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¿Cuál es el uso específico de una cápsula en E. coli?

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En términos evolutivos, ¿la cápsula dejará de existir algún día o mejorará? ¿Proporciona algún estímulo al organismo de alguna forma que nos perjudique? ¿No podemos quitar las cápsulas o diseñar E. coli sin cápsula?


Según wikipedia, la cápsula contiene polisacáridos muy compactos que realizan varias funciones, incluida la eliminación de los bacteriófagos, el bloqueo del reconocimiento de los macrófagos y la retención de agua durante la desecación. Dada la amplia diversidad de bacterias con cápsulas, es probable que haya existido durante mucho tiempo, lo que implica que no desaparecerá pronto.

Si la cápsula evita que los macrófagos absorban la E. coli, entonces sí, podría permitir que las bacterias nos dañen de manera más efectiva. Esta es una forma de factor de virulencia.

Con las condiciones adecuadas, probablemente podríamos desarrollar una bacteria con poca o ninguna cápsula. Hemos desarrollado bacterias en forma de L, que no tienen paredes celulares de peptidoglicano. Me parece que la pared celular es más importante que la cápsula, pero las bacterias en forma de L son muy frágiles. No sé qué ventaja se obtendría al producir bacterias sin cápsulas. Probablemente se ganaría más si se fabricaran bacterias con diferentes cápsulas, tal vez transportando proteínas que reconocen ciertas sustancias y producen una señal, lo que permite que las bacterias se utilicen como biosensor o acumulen compuestos tóxicos para la biorremediación.

referencias: http://en.wikipedia.org/wiki/Bacterial_capsule http://en.wikipedia.org/wiki/L-form_bacteria


Cápsula y lipopolisacárido

Las E. coli patógenas requieren muchos factores de virulencia diferentes que les permitan invadir al huésped, evadir las defensas inmunitarias del huésped y colonizar nichos específicos en el huésped donde pueden causar enfermedades. Las primeras interacciones entre E. coli y su huésped ocurren en la membrana externa y están mediadas por proteínas y macromoléculas que contienen carbohidratos (glicoconjugados) en las superficies bacterianas y de la célula huésped (Figura 17.1). Los glicoconjugados bacterianos proporcionan defensas cruciales contra diferentes elementos del sistema inmunológico innato y adquirido, además de generar una enorme diversidad en la antigenicidad superficial. En la mayoría de las bacterias Gram negativas, la membrana externa está compuesta predominantemente por el glicolípido conocido como lipopolisacárido (LPS). En E. coli, esta molécula compleja se compone de tres regiones estructuralmente distintas: el ancla hidrófoba llamada lípido A, un oligosacárido central y el polisacárido de cadena larga llamado antígeno O (o polisacárido O-PS). Las diferencias en las estructuras de O-PS de E. coli dan lugar a más de 180 antígenos O distintos y estos han sido explotados en métodos de clasificación de serotipos (Orskov et al., 1977). Muchos aislados de E. coli también producen otro polisacárido de cadena larga, conocido como polisacárido capsular (CPS). CPS proporciona otro antígeno de superficie importante, llamado antígeno K, llamado así por el término alemán "kapsel". Hay más de 80 antígenos K diferentes en E. coli. Los medios de unión de CPS a la superficie celular no se conocen en todos los casos, pero estos polímeros crean una entidad estructural coherente (la cápsula) que es visible por microscopía óptica y se extiende de 50 a 100 nm desde la superficie celular. Como resultado, la cápsula a menudo enmascara los antígenos O subyacentes en los estudios de serotipificación que explotan antisueros específicos y métodos de aglutinación de células completas. Un solo aislado de E. coli puede producir un antígeno O y uno K.

Juntos, LPS y CPS representan los principales factores de virulencia, que han sido el objetivo de numerosas vacunas y terapias, y constituyen el tema central de este capítulo. Sin embargo, no son los únicos glicoconjugados producidos por E. coli. Todos los aislados producen un polisacárido llamado antígeno común enterobacteriano que proporciona resistencia a los ácidos orgánicos en E. coli (Barua et al., 2002) y a las sales biliares y detergentes en Salmonella (Ramos-Morales et al., 2003). Bajo ciertas condiciones de estrés (por ejemplo, perturbaciones de la integridad de la envoltura celular), algunos aislados de E. coli también producen un exopolisacárido llamado ácido colánico que tiene una vía biosintética que forma parte del regulón Rcs (Majdalani y Gottesman, 2005). A diferencia del CPS, el ácido colánico se retiene escasamente en la superficie celular. Al igual que muchas otras especies bacterianas, el modo de crecimiento de la biopelícula en E. coli está respaldado por la formación de celulosa bacteriana y un subpolímero de N -acetilglucosamina (PNAG) (Cerca y Jefferson, 2008 Saldana et al., 2009). Sin embargo, algunos aislamientos de E. coli comensales también producen un polisacárido de estructura desconocida que impide la formación de biopelículas por otras bacterias, incluido Staphylococcus aureus, lo que podría afectar la dinámica de la comunidad (Rendueles et al., 2011). Se han informado propiedades antiadherentes similares para ciertas CPS de E. coli (Valle et al., 2006). En resumen, las superficies celulares de los aislados de E. coli son ricas en carbohidratos complejos y estas moléculas desempeñan funciones diversas y dependientes de nichos en la fisiología de E. coli. En este capítulo, nos centraremos solo en LPS y CPS.

Estructura y biosíntesis de E. coli LPS

La molécula de LPS contiene tres regiones, el lípido A, el núcleo y el O-PS. El lípido A es la porción más conservada de la molécula. La estructura típica contiene dos residuos de glucosamina fosforilada con seis cadenas de acilo (Figura 17.2A), aunque esto puede modificarse en varios lugares para alterar las propiedades biológicas de la molécula (revisado en Raetz et al., 2007) (ver más abajo). El oligosacárido central se puede dividir en dos regiones. El núcleo interno consta de dos residuos de ácido 3-desoxi-D & # 8211 mano-oct-2-ulosónico (Kdo) y tres residuos de L -glicero- D & # 8211 mano -heptosa (Hep) pero también puede ser modificado con varios otros grupos como fosfato, pirofosforiletanolamina o azúcares adicionales (Figura 17.2B). Esta región está altamente conservada en E. coli y Salmonella y es importante para la estabilidad de la membrana (revisado en Heinrichs et al., 1998). Por ejemplo, la pérdida de los restos de fosfato en los residuos de Hep compromete la integridad de la membrana externa y, en Salmonella, atenúa la virulencia (Yethon et al., 2000). El núcleo externo sirve como punto de unión para O-PS y contiene azúcares como glucosa (Glc), galactosa (Gal), glucosamina (GlcN) y N-acetilglucosamina (GlcNAc). A pesar del potencial de una gran diversidad, solo hay cinco tipos de núcleos conocidos en E. coli, K-12, R1, R2, R3 y R4 (Heinrichs et al., 1998 Kaniuk et al., 2004). El tipo de núcleo R1 se encuentra más comúnmente en E. coli que causa infección extraintestinal, mientras que los aislados de E. coli productores de verotoxina son predominantemente R3 (Figura 17.2B).

El antígeno O es muy variable y típicamente consiste en unidades repetidas de 2 a 5 azúcares en un polímero que puede tener más de 100 azúcares de longitud. El rango de números de unidades repetidas es específico para una cepa particular y está controlado por diferentes estrategias, dependiendo de cuál de las dos vías biosintéticas se usa para la biosíntesis del antígeno O: la vía dependiente de Wzy o la vía dependiente del transportador ABC (Figura 17.3) ) (Raetz y Whitfield, 2002). En todos los casos, la biosíntesis de los antígenos O comienza en la cara citoplasmática de la membrana interna utilizando el transportador lipídico undecaprenil fosfato. En E. coli, la enzima WecA inicia la biosíntesis de O-PS transfiriendo GlcNAc-1-fosfato de UDP-GlcNAc a undecaprenil fosfato para formar undecaprenil pirofosforil-GlcNAc. En algunos casos, esto se epimeriza a undecaprenil pirofosforil-GalNAc (Rush et al., 2010). Los residuos GlcNAc / GalNAc ocurren en cada unidad repetida en O-PS formados por la vía dependiente de Wzy, o solo una vez en el extremo reductor en el proceso dependiente del transportador ABC.

En la vía dependiente de Wzy, las unidades de repetición individuales se sintetizan en undecaprenil pirofosforil-GlcNAc / GalNAc usando donadores de azúcar de fosfato de nucleósido por enzimas codificadas en el locus. Estas unidades repetidas se voltean luego al lado periplásmico de la membrana interna por la flippasa Wzx y se polimerizan en el antígeno O completo por la polimerasa Wzy. Wzy transfiere el glicano en crecimiento de un portador de pirofosfato de undecaprenilo a la unidad de repetición ligada a lípidos entrante. La comprensión de esta vía se ha beneficiado de los sistemas modelo, incluidos los antígenos O7 y O86 (tabla 17.1), estudiados en los laboratorios de Miguel Valvano y George Peng Wang, respectivamente. En la vía dependiente del transportador ABC, el antígeno O se sintetiza completamente en la cara citoplasmática de la membrana interna mediante la acción secuencial de las glicosiltransferasas que agregan azúcares a la undecaprenil pirofosforil-GlcNAc, antes de que la cadena completa se exporte a través de un transportador ABC. Este proceso es menos común que la vía dependiente de Wzy y las estructuras de unidades repetidas resultantes tienden a ser menos elaboradas. Los antígenos del serotipo O8 / O9 / O9a proporcionan prototipos influyentes para este tipo de proceso de ensamblaje y muchos de los pasos han sido resueltos por el grupo de investigación de Klaus Jann y el laboratorio de Whitfield (tabla 17.1). La ligasa de E. coli WaaL puede funcionar eficazmente con O-PS nacientes unidos a undecaprenilo de cualquier vía.

La especie de LPS extraída de una célula bacteriana muestra heterogeneidad mejor ilustrada por perfiles separados por SDS-PAGE (Hitchcock y Brown, 1983). Las variaciones más obvias ocurren en las longitudes de cadena de O-PS, evidentes como una escalera de moléculas de alto peso molecular. La longitud del O-PS tiene importantes consecuencias funcionales (ver más abajo) y se establece mediante diferentes mecanismos, dependiendo de la vía de ensamblaje. En la vía dependiente de Wzy, la longitud del antígeno O está controlada por la proteína Wzz, una proteína transmembrana con un gran dominio periplásmico que pertenece a la familia de polisacáridos co-polimerasa (PCP) (revisado en Cuthbertson et al., 2009 Morona et al., 2009). En la vía dependiente del transportador ABC, la longitud de la cadena de algunas moléculas de O-PS se controla mediante la adición de nuevos residuos (los que no se encuentran en el dominio de unidades de repetición) al extremo no reductor del glucano (revisado en Cuthbertson et al. ., 2010). Estos residuos pueden ser azúcares alternativos o restos que no son de glucosa y no solo evitan un mayor alargamiento del glicano, sino que también son necesarios para activar el transportador ABC para su exportación a través de la membrana interna. Sin embargo, otros antígenos O en esta vía activan el transportador ABC en ausencia de cualquier grupo de terminación identificable y la coordinación de las actividades de las enzimas alargadoras de O-PS y el transportador ABC determinan la longitud de la cadena O-PS (Cuthbertson et al., 2010) .

La mayoría de las modificaciones de LPS ocurren en la cara periplásmica de la membrana interna o externa y, como tal, pueden servir como marcadores que indican la etapa de transporte. Estos incluyen la modificación de los grupos fosfato con 4-amino-4-desoxi-L-arabinosa (L-Ara4N) o etanolamina por enzimas que se encuentran en la membrana interna, lo que aumenta la resistencia bacteriana a las defensas inmunitarias innatas (ver más adelante). La proteína de la membrana externa PagP agrega un palmitato secundario en un enlace aciloxiacilo al hidroxi-miristato ubicado en la posición 2. La especie heptaacilo resultante es un activador mucho menos potente de la inducción de citocinas (Raetz et al., 2007). La PagP está normalmente latente en E. coli pero se activa por perturbaciones de la membrana y por defectos en la acilación de la posición 3 'de la cadena principal de diglucosamina con un residuo de miristol. Sin embargo, esta modificación puede alterar las interacciones huésped-patógeno de otras formas, porque la actividad de PagP en E. coli O157 tiene un efecto indirecto sobre la finalización del oligosacárido central del LPS, lo que lleva a la pérdida del antígeno O y la sensibilidad del suero (Smith et al., 2008).

Estructura y biosíntesis de las CPS de E. coli

Las CPS de E. coli se han subdividido en cuatro grupos según criterios estructurales y genéticos (revisado en Whitfield, 2006). Las cápsulas de los grupos 1 y 4 comparten el mismo modo de síntesis, una vía dependiente de Wzy, y se diferencian principalmente en las ubicaciones cromosómicas de los genes clave. De manera similar, las cápsulas de los grupos 2 y 3 son producidas por procesos dependientes del transportador ABC, pero los genes están organizados de manera diferente dentro del locus.

