. Las bacterias pueden intercambiar material genético con tanta frecuencia que es poco probable que los tratamientos que funcionaron antes funcionen la próxima vez.

Ahora que hemos examinado de cerca cómo funcionan las bacterias a nivel microscópico, regresemos y veamos dónde las encuentra en general.

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No hay alta montaña, no hay valle bajo

La piscina opalescente del Parque Nacional de Yellowstone obtiene sus fantásticos colores de las bacterias termófilas.

La piscina opalescente del Parque Nacional de Yellowstone obtiene sus fantásticos colores de las bacterias termófilas.

Michael Detay / Momento abierto / Getty Images

La pregunta no es “¿Dónde están las bacterias?” sino “¿Dónde están las bacterias?”

Se encuentran en casi todas partes de la Tierra. Es imposible tener una idea completa de cuántas bacterias hay en el planeta en un momento dado, pero algunas estimaciones apuntan a alrededor de 5 octillones de microbios, como bacterias y arqueas, ¡potencia de 10 a 28! [source: Whitman et al.]

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Incluso es difícil establecer un número sobre el número de especies o tipos de bacterias clasificables. Se estima que hay unas 30.000 especies identificadas oficialmente, pero los científicos están constantemente aprendiendo y ampliando su base de conocimientos y creen que no hemos examinado la superficie para conocer el número real de especies presentes. [source: Dykhuizen].

La verdad es que las bacterias existen desde hace mucho, mucho tiempo. De hecho, dieron lugar a algunos de los primeros fósiles conocidos, que datan de hace 3.500 millones de años. [source: University of California Museum of Paleontology]. La evidencia científica sugiere que las cianobacterias comenzaron a crear oxígeno hace 2.5 a 2.3 mil millones de años en los océanos del mundo, lo que dio lugar a la atmósfera de la Tierra y una abundancia de oxígeno, oxígeno para que respiremos. [source: Konhauser et al.].

Las bacterias pueden sobrevivir en el aire, el agua, el suelo, el hielo y el calor extremo; en plantas; y también en nuestros intestinos, nuestra piel y la piel de otros animales.

Algunas bacterias son extremófilos, lo que significa que pueden soportar ambientes extremos que son demasiado calientes o fríos o carecen de los nutrientes y químicos que normalmente asociamos con la vida. Los investigadores encontraron bacterias en la Fosa de las Marianas, el lugar más profundo de la Tierra bajo el Océano Pacífico, así como aberturas calentadas bajo el agua y en el hielo.

Pero la diversión va más allá de los investigadores en el campo. Los turistas están fascinados por la belleza natural más hermosa de las bacterias en lugares como la piscina opalescente en el Parque Nacional Yellowstone, que presenta bacterias termófilas (amantes del calor) en colores brillantes que dan color al hito.

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Lo malo (para nosotros)

Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA) puede causar infecciones de heridas, neumonía e intoxicación de la sangre en personas vulnerables.

Resistente a la meticilina Staphylococcus aureus (MRSA) puede causar infecciones de heridas, neumonía e intoxicación de la sangre en personas vulnerables.

PASIEKA / Fototeca científica / Thinkstock

Aunque las bacterias contribuyen en gran medida a la salud de los seres humanos y del planeta, también tienen un lado oscuro. Algunas bacterias tienen el potencial de ser patógeno, lo que significa que pueden causar enfermedades y dolencias.

A lo largo de la historia de la humanidad, algunas bacterias han tenido (naturalmente) una mala reputación, provocando ansiedad e histeria pública. Vea el ejemplo de la plaga. La bacteria responsable de la plaga, Yersinia pestis, no solo mató a más de 100 millones de personas, sino que también parece haber dado forma a la historia, contribuyendo también al colapso del Imperio Romano. [source: Centers for Disease Control and Prevention]. Antes de la llegada de los antibióticos o de los medicamentos que pueden tratar las infecciones bacterianas, las infecciones eran difíciles de detener.

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Incluso hoy, estas bacterias patógenas todavía pesan mucho en nuestras mentes. La bacteria que causa una variedad de enfermedades, desde ántrax, neumonía, meningitis, cólera, salmonella y dolor de garganta hasta E. coli e infecciones por estafilococos: pueden desafiar nuestros tratamientos gracias a Resistencia antibiótica.

Esto es especialmente cierto para Staphylococcus aureus, la bacteria responsable de las infecciones por estafilococos. La “superbacteria” ha planteado enormes problemas para los hospitales y las clínicas de salud, donde es más probable que los pacientes se expongan a ella durante los implantes médicos y la inserción de catéteres.

En una sección anterior, hablamos sobre la selección natural y cómo algunas bacterias tienen genes más diferentes para ayudar a lidiar con lo que les arroja el medio ambiente. Si tiene una infección y algunas bacterias en su cuerpo son diferentes a otras, los antibióticos pueden curar la mayoría de la población bacteriana. Pero también les da a los gérmenes no afectados por los antibióticos la oportunidad de reproducirse y asentarse. Es por eso que los médicos recomiendan no tomar antibióticos, a menos que realmente los necesite.

Otro aspecto aterrador de esta conversación son las armas biológicas. Las bacterias pueden usarse como armas en algunos casos, incluida la implantación en minas de carbón e incorporadas en aerosoles.

Y no solo los humanos son víctimas de las bacterias. De hecho, las bacterias todavía tienen apetito por el revestimiento del Titanic. [source: Kaufman]. La especie, nombrada Halomonas titanicae, devora el metal del barco histórico.