Los CPS del grupo 1 (y 4) se encuentran en cepas de E. coli que causan infecciones intestinales. Son heteropolímeros de unidades de azúcar repetidas, como en muchos antígenos O. La biosíntesis utiliza un proceso idéntico al de los antígenos O dependientes de Wzy, pero las vías divergen una vez que se forma el glucano polimerizado en la cara periplásmica de la membrana interna (Figura 17.4). Los antígenos O entran en la ruta de ensamblaje de LPS mediante ligación al núcleo del lípido A y se transfieren a la superficie a través de proteínas Lpt. Los antígenos capsulares K tienen su propio proceso de ensamblaje de superficie que involucra cuatro componentes clave: (i) Wzc, una proteína PCP de la membrana interna que pertenece a la subfamilia PCP-2a (ii) Wzb, una proteína tirosina fosfatasa citoplasmática (iii) Wza, una membrana externa lipoproteína que pertenece a la familia de proteínas OPX (exportación de polisacáridos de la membrana externa) (Cuthbertson et al., 2009) y (iv) una proteína accesoria de la membrana externa llamada Wzi. La comprensión de los procesos de translocación de CPS del grupo 1 proviene de estudios con el prototipo del serotipo K30 en el laboratorio de Whitfield. En la biosíntesis del antígeno O, la proteína PCP correspondiente pertenece a la subfamilia 1 y su acción parece limitarse a regular la actividad de polimerización, aunque aún se desconoce el mecanismo exacto. Las proteínas PCP-2a son más complejas. Wzc ciertamente afecta la polimerización, pero esta actividad (y formación de cápsulas) depende de la actividad de un dominio de autocinasa de tirosina C-terminal, así como de la desfosforilación de estos residuos por la fosfatasa de Wzb (Wugeditsch et al., 2001). El dominio de la autocinasa está ausente en los miembros de la familia de PCP-1. El papel adicional que desempeña Wzc está mediado por su dominio periplásmico, que es más grande en las proteínas PCP-2a, e interactúa con la extensa región periplásmica de Wza (Collins et al., 2007). La estructura cristalina de Wza revela un octómero que forma un gran cilindro periplásmico conectado a un canal de membrana exterior (Dong et al., 2006). El poro de la membrana externa está formado por una hélice α aportada por cada protamero y fue el primer ejemplo de un canal de membrana externa que no es un barril β (Dong et al., 2006). No se sabe cómo el complejo Wzc / Wza transporta la cápsula a la membrana externa o cuál es la naturaleza del extremo reductor del polímero exportado, es decir, el CPS está unido a una proteína o lípido de anclaje. En la biosíntesis del antígeno O, la ligasa (WaaL) libera el glicano naciente del portador de pirofosfato de undecaprenilo y lo une al núcleo del lípido A. No existe una actividad correspondiente en la biosíntesis de los antígenos K del grupo 1 y 4. El CPS podría retener su enlace con el pirofosfato de undecaprenilo, o podría ser liberado potencialmente por un paso de polimerización con fugas, donde la transferencia de la cadena en crecimiento a la unidad de repetición entrante puede ser incompleta. Wzi es importante para la retención superficial de CPS del grupo 1, aunque su función precisa aún no se conoce y no está presente en los sistemas del grupo 4 (Rahn et al., 2003). Las proteínas Wza-Wzb-Wzc están altamente conservadas en todos los aislados que poseen una cápsula del grupo 1 o 4, lo que indica que no reconocen ninguna estructura particular de unidad de repetición de glucano. Los antígenos K del grupo 1 se coexpresan típicamente con un antígeno O sintetizado por la vía del transportador ABC (por ejemplo, O8 / O9 / O9a) y los grupos de genes correspondientes se encuentran ambos cerca de his. El grupo de genes del grupo 1 es alélico con genes para la biosíntesis del ácido colánico, por lo que la expresión de una cápsula y el ácido colánico son mutuamente excluyentes. Sin embargo, los antígenos K del grupo 4 realmente enfatizan los paralelos entre la biosíntesis de los antígenos O y K. En estos casos, las estructuras de las unidades repetidas son idénticas y son producidas por el mismo locus cromosómico. Algunas moléculas unidas a undecaprenil pirofosfato son desviadas por WaaL hacia LPS, mientras que otras entran en una ruta de translocación de CPS por las proteínas Wza-Wzb-Wzc que están codificadas por un locus separado en otra parte del cromosoma (Peleg et al., 2005). El serotipo O111 proporcionó el primer ejemplo, y el uso de la misma estructura repetida condujo a la descripción temprana de "cápsulas de antígeno O" (ahora grupo 4) (Goldman et al., 1982). Ahora se sabe que los serotipos O127 y O157 también tienen cápsulas del grupo 4 (Tabla 17.1) (Peleg et al., 2005 Shifrin et al., 2008). Los aislados que pueden producir CPS del grupo 4 (a diferencia de sus homólogos del grupo 1) retienen los genes para la producción de ácido colánico.

Los antígenos K de E. coli patógena extraintestinal se clasifican principalmente en los grupos 2 y 3 (Whitfield, 2006). Estos incluyen cápsulas de aislamientos que causan infecciones del tracto urinario y meningitis. La producción de muchos de estos antígenos K está regulada por temperatura, a diferencia de los antígenos K del grupo 1 y 4, con expresión "activada" a 37 ° C pero "desactivada" a temperaturas inferiores a 20 ° C. Algunas de las estructuras de CPS se asemejan a los glucanos eucariotas y se cree que esto ayuda a la virulencia al prevenir una respuesta inmunitaria eficaz. Por ejemplo, el glucano K4 es condroitina fructosilada y el glucano K5 es heparosano, ambos similares a los glucosaminoglicanos humanos (tabla 17.1). Además, los aislados de K1 que causan meningitis poseen un CPS que contiene ácido polisálico unido a α2,8, que es idéntico en estructura al glucano que se encuentra en la molécula de adhesión de células neurales (NCAM) en el cerebro humano. Los sistemas K1 y K5 han sido modelos influyentes para comprender los mecanismos de biosíntesis a través de estudios en los laboratorios de Eric Vimr, Willie Vann e Ian Roberts. Las cápsulas dependientes del transportador ABC se sintetizan completamente en la cara citoplásmica de la membrana interna, de forma similar a los antígenos O dependientes del transportador ABC (Figura 17.4) (Whitfield, 2006). Sin embargo, una diferencia crítica es que el fosfato de undecaprenilo aparentemente no está involucrado (Finke et al., 1991). Se ha demostrado que el polisacárido capsular maduro está unido en el extremo reductor a un fosfolípido, aunque no se ha resuelto la estructura química precisa (Gotschlich et al., 1981). En el proceso esencialmente idéntico en N. meningitidis, la lipidación ocurre antes del transporte del ácido polisálico CPS a la superficie celular, pero no se sabe si el glicano se sintetiza directamente en este fosfolípido o si se sintetiza en otra molécula antes de transferirlo al fosfolípido. (Tzeng et al., 2005). Una vez que la cápsula se sintetiza, es transportada a través de la membrana interna por el transportador ABC (KpsMT) (revisado en Vimr y Steenbergen, 2009). Los pasos finales de la translocación de glucanos están mediados por KpsE, un representante de la subfamilia PCP-3, y KpsD, una proteína OPX (Cuthbertson et al., 2009).Se cree que un complejo de exportación multiproteína que comprende KpsMTED se extiende por la envoltura celular (Rigg et al., 1998 McNulty et al., 2006). Al igual que las proteínas de exportación de translocación de los grupos 1 y 4, se conservan en todos los aislamientos que poseen una cápsula de los grupos 2 o 3, lo que indica que tampoco reconocen ninguna estructura particular de unidad de repetición de glucano. Los genes que codifican los antígenos K de los grupos 2 y 3 se encuentran en el cromosoma cerca de serA y estos glucanos se pueden encontrar junto con una amplia gama de serotipos O, muchos formados por un sistema dependiente de Wzy.

Evasión de las defensas de la célula huésped

Los mamíferos han evolucionado con la presión de bacterias, virus y hongos, por lo que han desarrollado formas de tratar las infecciones microbianas. La maquinaria de defensa más extensa es el sistema inmunológico. El sistema inmunológico humano consta de dos ramas, la inmunidad innata y adaptativa, entre las cuales existe una amplia diafonía. La inmunidad innata se ha desarrollado como una primera línea de defensa contra desafíos que no necesariamente se habían visto antes para proteger al cuerpo de los patógenos. Los receptores tipo Toll (TLR) son los principales efectores de la inmunidad innata que reconocen estructuras conservadas en patógenos llamados patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), un nombre poco apropiado, ya que se encuentran en microbios no patógenos y patógenos en Gram -bacterias negativas, que incluyen LPS, CPS, flagelos y ácidos nucleicos. La unión de los TLR a sus respectivos ligandos activa una cascada de señalización, lo que resulta en el reclutamiento y activación de células inmunes, que luego pueden eliminar la amenaza. Además de los receptores celulares, también hay proteínas del complemento solubles que se encuentran en el suero, que pueden unirse directamente a las superficies de las células bacterianas, lo que conduce a la opsonización, fagocitosis y formación del complejo de ataque a la membrana que conduce a la lisis. Los LPS y CPS son partes importantes del arsenal de factores de virulencia utilizados por las bacterias para eludir estos procesos.

La estructura del lípido A influye en la susceptibilidad a los péptidos policatiónicos

Los péptidos antimicrobianos catiónicos (CAMP) son péptidos cortos secretados por células inmunes y epiteliales en respuesta a productos bacterianos, como LPS, y otras señales inflamatorias (revisado en Brown y Hancock, 2006). Está bien establecido que la estructura del lípido A tiene un efecto profundo sobre la susceptibilidad de las bacterias a los CAMP y a los fármacos policatiónicos como la polimixina B. Estos compuestos suelen explotar los residuos de fosfato cargados negativamente en la estructura de la diglucosamina para unirse a la superficie celular y luego insertar en la membrana, provocando la ruptura de la barrera de permeabilidad y la lisis de la célula (Brown y Hancock, 2006). Muchas bacterias pueden superar la susceptibilidad a estos compuestos modificando los fosfatos 1 y 4 'con L-Ara4N o fosforiletanolamina (PEtN) mediante la actividad de ArnT y EptA respectivamente, después de la transferencia del núcleo del lípido A naciente al periplasma (Raetz et al. ., 2007). Las enzimas involucradas en estos procesos en E. coli se activan en condiciones de crecimiento específicas (por ejemplo, crecimiento a pH bajo o en presencia de péptidos catiónicos) y están bajo la regulación de los sistemas de dos componentes PmrAB y PhoPQ (Guo et al., 1997 Gunn, 2008).

Una modificación adicional implica la fosforilación del 1-fosfato en la columna vertebral del lípido A para producir pirofosfato y está mediada por LpxT usando pirofosfato de undecaprenilo como donante (Touze et al., 2008). Esta actividad ayuda a reciclar el transportador lipídico esencial para el peptidoglicano, el antígeno O, los antígenos K del grupo 1, etc., pero otras proteínas celulares también pueden satisfacer esta necesidad (El Ghachi et al., 2005). La actividad de LpxT se inhibe en células activadas por PmrA (Herrera et al., 2010).


Los bacteriófagos K1F diseñados matan a Escherichia coli K1 intracelular en células epiteliales humanas

Las infecciones bacterianas pueden tratarse con bacteriófagos que muestran una gran especificidad hacia su huésped bacteriano y pueden modificarse genéticamente para diferentes aplicaciones. Sin embargo, sigue siendo difícil saber si los bacteriófagos pueden matar las bacterias intracelulares en las células humanas y cómo. Aquí, utilizando la selección CRISPR / Cas, hemos diseñado un bacteriófago fluorescente específico para E. coli K1, un patógeno nosocomial responsable de infecciones del tracto urinario, meningitis neonatal y sepsis. Por microscopía confocal y en vivo, mostramos que los bacteriófagos K1F-GFP y las bacterias E. coli EV36-RFP que exhiben la cápsula K1 ingresan a las células humanas a través de la fagocitosis. Es importante destacar que mostramos que el bacteriófago K1F-GFP mata eficazmente a E. coli EV36-RFP intracelular en las células epiteliales de la vejiga urinaria humana T24. Finalmente, proporcionamos evidencia de que las bacterias y bacteriófagos se degradan por la fagocitosis y xenofagia asociadas con LC3.

Declaracion de conflicto de interes

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Cifras

Construcción de fagos fluorescentes K1F.…

Construcción de fagos fluorescentes K1F. ( A ) La ingeniería de tres diferentes ...

Análisis de imágenes de E. coli…

Análisis de imágenes de E. coli La bacteria EV36-RFP y el fago K1F-GFP se construyen dentro del epitelio ...

Phage K1F se dirige extracelular y ...

El fago K1F se dirige a las bacterias extracelulares e intracelulares en las células epiteliales humanas. ( A, B ...

Degradación de E. coli EV36…

Degradación de E. coli EV36 y fago K1F mediante fagocitosis asistida por LC3. ( A…

Phage K1F en ausencia de E. coli EV36 no puede activar la autofagia. (…


Biología 171


Cierra los ojos e imagina una pared de ladrillos. ¿Cuál es el bloque de construcción básico de la pared & # 8217s? Es un solo ladrillo. Como una pared de ladrillos, las células son los componentes básicos que forman su cuerpo.

Su cuerpo tiene muchos tipos de células, cada una especializada para un propósito específico. Así como usamos una variedad de materiales para construir una casa, el cuerpo humano se construye a partir de muchos tipos de células. Por ejemplo, las células epiteliales protegen la superficie del cuerpo y cubren los órganos y las cavidades corporales internas. Las células óseas ayudan a mantener y proteger el cuerpo. Las células del sistema inmunológico luchan contra las bacterias invasoras. Además, la sangre y las células sanguíneas transportan nutrientes y oxígeno por todo el cuerpo mientras eliminan el dióxido de carbono. Cada uno de estos tipos de células juega un papel vital durante el crecimiento, desarrollo y mantenimiento diario del cuerpo. Sin embargo, a pesar de su enorme variedad, las células de todos los organismos, incluso los tan diversos como las bacterias, la cebolla y los humanos, comparten ciertas características fundamentales.

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Nombrar ejemplos de organismos procariotas y eucariotas
  • Comparar y contrastar células procariotas y eucariotas
  • Describe los tamaños relativos de diferentes celdas.
  • Explica por qué las células deben ser pequeñas.

Las células se clasifican en una de dos categorías amplias: procariotas y eucariotas. Clasificamos sólo los organismos predominantemente unicelulares Bacteria y Archaea como procariotas (pro = “antes” -cari- = “núcleo”). Las células animales, las plantas, los hongos y los protistas son todos eucariotas (eu- = "verdadero").

Componentes de las células procariotas

Todas las células comparten cuatro componentes comunes: 1) una membrana plasmática, una cubierta externa que separa el interior de la célula del entorno circundante 2) el citoplasma, que consiste en un citosol gelatinoso dentro de la célula en el que hay otros componentes celulares 3) ADN, el material genético de la célula y 4) los ribosomas, que sintetizan proteínas. Sin embargo, los procariotas se diferencian de las células eucariotas de varias formas.

Un procariota es un organismo simple, en su mayoría unicelular (unicelular) que carece de núcleo o de cualquier otro orgánulo unido a la membrana. En breve veremos que esto es significativamente diferente en eucariotas. El ADN procariótico está en la parte central de la célula: el nucleoide ((Figura)).


La mayoría de los procariotas tienen una pared celular de peptidoglicano y muchos tienen una cápsula de polisacárido ((Figura)). La pared celular actúa como una capa adicional de protección, ayuda a la célula a mantener su forma y previene la deshidratación. La cápsula permite que la célula se adhiera a superficies en su entorno. Algunos procariotas tienen flagelos, pili o fimbrias. Los flagelos se utilizan para la locomoción. Los pili intercambian material genético durante la conjugación, el proceso por el cual una bacteria transfiere material genético a otra a través del contacto directo. Las bacterias usan fimbrias para unirse a una célula huésped.

Microbiólogo La acción más eficaz que cualquiera puede tomar para prevenir la propagación de enfermedades contagiosas es lavarse las manos. ¿Por qué? Porque los microbios (organismos tan pequeños que solo se pueden ver con microscopios) son omnipresentes. Viven en los pomos de las puertas, el dinero, las manos y muchas otras superficies. Si alguien estornuda en su mano y toca el pomo de una puerta, y luego tú tocas el mismo pomo, los microbios del moco del estornudo ahora están en tus manos. Si se toca la boca, la nariz o los ojos con las manos, esos microbios pueden entrar en su cuerpo y enfermarlo.

Sin embargo, no todos los microbios (también llamados microorganismos) causan enfermedades, la mayoría son realmente beneficiosos. Tiene microbios en el intestino que producen vitamina K. Otros microorganismos se utilizan para fermentar la cerveza y el vino.

Los microbiólogos son científicos que estudian microbios. Los microbiólogos pueden seguir varias carreras. No solo trabajan en la industria alimentaria, también se emplean en los campos veterinario y médico. Pueden trabajar en el sector farmacéutico, desempeñando funciones clave en la investigación y el desarrollo mediante la identificación de nuevas fuentes de antibióticos que pueden tratar las infecciones bacterianas.

Los microbiólogos ambientales pueden buscar nuevas formas de utilizar microbios especialmente seleccionados o modificados genéticamente para eliminar los contaminantes del suelo o las aguas subterráneas, así como los elementos peligrosos de los sitios contaminados. Llamamos al uso de estos microbios tecnologías de biorremediación. Los microbiólogos también pueden trabajar en el campo de la bioinformática, proporcionando conocimientos especializados y conocimientos para el diseño, desarrollo y especificidad de modelos informáticos de, por ejemplo, epidemias bacterianas.

Tamaño de celda

Con un diámetro de 0,1 a 5,0 μm, las células procariotas son significativamente más pequeñas que las células eucariotas, que tienen diámetros que oscilan entre 10 y 100 μm ((Figura)). Los procariotas & # 8217 de pequeño tamaño permiten que los iones y moléculas orgánicas que entran en ellos se difundan rápidamente a otras partes de la célula. De manera similar, los desechos producidos dentro de una célula procariota pueden difundirse rápidamente. Este no es el caso de las células eucariotas, que han desarrollado diferentes adaptaciones estructurales para mejorar el transporte intracelular.


El tamaño pequeño, en general, es necesario para todas las células, ya sean procariotas o eucariotas. Examinemos por qué es así. Primero, consideraremos el área y el volumen de una celda típica. No todas las células tienen forma esférica, pero la mayoría tiende a aproximarse a una esfera. Tal vez recuerdes de tu curso de geometría de la escuela secundaria que la fórmula para el área de la superficie de una esfera es 4πr 2, mientras que la fórmula para su volumen es 4πr 3/3. Por lo tanto, a medida que aumenta el radio de una celda, su área de superficie aumenta como el cuadrado de su radio, pero su volumen aumenta como el cubo de su radio (mucho más rápidamente). Por lo tanto, a medida que una celda aumenta de tamaño, su relación superficie-volumen disminuye. Este mismo principio se aplicaría si la celda tuviera forma de cubo ((Figura)). Si la célula crece demasiado, la membrana plasmática no tendrá suficiente área de superficie para soportar la velocidad de difusión requerida para el aumento de volumen. En otras palabras, a medida que una célula crece, se vuelve menos eficiente. Una forma de ser más eficiente es dividir. Otra forma es desarrollar orgánulos que realicen tareas específicas. Estas adaptaciones conducen al desarrollo de células más sofisticadas, a las que llamamos células eucariotas.


Las células procariotas son mucho más pequeñas que las eucariotas. ¿Qué ventajas puede conferir a una celda un tamaño pequeño de celda? ¿Qué ventajas podría tener el tamaño de celda grande?

Resumen de la sección

Los procariotas son organismos unicelulares de los dominios Bacteria y Archaea. Todos los procariotas tienen membranas plasmáticas, citoplasma, ribosomas y ADN que no está unido a la membrana. La mayoría tienen paredes celulares de peptidoglicano y muchas tienen cápsulas de polisacáridos. Las células procariotas tienen un diámetro de 0,1 a 5,0 μm.

A medida que una celda aumenta de tamaño, su relación superficie-volumen disminuye. Si la célula crece demasiado, la membrana plasmática no tendrá suficiente área de superficie para soportar la velocidad de difusión requerida para el aumento de volumen.

Conexiones de arte

(Figura) Las células procariotas son mucho más pequeñas que las eucariotas. ¿Qué ventajas puede conferir a una celda el tamaño pequeño de una celda? ¿Qué ventajas puede tener el tamaño de celda grande?

(Figura) Las sustancias pueden difundirse más rápidamente a través de células pequeñas. Las células pequeñas no necesitan orgánulos y, por lo tanto, no necesitan gastar energía para llevar sustancias a través de las membranas de los orgánulos. Las células grandes tienen orgánulos que pueden separar los procesos celulares, lo que les permite construir moléculas que son más complejas.

Respuesta libre

Los antibióticos son medicamentos que se utilizan para combatir las infecciones bacterianas. Estos medicamentos matan las células procariotas sin dañar las células humanas. ¿A qué parte o partes de la célula bacteriana crees que se dirigen los antibióticos? ¿Por qué?

La pared celular sería atacada por antibióticos y también por la capacidad de las bacterias para replicarse. Esto inhibiría la capacidad de reproducción de las bacterias y comprometería sus mecanismos de defensa.

Explique por qué no todos los microbios son dañinos.

Algunos microbios son beneficiosos. Por ejemplo, E. coli las bacterias pueblan el intestino humano y ayudan a descomponer la fibra en la dieta. Algunos alimentos como el yogur están formados por bacterias.

Glosario


Patología

Lo más probable es que, si la espinaca contenía E. coli O157: H7, se pondría muy enfermo y necesitaría atención médica. ¡Pobre Popeye, no te preocupes, Olive Oyl se ocupará de ti!

Desafortunadamente, hay más de una cepa patógena de E. coli. Como se indica en Datos interesantes, hay más de 700 serotipos de E. coli. Estos se basan en tres antígenos diferentes: el antígeno O que se deriva de la pared celular, el antígeno H que se deriva de los flagelos que se utilizan para la motilidad y el antígeno K que se deriva de una cápsula de polisacárido que se secreta. La mayoría de estas cepas específicas se pueden dividir en tres categorías más según la forma en que infectan el cuerpo humano: infecciones del tracto urinario (ITU), meningitis neonatal y enfermedades intestinales (gastroenteritis).

1. Infecciones del tracto urinario

El 90% de las infecciones urinarias son causadas por uropatógenos. E. coli (UPEC). Esto es causado por E. coli colonizando las heces y / o la región perineal, y luego de alguna manera ascendiendo a la uretra (el tracto urinario) y finalmente a la vejiga provocando inflamación. Las bacterias pueden adherirse y agregarse a la uretra y la vejiga mediante el uso de fimbrias. El movimiento de E. coli pueden ocurrir durante las relaciones sexuales, limpiarse de atrás hacia adelante después de usar el baño, entre otras formas, y son más comunes en las mujeres. Los síntomas incluyen dolor al orinar, micción frecuente y orina turbia. Se tratan fácilmente con antibióticos.

La meningitis neonatal (inflamación de las meninges), que afecta a 1/2000 lactantes, es causada por E. coli cepas que invaden la nasofaringe o el tracto gastrointestinal, se absorben en el torrente sanguíneo y luego la sangre transporta las bacterias a las meninges. Esto se trata con terapia con antibióticos, la mayoría de las veces con ampicilina. Esto puede ser fatal si no se trata.

E. coli es mejor conocido por su capacidad para infectar el sistema intestinal, causando diarrea, y estos se pueden clasificar en cinco subgrupos según su patogenicidad. Estas enfermedades se tratan con antibióticos.


Laboratorio 6: Tinción de Gram y tinción de cápsulas

La tinción de Gram es el procedimiento de tinción más utilizado en bacteriología. Se llama un tinción diferencial ya que diferencia entre bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Bacterias que manchan púrpura con el procedimiento de tinción de Gram se denominan Gram positivas los que manchan rosado se dice que son Gram-negativos. Los términos positivo y negativo no tienen nada que ver con la carga eléctrica, sino que simplemente designan dos grupos morfológicos distintos de bacterias.

Las bacterias Gram-positivas y Gram-negativas se tiñen de manera diferente debido a diferencias fundamentales en la estructura de sus paredes celulares. La pared celular bacteriana sirve para dar al organismo su tamaño y forma, así como para prevenir la lisis osmótica. El material de la pared celular bacteriana que confiere rigidez es el peptidoglicano.

En micrografías electrónicas, el Pared celular grampositiva aparece como una pared ancha y densa de 20-80 nm de espesor y que consta de numerosas capas interconectadas de peptidoglicano (Figuras 1A y 1B). Químicamente, del 60 al 90% de la pared celular grampositiva es peptidoglicano. Entretejidos en la pared celular de los grampositivos se encuentran los ácidos teicoicos. Los ácidos teicoicos, que se extienden a través y más allá del resto de la pared celular, están compuestos de polímeros de glicerol, fosfatos y el alcohol de azúcar ribitol. Algunos tienen un lípido adherido (ácido lipoteicoico). La superficie exterior del peptidoglicano está repleta de proteínas que difieren según la cepa y especie de la bacteria.

los Pared celular gramnegativa, por otro lado, contiene solo 2-3 capas de peptidoglicano y está rodeado por una membrana externa compuesta de fosfolípidos, lipopolisacáridos, lipoproteínas y proteínas (Figuras 2A y 2B). Solo entre el 10% y el 20% de la pared celular gramnegativa es peptidoglicano. Los fosfolípidos se encuentran principalmente en la capa interna de la membrana externa, al igual que las lipoproteínas que conectan la membrana externa al peptidoglicano. Los lipopolisacáridos, ubicados en la capa externa de la membrana externa, consisten en una porción lipídica llamada lípido A incrustada en la membrana y una porción polisacárido que se extiende hacia afuera desde la superficie bacteriana. La membrana externa también contiene una serie de proteínas que difieren según la cepa y la especie de la bacteria.