Aprendimos lo dañinas que pueden ser las bacterias. En la siguiente sección, veremos cómo pueden ayudarnos.

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Bacterias como héroes

Sir Alexander Fleming, bacteriólogo, descubrió la penicilina por accidente en 1928.

Sir Alexander Fleming, bacteriólogo, descubrió la penicilina por accidente en 1928.

Peter Purdy / Hulton Archives / Getty Images

Veamos el lado positivo de las bacterias. Después de todo, son los microbios los que nos proporcionan alimentos sabrosos como el queso, la cerveza, la pasta fermentada y otros productos fermentados. También son los héroes anónimos de la medicina y el avance de la salud humana.

También tenemos que agradecer a las bacterias por moldear la evolución humana. La ciencia recopila más información desde microbiota, o microorganismos que residen en nuestro cuerpo, especialmente en nuestro sistema digestivo e intestinos. La investigación sugiere que las bacterias, la diversidad y el nuevo material genético que traen a nuestro cuerpo han permitido a los humanos adaptarse y explorar nuevas fuentes de alimentos que antes no podían usar. [source: Backhed et al.].

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Mírelo de esta manera: al recubrir las superficies de su estómago e intestinos, las bacterias “trabajan” para usted. Cuando come, las bacterias y otros microbios ayudan a descomponer y absorber los nutrientes de los alimentos, especialmente los carbohidratos como el maíz, las papas, el pan y el arroz. Las bacterias más diversas las consumimos y estamos expuestas para contribuir a esta comunidad diversa en nuestro cuerpo.

Aunque nuestro conocimiento de nuestras comunidades microbianas es, en el mejor de los casos, incipiente, existe alguna evidencia que sugiere que la falta de ciertos microbios y bacterias en el cuerpo puede estar relacionada con la salud, el metabolismo y la sensibilidad a los alérgenos y enfermedades de una persona. Los estudios preliminares en ratas sugieren que las enfermedades metabólicas como la obesidad están relacionadas con la diversidad y la salud del microbioma, y ​​no con nuestra visión predominante del enfoque de “calorías que entran, calorías que salen”. [source: Cox].

Incluso en una etapa temprana, los trasplantes fecales que implican el intercambio de microorganismos fecales de un individuo sano a otro son prometedores. Sí, puede que no sea la mejor imagen mental, pero la ciencia y las opciones para tratar algunos trastornos gastrointestinales parecen prometedoras. Se están realizando investigaciones sobre probióticos, microbios que pueden tener beneficios adicionales para la salud, pero no se estableció una recomendación general sobre su uso en noviembre de 2014.

Además, las bacterias revolucionaron el desarrollo del pensamiento científico y la medicina humana. Las bacterias desempeñaron un papel importante en el desarrollo de los postulados de Koch en 1884, una serie de consideraciones que vinculan a un microbio en particular con la enfermedad.

Entre otras contribuciones, los investigadores que estudian bacterias descubrieron accidentalmente la penicilina, un antibiótico que salvó innumerables vidas y, más recientemente, una forma más fácil de editar genomas de organismos que podrían revolucionar la medicina. [source: Marraffini]. Los investigadores modificaron la bacteria en beneficio de la salud humana de varias formas, incluida la producción de insulina para tratar la diabetes.

Recién estamos comenzando a comprender cuánto podemos aprender de nuestros amigos bacterianos.

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Por groseras que parezcan, las bacterias juegan un papel crucial para ayudar a la humanidad a prosperar.

Por groseras que parezcan, las bacterias juegan un papel crucial para ayudar a la humanidad a prosperar.

Alexander Raths / iStock / Thinkstock

Como ser humano que respira y lee, ahora se está beneficiando de las bacterias.

Desde el oxígeno que inhalamos hasta los nutrientes que nuestro estómago recibe de los alimentos, tenemos que agradecer a las bacterias por su prosperidad en este planeta. En nuestro cuerpo, los microorganismos, incluidas las bacterias, superan en número a nuestras células humanas en una proporción de 10 a 1, lo que nos convierte en más microbios que humanos. [source: Savage].

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Solo recientemente hemos comenzado a comprender completamente estos organismos microscópicos y su impacto en nuestro planeta y nuestra salud, pero la historia sugiere que nuestros antepasados, hace siglos, aprovecharon el poder de las bacterias para fermentar alimentos y bebidas (cerveza y pan). ¿Alguien? )

Recién en el siglo XVII comenzamos a observar las bacterias de forma cercana y personal en un lugar igualmente cercano y personal: la boca humana. El siempre curioso Anton van Leeuwenhoek descubrió la bacteria mientras examinaba una muestra de placa entre sus dientes. Escribió poéticamente, describiendo la colonia bacteriana en su blanco perlado como “una pequeña materia blanca, que es tan densa como si fuera una pasta”. [source: Dobell]. Después de colocar la muestra bajo un microscopio compuesto, van Leeuwenhoek vio que los microbios se movían. ¡Es extraño!

De hecho, las bacterias cambiaron las reglas del juego para la Tierra, desempeñando un papel clave en la creación de aire respirable y el planeta biológicamente rico que llamamos nuestro hogar.

En este artículo, le daremos una descripción general de estos microorganismos diminutos pero influyentes. Examinaremos a fondo los caminos de las bacterias buenas, malas y extrañas, cuyas bacterias han dado forma a la historia humana y nuestro medio ambiente. Para comenzar, explicaremos qué hace que las bacterias sean diferentes de otros tipos de vida.

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