Para obtener más información sobre la pared celular gramnegativa y grampositiva, consulte los siguientes objetos de aprendizaje en su guía de conferencias:

El procedimiento de tinción de Gram consta de cuatro pasos básicos:

1. Las bacterias se tiñen primero con el tinte básico. cristal violeta. Tanto las bacterias Gram positivas como las Gram negativas se tiñen directamente y aparecen de color púrpura después de este paso.

2. A continuación, las bacterias se tratan con Solución de yodo de Gram. Esto permite que la mancha se retenga mejor formando un complejo insoluble de yodo-violeta de cristal. Tanto las bacterias grampositivas como las gramnegativas permanecen moradas después de este paso.

3. Decolorante de Gram, Una mezcla de alcohol etílico y acetona, luego se agrega. Este es el paso diferencial. Las bacterias grampositivas retienen el complejo cristal violeta-yodo mientras que las gramnegativas se decoloran.

4. Finalmente, la contratinción safranina (también un tinte básico) se aplica.Dado que las bacterias Gram-positivas ya están teñidas de púrpura, no se ven afectadas por la contratinción. Las bacterias gramnegativas, que ahora son incoloras, se tiñen directamente con la safranina. Por lo tanto, los grampositivos aparecen de color púrpura y los grampositivos de color rosa.

Con la teoría actual detrás de la tinción de Gram, se cree que en las bacterias Gram-positivas, el cristal violeta y el yodo se combinan para formar una molécula más grande que se precipita dentro de la célula. La mezcla de alcohol / acetona provoca la deshidratación del peptidoglicano multicapa, disminuyendo así el espacio entre las moléculas y provocando que la pared celular atrape el complejo cristal violeta-yodo dentro de la célula. En el caso de las bacterias Gram-negativas, la mezcla de alcohol / acetona, al ser un disolvente lipídico, disuelve la membrana externa de la pared celular y también puede dañar la membrana citoplasmática a la que está unido el peptidoglicano. Las pocas capas de peptidoglicano no pueden retener el complejo cristal violeta-yodo y la célula se decolora.

Es importante tener en cuenta que la grampositividad (la capacidad de retener el complejo de yodo violeta de cristal púrpura) no es un fenómeno de todo o nada, sino una cuestión de grado. Existen varios factores que podrían resultar en una tinción Gram-positiva para organismos Gram-negativos:

1. El método y las técnicas utilizadas. El sobrecalentamiento durante la fijación por calor, la decoloración excesiva con alcohol e incluso demasiado lavado con agua entre los pasos pueden provocar que las bacterias Gram-positivas pierdan el complejo cristal violeta-yodo.

2. La edad de la cultura. Los cultivos de más de 24 horas pueden perder su capacidad para retener el complejo cristal violeta-yodo.

3. El propio organismo. Algunas bacterias grampositivas son más capaces de retener el complejo cristal violeta-yodo que otras.

Por lo tanto, se deben utilizar técnicas muy precisas en la tinción de Gram e interpretar los resultados con discreción.

Cultivos en placa de agar tripticasa de soja de Escherichia coli (un bacilo gramnegativo pequeño) y Staphylococcus epidermidis (un coco Gram-positivo con una disposición de estafilococos).

PROCEDIMIENTO (hacer individualmente)

1. Escherichia coli

una. Arregle con calor una mancha de Escherichia coli como sigue:

1. Usando el frasco gotero de agua desionizada que se encuentra en su rejilla de tinción, lugar 1/2 de una gota de agua de tamaño normal en un portaobjetos limpio tocando el gotero con el portaobjetos (Figura 1). Alternativamente, use su asa de inoculación esterilizada para colocar una gota de agua desionizada en el portaobjetos.

2. Con su asa de inoculación estéril, retire asépticamente un Pequeña cantidad del cultivo de la superficie del agar y tocarlo suavemente 2-3 veces a la gota de agua hasta el agua se vuelve visiblemente turbio (Figura 2). Un buen frotis con la cantidad correcta de bacterias es esencial para la tinción de Gram.

  • Demasiadas bacterias en el portaobjetos podrían provocar una decoloración insuficiente, muy pocas podrían provocar una decoloración excesiva.

3. Incinere las bacterias restantes en el asa de inoculación. Si se agrega demasiado cultivo al agua, no verá bacterias individuales teñidas y es posible que no tenga una tinción de Gram confiable.

4. Después de que se enfríe el asa de inoculación, Extienda la suspensión sobre aproximadamente la mitad del portaobjetos. para formar una película delgada. Un frotis preparado correctamente con la cantidad adecuada de bacterias debe tener un aspecto similar al de la figura 3.

5. Deje que esta fina suspensión completamente seco al aire (Figura 4). ¡El frotis debe estar completamente seco antes de que el portaobjetos se fije con calor!

6. Para fijar con calor las bacterias al portaobjetos,Recoja el portaobjetos secado al aire con unas pinzas de cubreobjetos y sostenga la parte inferior del portaobjetos opuesta al frotis cerca de la abertura del microincinerador durante 10 segundos. (Figura 5) como lo demostró su instructor. Si el portaobjetos no se calienta lo suficiente, todas las bacterias se eliminarán. Si se sobrecalienta, la integridad estructural de las bacterias puede dañarse.

B . Mancha con Hucker's cristal violeta por un minuto (Figura 6). Suavemente lavar con agua (Figura 7). Sacuda el exceso de agua pero no secar entre pasos.

C . Teñir con Solución de yodo de Gram por un minuto (Figura 8) y suavemente lavar con agua.

D . Decolorar recogiendo la diapositiva y dejando que el Decolorante de Gram correr por el tobogán hasta que el morado deje de fluir en la parte inferior de la diapositiva (Figura 9).

  • Asegúrese de que todo el frotis esté decolorado uniformemente y de que no se decolore demasiado ni se decolore demasiado.
  • Lavar inmediatamente con agua..

e. Teñir con safranina por un minuto (Figura 10). Cuando se lava el exceso de safranina, tenga mucho cuidado de lavarse suave y brevemente ya que es posible eliminar parte de la sarfanina de la bacteria.

f. Secar (Figura 11) y observe usando microscopía de inmersión en aceite.

2 . Staphylococcus epidermidis

una. Arregle con calor una mancha de Staphylococcus epidermidis como sigue:

1. Usando el frasco gotero de agua desionizada que se encuentra en su rejilla de tinción, lugar 1/2 de una gota de agua de tamaño normal en un portaobjetos limpio tocando el gotero con el portaobjetos (Figura 1). Alternativamente, use su asa de inoculación esterilizada para colocar una gota de agua desionizada en el portaobjetos.

2. Con su asa de inoculación estéril, retire asépticamente un Pequeña cantidad del cultivo de la superficie del agar y tocarlo suavemente 2-3 veces a la gota de agua hasta el agua se vuelve visiblemente turbio (Figura 2).

  • Demasiadas bacterias en el portaobjetos podrían provocar una decoloración insuficiente, muy pocas podrían provocar una decoloración excesiva.

3. Incinere las bacterias restantes en el asa de inoculación. Si se agrega demasiado cultivo al agua, no verá bacterias individuales teñidas y es posible que no tenga una tinción de Gram confiable.

4. Después de que se enfríe el asa de inoculación, Extienda la suspensión sobre aproximadamente la mitad del portaobjetos. para formar una película delgada (Figura 3).

5. Deje que esta fina suspensión completamente seco al aire (Figura 4). ¡El frotis debe estar completamente seco antes de que el portaobjetos se fije con calor!

6. Para fijar con calor las bacterias al portaobjetos,Recoja el portaobjetos secado al aire con unas pinzas de cubreobjetos y sostenga la parte inferior del portaobjetos opuesta al frotis cerca de la abertura del microincinerador durante 10 segundos. (Figura 5) como lo demostró su instructor. Si el portaobjetos no se calienta lo suficiente, todas las bacterias se eliminarán. Si se sobrecalienta, la integridad estructural de las bacterias puede dañarse.

B . Mancha con Hucker's cristal violeta por un minuto (Figura 6). Suavemente lavar con agua (Figura 7). Sacuda el exceso de agua pero no secar entre pasos.

C . Teñir con Solución de yodo de Gram por un minuto (Figura 8) y suavemente lavar con agua.

D . Decolorar recogiendo la diapositiva y dejando que el Decolorante de Gram correr por el tobogán hasta que el morado deje de fluir en la parte inferior de la diapositiva (Figura 9).

  • Asegúrese de que todo el frotis esté decolorado uniformemente y de que no se decolore demasiado ni se decolore demasiado.
  • Lavar inmediatamente con agua..

e. Teñir con safranina por un minuto (Figura 10). Cuando se lava el exceso de safranina, tenga mucho cuidado de lavarse suave y brevemente ya que es posible eliminar parte de la sarfanina de la bacteria.

f. Secar y observar usando microscopía de inmersión en aceite.

3. Asegúrese de verter con cuidado el tinte usado en su bandeja de tinción en el contenedor de recolección de tinte de desecho, no por el fregadero.

B. LA MANCHA DE LA CÁPSULA

Muchas bacterias secretan una cubierta viscosa y viscosa llamada cápsula o glucocáliz. Este suele estar compuesto de polisacárido, polipéptido o ambos.

La capacidad de producir una cápsula es una propiedad heredada del organismo, pero la cápsula no es un componente celular absolutamente esencial. Las cápsulas a menudo se producen solo en condiciones de crecimiento específicas. Aunque no son esenciales para la vida, es probable que las cápsulas ayuden a las bacterias a sobrevivir en la naturaleza. Las cápsulas ayudan a muchas bacterias patógenas y de la flora normal a inicialmente resistir la fagocitosis por las células fagocíticas del huésped. En el suelo y el agua, las cápsulas ayudan a evitar que los protozoos engullen las bacterias. Las cápsulas también ayudan a muchas bacterias a adherirse a las superficies y así resistir el enrojecimiento. También permite que muchas bacterias formen biopelículas. A biopelícula Consiste en capas de poblaciones bacterianas que se adhieren a las células hospedadoras e incrustadas en una masa capsular común.

Para obtener más información sobre las cápsulas bacterianas, consulte los siguientes objetos de aprendizaje en su Guía de conferencias:

Cultivo de caldo de leche desnatada Enterobacter aerogenes. La leche desnatada proporciona los nutrientes esenciales para la producción de cápsulas y también proporciona un fondo ligeramente teñido.

PROCEDIMIENTO (hacer individualmente)

1. Revuelva el cultivo del caldo de leche descremada con tu bucle y lugar 2-3 bucles de Enterobacter aerogenes en un portaobjetos de microscopio.

2. Usando su asa de inoculación, Extienda la muestra para cubrir aproximadamente una pulgada del portaobjetos..

3. Deje que se seque completamente al aire. No fijar con calor. Las cápsulas se adhieren bien al vidrio y el calor puede destruirlas.

4. Mancha con cristal violeta por un minuto.

5. Lave el exceso de tinte con una solución de sulfato de cobre al 20%..

6. Sacuda el exceso de solución de sulfato de cobre y seque inmediatamente.

7. Observar utilizando microscopía de inmersión en aceite.. El organismo y la leche secada en el portaobjetos recogerán el tinte púrpura mientras que la cápsula permanecerá incolora.

8 . Asegúrese de verter con cuidado el tinte usado en su bandeja de tinción en el contenedor de recolección de tinte de desecho, no por el fregadero.

9. Observe la tinción de la cápsula de demostración de Streptococcus lactis , una bacteria encapsulada que es la flora normal de la leche.


Contenido

Tipo y morfología Editar

E. coli es una bacteria gramnegativa, anaerobia facultativa (que produce ATP por respiración aeróbica si hay oxígeno presente, pero es capaz de cambiar a fermentación o respiración anaeróbica si no hay oxígeno) y no esporulante. [17] Las células suelen tener forma de varilla y miden aproximadamente 2,0 μm de largo y 0,25 a 1,0 μm de diámetro, con un volumen celular de 0,6 a 0,7 μm 3. [18] [19] [20]

E. coli tinciones Gram-negativas porque su pared celular está compuesta por una fina capa de peptidoglicano y una membrana externa. Durante el proceso de tinción, E. coli recoge el color de la contratinción de safranina y se tiñe de rosa. La membrana externa que rodea la pared celular proporciona una barrera a ciertos antibióticos de manera que E. coli no se daña con penicilina. [15]

Las cepas que poseen flagelos son móviles. Los flagelos tienen una disposición peritrica. [21] También se adhiere y borra las microvellosidades de los intestinos a través de una molécula de adhesión conocida como intimina. [22]

Metabolismo Editar

E. coli puede vivir en una amplia variedad de sustratos y utiliza la fermentación ácida mixta en condiciones anaeróbicas, produciendo lactato, succinato, etanol, acetato y dióxido de carbono. Dado que muchas vías en la fermentación de ácidos mixtos producen gas hidrógeno, estas vías requieren que los niveles de hidrógeno sean bajos, como es el caso cuando E. coli vive junto con organismos consumidores de hidrógeno, como los metanógenos o las bacterias reductoras de sulfato. [23]

Además, E. coli'El metabolismo se puede recablear para utilizar únicamente CO2 como fuente de carbono para la producción de biomasa. En otras palabras, el metabolismo de este heterótrofo obligado se puede alterar para mostrar capacidades autótrofas expresando heterólogamente genes de fijación de carbono, así como formiato deshidrogenasa y realizando experimentos de evolución de laboratorio. Esto se puede hacer usando formato para reducir los portadores de electrones y suministrar el ATP requerido en las vías anabólicas dentro de estos autótrofos sintéticos. [24]

E. coli tienen tres vías glucolíticas nativas: EMPP, EDP y OPPP. El EMPP emplea diez pasos enzimáticos para producir dos piruvatos, dos ATP y dos NADH por molécula de glucosa, mientras que OPPP sirve como una ruta de oxidación para la síntesis de NADPH. Aunque la EDP es la más favorable termodinámicamente de las tres vías, E. coli no utilice el EDP para el metabolismo de la glucosa, basándose principalmente en el EMPP y el OPPP. El EDP permanece inactivo principalmente excepto durante el crecimiento con gluconato. [25]

Represión de catabolitos editar

Cuando crecen en presencia de una mezcla de azúcares, las bacterias a menudo consumen los azúcares secuencialmente a través de un proceso conocido como represión de catabolitos. Al reprimir la expresión de los genes implicados en la metabolización de los azúcares menos preferidos, las células normalmente consumirán primero el azúcar que produce la tasa de crecimiento más alta, seguido del azúcar que produce la siguiente tasa de crecimiento más alta, y así sucesivamente. Al hacerlo, las células se aseguran de que sus recursos metabólicos limitados se utilicen para maximizar la tasa de crecimiento. El ejemplo bien utilizado de esto con E. coli implica el crecimiento de la bacteria en glucosa y lactosa, donde E. coli consumirá glucosa antes que lactosa. La represión de catabolitos también se ha observado en E. coli en presencia de otros azúcares distintos de la glucosa, como arabinosa y xilosa, sorbitol, ramnosa y ribosa. En E. coli, la represión del catabolito de glucosa está regulada por el sistema de fosfotransferasa, una cascada de fosforilación de múltiples proteínas que acopla la captación de glucosa y el metabolismo. [26]

Crecimiento cultural Editar

Crecimiento óptimo de E. coli ocurre a 37 ° C (98,6 ° F), pero algunas cepas de laboratorio pueden multiplicarse a temperaturas de hasta 49 ° C (120 ° F). [27] E. coli crece en una variedad de medios de laboratorio definidos, como caldo de lisogenia, o cualquier medio que contenga glucosa, fosfato de amonio monobásico, cloruro de sodio, sulfato de magnesio, fosfato dibásico de potasio y agua. El crecimiento puede ser impulsado por respiración aeróbica o anaeróbica, utilizando una gran variedad de pares redox, incluida la oxidación de ácido pirúvico, ácido fórmico, hidrógeno y aminoácidos, y la reducción de sustratos como oxígeno, nitrato, fumarato, dimetilsulfóxido, y N-óxido de trimetilamina. [28] E. coli se clasifica como anaerobio facultativo. Utiliza oxígeno cuando está presente y disponible. Sin embargo, puede seguir creciendo en ausencia de oxígeno mediante fermentación o respiración anaeróbica. La capacidad de seguir creciendo en ausencia de oxígeno es una ventaja para las bacterias porque su supervivencia aumenta en ambientes donde predomina el agua. [15]

Ciclo celular Editar

El ciclo celular bacteriano se divide en tres etapas. El período B ocurre entre la finalización de la división celular y el comienzo de la replicación del ADN. El período C abarca el tiempo que lleva replicar el ADN cromosómico. El período D se refiere a la etapa entre la conclusión de la replicación del ADN y el final de la división celular. [29] La tasa de duplicación de E. coli es mayor cuando hay más nutrientes disponibles. Sin embargo, la duración de los períodos C y D no cambia, incluso cuando el tiempo de duplicación es menor que la suma de los períodos C y D. A las tasas de crecimiento más rápidas, la replicación comienza antes de que se complete la ronda anterior de replicación, lo que da como resultado múltiples bifurcaciones de replicación a lo largo del ADN y ciclos celulares superpuestos. [30]

El número de horquillas de replicación en rápido crecimiento. E. coli típicamente sigue a 2n (n = 1, 2 o 3). Esto solo ocurre si la replicación se inicia simultáneamente desde todos los orígenes de las replicaciones y se denomina replicación sincrónica. Sin embargo, no todas las células de un cultivo se replican de forma sincrónica. En este caso, las células no tienen múltiplos de dos horquillas de replicación. El inicio de la replicación se denomina asincrónico. [31] Sin embargo, la asincronía puede ser causada por mutaciones en, por ejemplo, DnaA [31] o la proteína de asociación del iniciador DnaA DiaA. [32]

Adaptación genética Editar

E. coli y las bacterias relacionadas poseen la capacidad de transferir ADN a través de la conjugación o transducción bacteriana, lo que permite que el material genético se propague horizontalmente a través de una población existente. El proceso de transducción, que utiliza el virus bacteriano llamado bacteriófago, [33] es donde se propaga el gen que codifica la toxina Shiga desde el Shigella bacterias para E. coli ayudó a producir E. coli O157: H7, la cepa productora de toxina Shiga de E. coli.

E. coli engloba una enorme población de bacterias que exhiben un grado muy alto de diversidad tanto genética como fenotípica. Secuenciación del genoma de muchos aislados de E. coli y bacterias relacionadas muestra que sería deseable una reclasificación taxonómica. Sin embargo, esto no se ha hecho, en gran parte debido a su importancia médica, [34] y E. coli sigue siendo una de las especies bacterianas más diversas: solo el 20% de los genes en una E. coli el genoma se comparte entre todas las cepas. [35]

De hecho, desde el punto de vista más constructivo, los miembros del género Shigella (S. dysenteriae, S. flexneri, S. boydii, y S. sonnei) debe clasificarse como E. coli cepas, un fenómeno denominado taxones disfrazados. [36] Del mismo modo, otras cepas de E. coli (por ejemplo, la cepa K-12 comúnmente utilizada en el trabajo de ADN recombinante) son lo suficientemente diferentes como para merecer una reclasificación.

Una cepa es un subgrupo dentro de la especie que tiene características únicas que la distinguen de otras cepas. Estas diferencias a menudo son detectables solo a nivel molecular, sin embargo, pueden resultar en cambios en la fisiología o el ciclo de vida de la bacteria. Por ejemplo, una cepa puede ganar capacidad patógena, la capacidad de utilizar una fuente de carbono única, la capacidad de asumir un nicho ecológico particular o la capacidad de resistir agentes antimicrobianos. Diferentes cepas de E. coli a menudo son específicos del huésped, lo que permite determinar la fuente de contaminación fecal en muestras ambientales. [12] [13] Por ejemplo, saber qué E. coli La presencia de cepas en una muestra de agua permite a los investigadores hacer suposiciones sobre si la contaminación se originó en un ser humano, otro mamífero o un pájaro.

Serotipos Editar

Un sistema de subdivisión común de E. coli, pero no basado en la relación evolutiva, es por serotipo, que se basa en los principales antígenos de superficie (antígeno O: parte de la capa de lipopolisacárido H: antígeno de flagelina K: cápsula), p. O157: H7). [37] Sin embargo, es común citar solo el serogrupo, es decir, el antígeno O. En la actualidad, se conocen alrededor de 190 serogrupos. [38] La cepa común de laboratorio tiene una mutación que evita la formación de un antígeno O y, por lo tanto, no se puede tipificar.

Plasticidad y evolución del genoma Editar

Como todas las formas de vida, nuevas cepas de E. coli evolucionar a través de los procesos biológicos naturales de mutación, duplicación de genes y transferencia horizontal de genes en particular, el 18% del genoma de la cepa de laboratorio MG1655 se adquirió horizontalmente desde la divergencia de Salmonela. [39] E. coli K-12 y E. coli Las cepas B son las más utilizadas para fines de laboratorio. Algunas cepas desarrollan rasgos que pueden ser perjudiciales para el animal huésped. Estas cepas virulentas suelen causar un episodio de diarrea que a menudo es autolimitante en adultos sanos, pero que con frecuencia es letal para los niños del mundo en desarrollo. [40] Las cepas más virulentas, como la O157: H7, causan enfermedades graves o la muerte en los ancianos, los muy jóvenes o los inmunodeprimidos. [40] [41]

Los géneros Escherichia y Salmonela divergieron hace unos 102 millones de años (intervalo de credibilidad: 57-176 millones de años), lo que coincide con la divergencia de sus huéspedes: el primero se encuentra en mamíferos y el segundo en aves y reptiles. [42] Esto fue seguido por una división de un Escherichia antepasado en cinco especiesE. albertii, E. coli, E. fergusonii, E. hermannii, y E. vulneris). El último E. coli ancestro dividido entre 20 y 30 millones de años. [43]

Los experimentos de evolución a largo plazo utilizando E. coli, iniciados por Richard Lenski en 1988, han permitido la observación directa de la evolución del genoma durante más de 65.000 generaciones en el laboratorio. [44] Por ejemplo, E. coli normalmente no tienen la capacidad de crecer aeróbicamente con citrato como fuente de carbono, que se utiliza como criterio de diagnóstico con el que diferenciar E. coli de otras bacterias estrechamente relacionadas, como Salmonela. En este experimento, una población de E. coli inesperadamente evolucionó la capacidad de metabolizar el citrato aeróbicamente, un cambio evolutivo importante con algunas características de la especiación microbiana.

En el mundo microbiano, se puede establecer una relación de depredación similar a la observada en el mundo animal. Considerado, se ha visto que E. coli es presa de múltiples depredadores generalistas, como Myxococcus xanthus. En esta relación depredador-presa se observa una evolución paralela de ambas especies a través de modificaciones genómicas y fenotípicas, en el caso de E. coli las modificaciones se modifican en dos aspectos involucrados en su virulencia como la producción de mucoides (producción excesiva de alginato de ácido exoplasmático ) y la supresión del gen OmpT, produciendo en las generaciones futuras una mejor adaptación de una de las especies que es contrarrestada por la evolución de la otra, siguiendo un modelo coevolutivo demostrado por la hipótesis de la Reina Roja. [45]

Cepa de neotipo Editar

E. coli es la especie tipo del género (Escherichia) y a la vez Escherichia es el género tipo de la familia Enterobacteriaceae, donde el apellido no proviene del género Enterobacter + "i" (sic.) + "aceae", pero de "enterobacterium" + "aceae" (enterobacterium no es un género, sino un nombre trivial alternativo a la bacteria entérica). [46] [47]

Se cree que la cepa original descrita por Escherich se ha perdido, por lo que se eligió como representante una nueva cepa tipo (neotipo): la cepa neotipo es U5 / 41 T, [48] también conocida con el nombre de depósito DSM 30083, [49] ATCC 11775, [50] y NCTC 9001, [51] que es patógena para los pollos y tiene un serotipo O1: K1: H7. [52] Sin embargo, en la mayoría de los estudios, se utilizaron O157: H7, K-12 MG1655 o K-12 W3110 como representante E. coli. El genoma de la cepa tipo sólo se ha secuenciado recientemente. [48]

Filogenia de E. coli cepas Editar

Se han aislado y caracterizado muchas cepas pertenecientes a esta especie. Además del serotipo (vide supra), se pueden clasificar de acuerdo con su filogenia, es decir, la historia evolutiva inferida, como se muestra a continuación, donde la especie se divide en seis grupos. [53] [54] Particularmente, el uso de secuencias del genoma completo produce filogenias altamente respaldadas. Sobre la base de estos datos, cinco subespecies de E. coli fueron distinguidos. [48]

El vínculo entre la distancia filogenética ("parentesco") y la patología es pequeño, [48] p.ej. las cepas del serotipo O157: H7, que forman un clado ("un grupo exclusivo"), grupo E a continuación, son todas cepas enterohemorrágicas (EHEC), pero no todas las cepas de EHEC están estrechamente relacionadas. De hecho, cuatro especies diferentes de Shigella están anidados entre E. coli cepasvide supra), tiempo E. albertii y E. fergusonii están fuera de este grupo. De hecho, todos Shigella Las especies se colocaron dentro de una sola subespecie de E. coli en un estudio filogenómico que incluyó la cepa tipo, [48] y por esta razón es difícil una reclasificación correspondiente. Todas las cepas de investigación de uso común de E. coli pertenecen al grupo A y se derivan principalmente de la cepa K-12 de Clifton (λ + F + O16) y en menor grado de la de d'Herelle Bacillus coli cepa (cepa B) (O7).

E. coli S88 (O45: K1. Patógeno extracelular)

E. coli UMN026 (O17: K52: H18. Patógeno extracelular)

E. coli (O19: H34. Patógeno extracelular)

E. coli (O7: K1. Patógeno extracelular)

E. coli GOS1 (O104: H4 EAHEC) Brote alemán de 2011

E. coli ATCC8739 (O146. E. coli de Crook utilizada en el trabajo con fagos en la década de 1950)

E. coli K-12 W3110 (O16. Λ - F - cepa de biología molecular "tipo salvaje")

E. coli K-12 DH10b (cepa de biología molecular de alta electrocompetencia O16.)

E. coli K-12 DH1 (O16. Cepa de biología molecular de alta competencia química)

E. coli K-12 MG1655 (O16. Λ - F - cepa de biología molecular "tipo salvaje")

E. coli BW2952 (cepa de biología molecular competente O16.)

E. coli B REL606 (O7. Cepa de biología molecular de alta competencia)

E. coli BL21-DE3 (cepa de biología molecular de expresión de O7 con polimerasa T7 para el sistema pET)

La primera secuencia de ADN completa de un E. coli El genoma (derivado de la cepa de laboratorio K-12 MG1655) se publicó en 1997. Es una molécula de ADN circular de 4,6 millones de pares de bases de longitud, que contiene 4288 genes codificadores de proteínas anotados (organizados en 2584 operones), siete operones de ARN ribosómico (ARNr), y 86 genes de ARN de transferencia (ARNt). A pesar de haber sido objeto de análisis genéticos intensivos durante unos 40 años, muchos de estos genes eran desconocidos anteriormente. Se encontró que la densidad de codificación era muy alta, con una distancia media entre genes de solo 118 pares de bases. Se observó que el genoma contenía un número significativo de elementos genéticos transponibles, elementos repetidos, profagos crípticos y restos de bacteriófagos. [55]

Más de trescientas secuencias genómicas completas de Escherichia y Shigella Se conocen especies. La secuencia del genoma del tipo cepa de E. coli se agregó a esta colección antes de 2014. [48] La comparación de estas secuencias muestra una notable cantidad de diversidad, solo alrededor del 20% de cada genoma representa secuencias presentes en cada uno de los aislados, mientras que alrededor del 80% de cada genoma puede variar entre los aislados. [35] Cada genoma individual contiene entre 4000 y 5500 genes, pero el número total de genes diferentes entre todos los secuenciados E. coli cepas (el pangenoma) supera las 16.000. Se ha interpretado que esta gran variedad de genes componentes significa que dos tercios de los E. coli El pangenoma se originó en otras especies y llegó a través del proceso de transferencia horizontal de genes. [56]

Genes en E. coli generalmente se nombran mediante acrónimos de 4 letras que se derivan de su función (cuando se conocen) y en cursiva. Por ejemplo, recA lleva el nombre de su papel en la recombinación homóloga más la letra A. Los genes funcionalmente relacionados se nombran recB, recC, recibido etc. Las proteínas se nombran mediante acrónimos en mayúsculas, p. ej. RecA, RecB, etc. Cuando el genoma de E. coli se secuenció, todos los genes se numeraron (más o menos) en su orden en el genoma y se abreviaron con números b, como b2819 (= recibido). Los nombres "b" se crearon después de Fred Blattner, quien dirigió el esfuerzo de secuenciación del genoma. [55] Se introdujo otro sistema de numeración con la secuencia de otro E. coli cepa, W3110, que fue secuenciada en Japón y, por lo tanto, usa números que comienzan por JW. (Japanese W3110), p. Ej. JW2787 (= recibido). [57] Por lo tanto, recibido = b2819 = JW2787. Sin embargo, tenga en cuenta que la mayoría de las bases de datos tienen su propio sistema de numeración, p. Ej. la base de datos EcoGene [58] utiliza EG10826 para recibido. Finalmente, los números ECK se utilizan específicamente para los alelos en la cepa MG1655 de E. coli K-12. [58] Se pueden obtener listas completas de genes y sus sinónimos de bases de datos como EcoGene o Uniprot.

Proteoma Editar

Varios estudios han investigado el proteoma de E. coli. Para 2006, 1.627 (38%) de los 4.237 marcos de lectura abiertos (ORF) se habían identificado experimentalmente. [59] Se presenta la secuencia de 4,639,221 pares de bases de Escherichia coli K-12. De 4288 genes codificadores de proteínas anotados, el 38 por ciento no tiene ninguna función atribuida. La comparación con otros cinco microbios secuenciados revela familias de genes ubicuas, así como de distribución estrecha, muchas familias de genes similares dentro E. coli también son evidentes. La familia más grande de proteínas parálogas contiene 80 transportadores ABC. El genoma en su conjunto está sorprendentemente organizado con respecto a la dirección local de replicación guaninas, oligonucleótidos posiblemente relacionados con la replicación y recombinación, y la mayoría de los genes están orientados de esta manera. El genoma también contiene elementos de secuencia de inserción (IS), restos de fagos y muchos otros parches de composición inusual que indican la plasticidad del genoma a través de la transferencia horizontal. [55]

Interactome Editar

El interactoma de E. coli ha sido estudiado mediante purificación por afinidad y espectrometría de masas (AP / MS) y analizando las interacciones binarias entre sus proteínas.

Complejos proteicos. Un estudio de 2006 purificó 4,339 proteínas de cultivos de la cepa K-12 y encontró compañeros interactivos para 2,667 proteínas, muchas de las cuales tenían funciones desconocidas en ese momento. [60] Un estudio de 2009 encontró 5.993 interacciones entre proteínas del mismo E. coli tensión, aunque estos datos mostraron poca superposición con los de la publicación de 2006. [61]

Interacciones binarias. Rajagopala et al. (2014) han llevado a cabo cribados sistemáticos de levadura de dos híbridos con la mayoría de E. coli proteínas, y encontró un total de 2.234 interacciones proteína-proteína. [62] Este estudio también integró interacciones genéticas y estructuras de proteínas y mapeó 458 interacciones dentro de 227 complejos de proteínas.

E. coli pertenece a un grupo de bacterias conocidas informalmente como coliformes que se encuentran en el tracto gastrointestinal de animales de sangre caliente. [63] E. coli normalmente coloniza el tracto gastrointestinal de un bebé dentro de las 40 horas posteriores al nacimiento, llegando con comida o agua o de las personas que manipulan al niño. En el intestino E. coli se adhiere al moco del intestino grueso. Es el anaerobio facultativo primario del tracto gastrointestinal humano. [64] (Los anaerobios facultativos son organismos que pueden crecer en presencia o ausencia de oxígeno). Mientras estas bacterias no adquieran elementos genéticos que codifiquen los factores de virulencia, siguen siendo comensales benignos. [sesenta y cinco]

Uso terapéutico Editar

Debido al bajo costo y la velocidad con la que se puede cultivar y modificar en entornos de laboratorio, E. coli es una plataforma de expresión popular para la producción de proteínas recombinantes utilizadas en terapéutica. Una ventaja de usar E. coli sobre otra plataforma de expresión es que E. coli naturalmente no exporta muchas proteínas al periplasma, lo que facilita la recuperación de una proteína de interés sin contaminación cruzada. [66] El E. coli Las cepas K-12 y sus derivados (DH1, DH5α, MG1655, RV308 y W3110) son las cepas más utilizadas por la industria biotecnológica. [67] No patógeno E. coli cepa Nissle 1917 (EcN), (Mutaflor) y E. coli O83: K24: H31 (Colinfant) [68] [69]) se utilizan como agentes probióticos en medicina, principalmente para el tratamiento de diversas enfermedades gastrointestinales, [70] incluida la enfermedad inflamatoria intestinal. [71] Se cree que la cepa EcN podría impedir el crecimiento de patógenos oportunistas, incluidos Salmonela y otros enteropatógenos coliformes, a través de la producción de proteínas microcina la producción de sideróforos. [72]

La mayoría E. coli las cepas no causan enfermedades, viven naturalmente en el intestino, [73] pero las cepas virulentas pueden causar gastroenteritis, infecciones del tracto urinario, meningitis neonatal, colitis hemorrágica y enfermedad de Crohn. Los signos y síntomas comunes incluyen calambres abdominales severos, diarrea, colitis hemorrágica, vómitos y, a veces, fiebre. En casos más raros, las cepas virulentas también son responsables de la necrosis intestinal (muerte del tejido) y la perforación sin progresar a síndrome hemolítico-urémico, peritonitis, mastitis, sepsis y neumonía por gramnegativos. Los niños muy pequeños son más susceptibles a desarrollar enfermedades graves, como el síndrome urémico hemolítico; sin embargo, las personas sanas de todas las edades corren el riesgo de sufrir las consecuencias graves que pueden surgir como resultado de la infección con E. coli. [64] [74] [75] [76]

Algunas cepas de E. coli, por ejemplo O157: H7, puede producir la toxina Shiga (clasificada como agente de bioterrorismo). La toxina Shiga causa respuestas inflamatorias en las células diana del intestino, dejando atrás lesiones que resultan en la diarrea sanguinolenta que es un síntoma de una toxina Shiga productora de E. coli (STEC). Esta toxina causa además la destrucción prematura de los glóbulos rojos, que luego obstruyen el sistema de filtrado del cuerpo, los riñones, en algunos casos raros (generalmente en niños y ancianos) causando el síndrome urémico hemolítico (SUH), que puede conducir a insuficiencia renal. e incluso la muerte. Los signos del síndrome urémico hemolítico incluyen disminución de la frecuencia de micción, letargo y palidez de las mejillas y el interior de los párpados inferiores. En el 25% de los pacientes con SUH se producen complicaciones del sistema nervioso, que a su vez provocan accidentes cerebrovasculares. Además, esta tensión provoca la acumulación de líquido (ya que los riñones no funcionan), lo que provoca edema alrededor de los pulmones, las piernas y los brazos. Este aumento en la acumulación de líquido, especialmente alrededor de los pulmones, impide el funcionamiento del corazón y provoca un aumento de la presión arterial. [77] [22] [78] [79] [80] [75] [76]

Uropatógeno E. coli (UPEC) es una de las principales causas de infecciones del tracto urinario. [81] Es parte de la microbiota normal del intestino y se puede introducir de muchas formas. En particular para las mujeres, la dirección de limpieza después de la defecación (limpiando de atrás hacia adelante) puede conducir a la contaminación fecal de los orificios urogenitales. El coito anal también puede introducir esta bacteria en la uretra masculina y, al cambiar del coito anal al vaginal, el hombre también puede introducir UPEC en el sistema urogenital femenino.

Enterotoxigénico E. coli (ETEC) es la causa más común de diarrea del viajero, con hasta 840 millones de casos en todo el mundo en los países en desarrollo cada año. La bacteria, que generalmente se transmite a través de alimentos contaminados o agua potable, se adhiere al revestimiento intestinal, donde secreta cualquiera de dos tipos de enterotoxinas, lo que provoca diarrea acuosa. La tasa y la gravedad de las infecciones son más altas entre los niños menores de cinco años, e incluyen hasta 380.000 muertes al año. [82]

En mayo de 2011, uno E. coli La cepa O104: H4 fue objeto de un brote bacteriano que comenzó en Alemania. Ciertas cepas de E. coli son una de las principales causas de enfermedades transmitidas por los alimentos. El brote comenzó cuando varias personas en Alemania se infectaron con enterohemorrágico. E. coli (EHEC), que conduce al síndrome urémico hemolítico (SUH), una emergencia médica que requiere tratamiento urgente. El brote no solo afectó a Alemania, sino también a otros 15 países, incluidas regiones de América del Norte. [83] El 30 de junio de 2011, el alemán Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) (Instituto Federal de Evaluación de Riesgos, un instituto federal del Ministerio Federal de Alimentación, Agricultura y Protección del Consumidor de Alemania) anunció que las semillas de fenogreco de Egipto probablemente fueron la causa del brote de ECEH. [84]

Algunos estudios han demostrado la ausencia de E.coli en la flora intestinal de sujetos con el trastorno metabólico Fenilcetonuria. Se plantea la hipótesis de que la ausencia de estas bacterias normales perjudica la producción de las principales vitaminas B2 (riboflavina) y K2 (menaquinona), vitaminas que están implicadas en muchas funciones fisiológicas en los seres humanos, como el metabolismo celular y óseo, y por lo tanto contribuyen al trastorno. [85]

Periodo de incubación Editar

El tiempo que transcurre entre la ingestión de la bacteria STEC y la sensación de malestar se denomina "período de incubación". El período de incubación suele ser de 3 a 4 días después de la exposición, pero puede ser tan corto como 1 día o tan largo como 10 días. Los síntomas a menudo comienzan lentamente con un leve dolor abdominal o diarrea sin sangre que empeora durante varios días. El SUH, si ocurre, se desarrolla un promedio de 7 días después de los primeros síntomas, cuando la diarrea está mejorando. [86]

Diagnóstico Editar

El diagnóstico de la diarrea infecciosa y la identificación de la resistencia a los antimicrobianos se realiza mediante un cultivo de heces con pruebas posteriores de sensibilidad a los antibióticos. Requiere un mínimo de 2 días y un máximo de varias semanas para cultivar patógenos gastrointestinales. Las tasas de sensibilidad (verdadero positivo) y especificidad (verdadero negativo) para el cultivo de heces varían según el patógeno, aunque varios patógenos humanos no pueden cultivarse. Para las muestras con cultivo positivo, la prueba de resistencia a los antimicrobianos demora entre 12 y 24 horas adicionales en realizarse.

Las pruebas de diagnóstico molecular actuales en el punto de atención pueden identificar E. coli y la resistencia a los antimicrobianos en las cepas identificadas mucho más rápido que el cultivo y las pruebas de sensibilidad. Las plataformas basadas en microarrays pueden identificar cepas patógenas específicas de E. coli y E. coli- genes AMR específicos en dos horas o menos con alta sensibilidad y especificidad, pero el tamaño del panel de prueba (es decir, patógenos totales y genes de resistencia a los antimicrobianos) es limitado. Actualmente se están desarrollando nuevas plataformas de diagnóstico de enfermedades infecciosas basadas en la metagenómica para superar las diversas limitaciones del cultivo y todas las tecnologías de diagnóstico molecular disponibles en la actualidad.

Tratamiento Editar

El pilar del tratamiento es la evaluación de la deshidratación y la reposición de líquidos y electrolitos. Se ha demostrado que la administración de antibióticos acorta el curso de la enfermedad y la duración de la excreción de E. coli (ETEC) en adultos en áreas endémicas y en la diarrea del viajero, aunque la tasa de resistencia a los antibióticos de uso común está aumentando y generalmente no se recomiendan. [87] El antibiótico utilizado depende de los patrones de susceptibilidad en la región geográfica particular. Actualmente, los antibióticos de elección son las fluoroquinolonas o la azitromicina, con un papel emergente de la rifaximina. La rifaximina oral, un derivado semisintético de la rifamicina, es un antibacteriano eficaz y bien tolerado para el tratamiento de adultos con diarrea del viajero no invasiva.La rifaximina fue significativamente más eficaz que el placebo y no menos eficaz que la ciprofloxacina para reducir la duración de la diarrea. Si bien la rifaximina es eficaz en pacientes con E. coli-diarrea del viajero predominante, parece ineficaz en pacientes infectados con enteropatógenos inflamatorios o invasivos. [88]

Prevención Editar

ETEC es el tipo de E. coli en el que se centran la mayoría de los esfuerzos de desarrollo de vacunas. Los anticuerpos contra la LT y las principales CF de ETEC brindan protección contra las CF homólogas que producen LT y que expresan ETEC. Se han desarrollado vacunas inactivadas orales que consisten en antígeno de la toxina y células completas, es decir, la vacuna contra el cólera de la subunidad B recombinante del cólera B (rCTB) -WC autorizada Dukoral. Actualmente no hay vacunas autorizadas para ETEC, aunque varias se encuentran en diversas etapas de desarrollo. [89] En diferentes ensayos, la vacuna contra el cólera rCTB-WC proporcionó una protección alta (85 a 100%) a corto plazo. Un candidato a vacuna oral de ETEC que consiste en rCTB y formalina inactivada E. coli Se ha demostrado en ensayos clínicos que las bacterias que expresan las principales FQ son seguras, inmunogénicas y eficaces contra la diarrea grave en viajeros estadounidenses, pero no contra la diarrea ETEC en niños pequeños en Egipto. Una vacuna ETEC modificada que consiste en recombinantes E. coli se están sometiendo a pruebas clínicas cepas que sobreexpresan las principales FC y un toxoide híbrido más parecido al LT llamado LCTBA. [90] [91]

Otros métodos de prevención probados para E. coli La transmisión incluye lavarse las manos y mejorar el saneamiento y el agua potable, ya que la transmisión se produce a través de la contaminación fecal de los alimentos y el agua. Además, cocinar bien la carne y evitar el consumo de bebidas crudas no pasteurizadas, como jugos y leche, son otros métodos probados para prevenir E. coli. Por último, evite la contaminación cruzada de utensilios y espacios de trabajo al preparar alimentos. [92]

Debido a su larga historia de cultivo de laboratorio y facilidad de manipulación, E. coli juega un papel importante en la ingeniería biológica moderna y la microbiología industrial. [93] El trabajo de Stanley Norman Cohen y Herbert Boyer en E. coli, utilizando plásmidos y enzimas de restricción para crear ADN recombinante, se convirtió en la base de la biotecnología. [94]

E. coli es un huésped muy versátil para la producción de proteínas heterólogas, [95] y se han desarrollado varios sistemas de expresión de proteínas que permiten la producción de proteínas recombinantes en E. coli. Los investigadores pueden introducir genes en los microbios utilizando plásmidos que permitan un alto nivel de expresión de proteínas, y dicha proteína puede producirse en masa en procesos de fermentación industrial. Una de las primeras aplicaciones útiles de la tecnología del ADN recombinante fue la manipulación de E. coli para producir insulina humana. [96]

Muchas proteínas que antes se pensaba que eran difíciles o imposibles de expresar en E. coli en forma plegada se han expresado con éxito en E. coli. Por ejemplo, las proteínas con múltiples enlaces disulfuro pueden producirse en el espacio periplásmico o en el citoplasma de mutantes que se vuelven lo suficientemente oxidantes para permitir que se formen enlaces disulfuro, [97] mientras que las proteínas que requieren una modificación postraduccional como la glicosilación para estabilidad o función tienen se ha expresado utilizando el sistema de glicosilación ligado a N de Campylobacter jejuni diseñado en E. coli. [98] [99] [100]

Modificado E. coli Las células se han utilizado en el desarrollo de vacunas, biorremediación, producción de biocombustibles, [101] iluminación y producción de enzimas inmovilizadas. [95] [102]

La cepa K-12 es una forma mutante de E. coli que sobreexpresa la enzima fosfatasa alcalina (ALP). [103] La mutación surge debido a un defecto en el gen que codifica constantemente la enzima. Se dice que un gen que produce un producto sin inhibición alguna tiene actividad constitutiva. Esta forma mutante particular se usa para aislar y purificar la enzima mencionada anteriormente. [103]

Cepa OP50 de Escherichia coli se utiliza para el mantenimiento de Caenorhabditis elegans culturas.

La cepa JM109 es una forma mutante de E. coli que es recA y endA deficiente. La cepa se puede utilizar para el cribado azul / blanco cuando las células portan el factor de fertilidad episoma [104]. La falta de recA disminuye la posibilidad de una restricción no deseada del ADN de interés y la falta de endA inhibe la descomposición del ADN plasmídico. Por tanto, JM109 es útil para sistemas de clonación y expresión.

Organismo modelo Editar

E. coli se utiliza con frecuencia como organismo modelo en estudios de microbiología. Cepas cultivadas (p. Ej. E. coli K12) están bien adaptadas al entorno de laboratorio y, a diferencia de las cepas de tipo salvaje, han perdido su capacidad de prosperar en el intestino. Muchas cepas de laboratorio pierden su capacidad para formar biopelículas. [105] [106] Estas características protegen a las cepas de tipo salvaje de los anticuerpos y otros ataques químicos, pero requieren un gran gasto de energía y recursos materiales. E. coli se utiliza a menudo como microorganismo representativo en la investigación de nuevos métodos de esterilización y tratamiento de agua, incluida la fotocatálisis. Mediante métodos estándar de recuento en placa, después de diluciones secuenciales y crecimiento en placas de gel de agar, se puede evaluar la concentración de organismos viables o UFC (unidades formadoras de colonias) en un volumen conocido de agua tratada, lo que permite la evaluación comparativa del rendimiento de los materiales. [107]

En 1946, Joshua Lederberg y Edward Tatum describieron por primera vez el fenómeno conocido como conjugación bacteriana utilizando E. coli como bacteria modelo, [108] y sigue siendo el modelo principal para estudiar la conjugación. [109] E. coli fue una parte integral de los primeros experimentos para comprender la genética de los fagos, [110] y los primeros investigadores, como Seymour Benzer, utilizaron E. coli y fago T4 para comprender la topografía de la estructura genética. [111] Antes de la investigación de Benzer, no se sabía si el gen era una estructura lineal o si tenía un patrón de ramificación. [112]

E. coli fue uno de los primeros organismos en tener su genoma secuenciado el genoma completo de E. coli K12 fue publicado por Ciencias en 1997 [55]

De 2002 a 2010, un equipo de la Academia de Ciencias de Hungría creó una variedad de Escherichia coli llamado MDS42, que ahora es vendido por Scarab Genomics de Madison, WI bajo el nombre de "Clean Genome. E. coli", [113] donde el 15% del genoma de la cepa parental (E. coli K-12 MG1655) fueron eliminado para ayudar en la eficiencia de la biología molecular, eliminando elementos IS, pseudogenes y fagos, lo que resulta en un mejor mantenimiento de los genes tóxicos codificados por plásmidos, que a menudo son inactivados por transposones. [114] [115] [116] La bioquímica y la maquinaria de replicación no se alteraron.

Al evaluar la posible combinación de nanotecnologías con la ecología del paisaje, se pueden generar paisajes de hábitats complejos con detalles a nanoescala. [117] En tales ecosistemas sintéticos, los experimentos evolutivos con E. coli se han realizado para estudiar la biofísica espacial de la adaptación en una biogeografía insular en chip.

También se están realizando estudios para intentar programar E. coli para resolver problemas matemáticos complicados, como el problema del camino hamiltoniano. [118]

En otros estudios, no patógenos E. coli se ha utilizado como microorganismo modelo para comprender los efectos de la microgravedad simulada (en la Tierra) sobre el mismo. [119] [120]

En 1885, el pediatra alemán-austriaco Theodor Escherich descubrió este organismo en las heces de individuos sanos. Lo llamó Comuna de la bacteria coli porque se encuentra en el colon. Las primeras clasificaciones de procariotas los ubicaron en un puñado de géneros en función de su forma y motilidad (en ese momento estaba en vigor la clasificación de bacterias de Ernst Haeckel en el reino Monera). [91] [121] [122]

Bacteria coli era la especie tipo del género ahora inválido Bacteria cuando se reveló que la especie tipo anterior ("Bacteria triloculare") faltaba. [123] Tras una revisión de Bacteria, fue reclasificado como Bacillus coli por Migula en 1895 [124] y luego reclasificado en el género recién creado Escherichia, llamado así por su descubridor original. [125]

En 1996, el peor brote hasta la fecha de E. coli En Wishaw, Escocia, se produjo una intoxicación alimentaria que provocó la muerte de 21 personas. [126] Este número de muertos se superó en 2011, cuando el brote de E. coli O104: H4 en Alemania de 2011, vinculado a brotes orgánicos de fenogreco, mató a 53 personas.


16 células procariotas

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Nombrar ejemplos de organismos procariotas y eucariotas
  • Comparar y contrastar células procariotas y eucariotas
  • Describe los tamaños relativos de diferentes celdas.
  • Explica por qué las células deben ser pequeñas.

Las células se clasifican en una de dos categorías amplias: procariotas y eucariotas. Clasificamos sólo los organismos predominantemente unicelulares Bacteria y Archaea como procariotas (pro = “antes” -cari- = “núcleo”). Las células animales, las plantas, los hongos y los protistas son todos eucariotas (eu- = "verdadero").

Componentes de las células procariotas

Todas las células comparten cuatro componentes comunes: 1) una membrana plasmática, una cubierta externa que separa el interior de la célula del entorno circundante 2) el citoplasma, que consiste en un citosol gelatinoso dentro de la célula en el que hay otros componentes celulares 3) ADN, el material genético de la célula y 4) los ribosomas, que sintetizan proteínas. Sin embargo, los procariotas se diferencian de las células eucariotas de varias formas.

Un procariota es un organismo simple, en su mayoría unicelular (unicelular) que carece de núcleo o de cualquier otro orgánulo unido a la membrana. En breve veremos que esto es significativamente diferente en eucariotas. El ADN procariótico está en la parte central de la célula: el nucleoide ((Figura)).


La mayoría de los procariotas tienen una pared celular de peptidoglicano y muchos tienen una cápsula de polisacárido ((Figura)). La pared celular actúa como una capa adicional de protección, ayuda a la célula a mantener su forma y previene la deshidratación. La cápsula permite que la célula se adhiera a superficies en su entorno. Algunos procariotas tienen flagelos, pili o fimbrias. Los flagelos se utilizan para la locomoción. Los pili intercambian material genético durante la conjugación, el proceso por el cual una bacteria transfiere material genético a otra a través del contacto directo. Las bacterias usan fimbrias para unirse a una célula huésped.

Microbiólogo La acción más eficaz que cualquiera puede tomar para prevenir la propagación de enfermedades contagiosas es lavarse las manos. ¿Por qué? Porque los microbios (organismos tan pequeños que solo se pueden ver con microscopios) son omnipresentes. Viven en los pomos de las puertas, el dinero, las manos y muchas otras superficies. Si alguien estornuda en su mano y toca el pomo de una puerta, y luego tú tocas el mismo pomo, los microbios del moco del estornudo ahora están en tus manos. Si se toca la boca, la nariz o los ojos con las manos, esos microbios pueden entrar en su cuerpo y enfermarlo.

Sin embargo, no todos los microbios (también llamados microorganismos) causan enfermedades, la mayoría son realmente beneficiosos. Tiene microbios en el intestino que producen vitamina K. Otros microorganismos se utilizan para fermentar la cerveza y el vino.

Los microbiólogos son científicos que estudian microbios. Los microbiólogos pueden seguir varias carreras. No solo trabajan en la industria alimentaria, también se emplean en los campos veterinario y médico. Pueden trabajar en el sector farmacéutico, desempeñando funciones clave en la investigación y el desarrollo mediante la identificación de nuevas fuentes de antibióticos que pueden tratar las infecciones bacterianas.

Los microbiólogos ambientales pueden buscar nuevas formas de utilizar microbios especialmente seleccionados o modificados genéticamente para eliminar los contaminantes del suelo o las aguas subterráneas, así como los elementos peligrosos de los sitios contaminados. Llamamos al uso de estos microbios tecnologías de biorremediación. Los microbiólogos también pueden trabajar en el campo de la bioinformática, proporcionando conocimientos especializados y conocimientos para el diseño, desarrollo y especificidad de modelos informáticos de, por ejemplo, epidemias bacterianas.

Tamaño de celda

Con un diámetro de 0,1 a 5,0 μm, las células procariotas son significativamente más pequeñas que las células eucariotas, que tienen diámetros que oscilan entre 10 y 100 μm ((Figura)). Los procariotas & # 8217 de pequeño tamaño permiten que los iones y moléculas orgánicas que entran en ellos se difundan rápidamente a otras partes de la célula. De manera similar, los desechos producidos dentro de una célula procariota pueden difundirse rápidamente. Este no es el caso de las células eucariotas, que han desarrollado diferentes adaptaciones estructurales para mejorar el transporte intracelular.


El tamaño pequeño, en general, es necesario para todas las células, ya sean procariotas o eucariotas. Examinemos por qué es así. Primero, consideraremos el área y el volumen de una celda típica. No todas las células tienen forma esférica, pero la mayoría tiende a aproximarse a una esfera. Tal vez recuerdes de tu curso de geometría de la escuela secundaria que la fórmula para el área de la superficie de una esfera es 4πr 2, mientras que la fórmula para su volumen es 4πr 3/3. Por lo tanto, a medida que aumenta el radio de una celda, su área de superficie aumenta como el cuadrado de su radio, pero su volumen aumenta como el cubo de su radio (mucho más rápidamente). Por lo tanto, a medida que una celda aumenta de tamaño, su relación superficie-volumen disminuye. Este mismo principio se aplicaría si la celda tuviera forma de cubo ((Figura)). Si la célula crece demasiado, la membrana plasmática no tendrá suficiente área de superficie para soportar la velocidad de difusión requerida para el aumento de volumen. En otras palabras, a medida que una célula crece, se vuelve menos eficiente. Una forma de ser más eficiente es dividir. Otra forma es desarrollar orgánulos que realicen tareas específicas. Estas adaptaciones conducen al desarrollo de células más sofisticadas, a las que llamamos células eucariotas.


Las células procariotas son mucho más pequeñas que las eucariotas. ¿Qué ventajas puede conferir a una celda el tamaño pequeño de una celda? ¿Qué ventajas puede tener el tamaño de celda grande?

Resumen de la sección

Los procariotas son organismos unicelulares de los dominios Bacteria y Archaea. Todos los procariotas tienen membranas plasmáticas, citoplasma, ribosomas y ADN que no está unido a la membrana. La mayoría tienen paredes celulares de peptidoglicano y muchas tienen cápsulas de polisacáridos. Las células procariotas tienen un diámetro de 0,1 a 5,0 μm.

A medida que una celda aumenta de tamaño, su relación superficie-volumen disminuye. Si la célula crece demasiado, la membrana plasmática no tendrá suficiente área de superficie para soportar la velocidad de difusión requerida para el aumento de volumen.

Preguntas de conexión visual

(Figura) Las células procariotas son mucho más pequeñas que las eucariotas. ¿Qué ventajas puede conferir a una celda el tamaño pequeño de una celda? ¿Qué ventajas puede tener el tamaño de celda grande?

(Figura) Las sustancias pueden difundirse más rápidamente a través de células pequeñas. Las células pequeñas no necesitan orgánulos y, por lo tanto, no necesitan gastar energía para llevar sustancias a través de las membranas de los orgánulos. Las células grandes tienen orgánulos que pueden separar los procesos celulares, lo que les permite construir moléculas que son más complejas.

Preguntas de revisión

Los procariotas dependen de ________ para obtener algunos materiales y deshacerse de los desechos.

Las bacterias que carecen de fimbrias tienen menos probabilidades de ________.

  1. adherirse a las superficies de la celda
  2. nadar a través de fluidos corporales
  3. sintetizar proteínas
  4. retener la capacidad de dividir

¿Cuál de los siguientes organismos es un procariota?

Preguntas de pensamiento crítico

Los antibióticos son medicamentos que se utilizan para combatir las infecciones bacterianas. Estos medicamentos matan las células procariotas sin dañar las células humanas. ¿A qué parte o partes de la célula bacteriana crees que se dirigen los antibióticos? ¿Por qué?

La pared celular sería atacada por antibióticos y también por la capacidad de las bacterias para replicarse. Esto inhibiría la capacidad de reproducción de las bacterias y comprometería sus mecanismos de defensa.

Explique por qué no todos los microbios son dañinos.

Algunos microbios son beneficiosos. Por ejemplo, E. coli las bacterias pueblan el intestino humano y ayudan a descomponer la fibra en la dieta. Algunos alimentos como el yogur están formados por bacterias.

Glosario


¿Cuál es el uso específico de una cápsula en E. coli? - biología

Comportamiento quimiotáctico

La quimiotaxis, el movimiento hacia o desde los productos químicos, es un atributo universal de las células y los organismos móviles. E. coli las células nadan hacia los aminoácidos (serina y ácido aspártico), azúcares (maltosa, ribosa, galactosa, glucosa), dipéptidos, pirimidinas y aceptores de electrones (oxígeno, nitrato, fumarato). La Figura 1 muestra dos métodos simples para evaluar las respuestas de atrayentes por E. coli. El ensayo capilar se basa en gradientes generados por difusión y es más cuantitativo, pero también más laborioso. Los ensayos en agar blando involucran gradientes de quimioefectores generados por el metabolismo y proporcionan una medida más cualitativa, pero conveniente, de la capacidad quimiotáctica. E. coli también se aleja nadando de sustancias químicas potencialmente nocivas, como alcoholes y ácidos grasos, pero las respuestas repelentes no se han estudiado tan ampliamente.

Para rastrear gradientes químicos, E. coli debe resolver tareas de señalización comunes a todos los comportamientos quimiotácticos: detección de gradientes, procesamiento de señales y control locomotor. La maquinaria de quimiotaxis de E. coli presenta un modelo simple para explorar los mecanismos moleculares de quimiosensibilidad y señalización. Sin embargo, el extraño mundo físico en el que E. coli La vida presenta dificultades únicas para la locomoción y requiere soluciones de comportamiento igualmente únicas.

La vida en el infierno termocinético

El tamaño minúsculo de las bacterias las confina a una vida dominada por el arrastre viscoso y el movimiento browniano (Fig. 2). Sin embargo, a pesar de estas abrumadoras limitaciones físicas, E. coli las células nadan a velocidades de 10-20 longitudes corporales por segundo. Se impulsan con orgánulos locomotores llamados flagelos, muy diferentes de los flagelos de las células eucariotas, que funcionan de manera muy similar a las hélices de un transatlántico.

E. coli estrategia de forrajeo óptima

En ambientes químicos isotrópicos, E. coli nada en un patrón de caminata aleatorio producido por episodios alternos de rotación flagelar en sentido antihorario (CCW) y en el sentido de las agujas del reloj (CW) (Fig. 3, panel izquierdo). En un gradiente de atrayente o repelente, las células monitorean los cambios en la concentración de quimioefectores a medida que se mueven y usan esa información para modular la probabilidad del próximo evento de caída (Fig. 3, panel derecho. Estas respuestas locomotoras extienden carreras que llevan a las células en direcciones favorables (hacia los atrayentes y lejos de los repelentes), lo que resulta en un movimiento neto hacia los entornos preferidos. El movimiento browniano y los episodios de volteo espontáneo frecuentemente desvían a las células de su curso, por lo que deben evaluar constantemente su dirección de viaje con respecto al gradiente químico.

La vía de señalización de la quimiotaxis

E. coli detecta los gradientes de quimioefectores de manera temporal comparando las concentraciones actuales con las encontradas en los últimos segundos de viaje. E. coli tiene cuatro quimiorreceptores transmembrana, conocidos como proteínas de quimiotaxis que aceptan metilo (MCP), que tienen sitios de unión al ligando periplásmico y dominios de señalización citoplásmicos conservados (Fig. 4).Los MCP registran el pasado químico reciente de la célula en forma de metilación reversible de residuos de ácido glutámico específicos en el dominio de señalización citoplásmica (círculos abiertos y rellenos en la Fig. 4). Siempre que el estado actual de ocupación del ligando no coincide con el registro de metilación, el MCP inicia una respuesta de control motor y un circuito de retroalimentación que actualiza el registro de metilación para lograr la adaptación sensorial y el cese de la respuesta motora. Una quinta proteína similar a MCP, Aer, media las respuestas aerotácticas al monitorear los cambios redox en la cadena de transporte de electrones. Aer experimenta una adaptación sensorial a través de un mecanismo independiente de la metilación, poco entendido.

Como en muchos sistemas de señalización biológica, la moneda de señalización en el E. coli La vía de la quimiotaxis es la fosforilación de proteínas reversible (Fig. 5). Sin embargo, la química de señalización principal es un poco diferente en procariotas y eucariotas. CheA es una quinasa que usa ATP para autofosforilar en un residuo de histidina específico. Las moléculas de fosfo-CheA luego sirven como donantes para reacciones de autocinasa que transfieren grupos fosforilo a residuos de aspartato específicos en CheY y CheB. Phospho-CheY mejora la rotación CW de los motores flagelares. El fosfo-CheB tiene una alta actividad de metilesterasa MCP. Las formas activas de estos reguladores de respuesta son de corta duración porque pierden rápidamente su grupo fosforilo a través de la autohidrólisis espontánea. CheZ mejora aún más la tasa de desfosforilación de fosfo-CheY para garantizar respuestas locomotoras rápidas a los cambios en el suministro de grupos fosforilo de señalización a CheY.

CheW acopla la actividad de autofosforilación de las moléculas de CheA al control de los quimiorreceptores. Los receptores, CheW y CheA forman complejos ternarios de señalización estables que modulan la entrada de grupos fosforilo a las proteínas CheY y CheB en respuesta a estímulos quimioefectores.

Estados de señalización de quimiorreceptores

Las actividades de señalización de los quimiorreceptores se describen mediante un modelo de dos estados (Fig. 6). Los complejos receptores en el estado de señalización CW activan CheA, produciendo altos niveles de fosfo-CheY. Los receptores en el estado de señalización CCW desactivan la CheA, lo que da como resultado niveles bajos de fosfo-CheY. Por tanto, el comportamiento de los motores flagelares refleja la proporción relativa de complejos de señalización del receptor en las conformaciones de quinasa activada y quinasa desactivada. Tanto la unión o liberación de quimioefectores como la metilación o desmetilación pueden cambiar los complejos de señalización del receptor de un estado a otro. Por ejemplo, los ligandos atrayentes conducen a los receptores hacia el estado de quinasa desactivada, la posterior adición de grupos metilo desplaza los receptores hacia el estado de quinasa activada, restableciendo el equilibrio de estado estable (adaptado) entre los dos estados y restaurando los movimientos de caminata aleatorios.


Recombinación procariota

La variación genética dentro de los organismos procarióticos se logra mediante la recombinación. En la recombinación, los genes de un procariota se incorporan al genoma de otro procariota.

La recombinación se logra en la reproducción bacteriana mediante los procesos de conjugación, transformación o transducción.