MECANISMOS DE RECOMBINACIÓN GENÉTICA

-La reproducción de las bacterias es asexual. Se realiza mediante una bipartición, a la que precede una duplicación del ADN y una separación de las dos moléculas en las dos bacterias hijas.

-Al margen de ello, las bacterias poseen mecanismos parasexuales mediante los cuales intercambian información genética (fragmentos de ADN) con otras bacterias, sean o no de la misma especie.

Esta transferencia de material genético pueden realizarla a través de tres mecanismos: conjugación, transducción y transformación.

CONJUGACIÓN

-Es un proceso en el que una bacteria donadora (F⁺) transmite ADN, a través de fimbrias, a otra bacteria receptora (F^-).

-Existen dos tipos de bacterias donadoras:

a) Bacterias F⁺ : poseen plásmidos (episomas o factores F) no integrados en el genóforo.

b) Bacterias Hfr : poseen plásmidos integrados en el genóforo.

En ocasiones, una bacteria F⁺ puede pasar a Hfr si su episoma se incorpora al ADN bacteriano.

-Las bacterias F⁺ suelen transferir únicamente el factor F, que, en principio, no se recombina con el ADN de la bacteria receptora (ésta se significa por F^- y queda convertida en F⁺).

-En cuanto a las bacterias Hfr:

· antes de la conjugación, duplican su ADN, incluido el factor F.

· al transcribir la copia de ADN, generalmente sólo pasa un fragmento de ésta a la bacteria receptora F^-.

· el factor F o episoma suele quedar en el interior de la bacteria donadora.

· el ADN transferido se recombina con el ADN  de la bacteria receptora.  

TRANSDUCCIÓN

-Es un mecanismo de intercambio genético que requiere un agente transmisor, concretamente un virus bacteriófago, el cual transporta fragmentos de ADN procedentes de la última bacteria parasitada.

-El proceso tiene lugar como sigue:

· el ADN del fago penetra en una bacteria A receptora, y se integra, como provirus, en su genóforo.

· en un momento dado, el provirus se replica arrastrando un fragmento del ADN bacteriano; además, el ADN del fago transcribe y traduce su información para la síntesis de las proteínas que constituirán los capsómeros de las cápsidas de los nuevos virus.

   · tras formarse múltiples copias del fago, se produce la lisis de la bacteria A
       quedando libres los virus que portan también material genético de la bacteria
       A.

   · alguno de estos nuevos virus infecta a otra bacteria B receptora y se integra
       en su cromosoma; de esta manera, la información genética del virus más el
       fragmento de ADN procedente de la bacteria A se comporta como parte del
       genóforo de la bacteria B, y es replicada junto con el resto de ésta (el ciclo
       puede así continuar).

TRANSFORMACIÓN

-Es un proceso por el cual una bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN, que aparecen libres en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.

-Este mecanismo es el responsable de la transformación de cepas bacterianas no virulentas (cepas R) en virulentas (cepas S), cuando se cultivan en medios que contienen fragmentos de ADN procedentes de la cepa S destruida previamente (por ejemplo, por calor).

Clasificación de las bacterias

Existen varias formas de clasificar a las bacterias, cada una basada en una característica de las mismas. Así es posible clasificarlas en función de:

SU FORMA:

Coco: Se caracteriza porque las bacterias que engloba tienen forma esférica.

Espirilos: En este grupo se encuentran las que tienen forma cilíndrica.

Bacilos: Son las que están presentes en forma de bastón o barras.

SU REQUERIMIENTO DE OXÍGENO:

Aerobias estrictas: Requieren oxígeno para poder crecer.

Anaerobias estrictas: En este subgrupo se encuentran las que no necesitan oxígeno. En estos o bien utilizan nitrógeno, hidrógeno o dióxido de carbono, o bien cuentan con un metabolismo fermentativo.

Anaerobias facultativas: En este caso no requieren oxígeno pero pueden desarrollarse gracias a el.

Microaerófilas: El oxígeno debe encontrarse en bajas proporciones. Por contra necesita grandes cantidades de dióxido de carbono.

SU TEMPERATURA OPTIMA DE CRECIMIENTO:

Termófilas: Las bacterias de este tipo se desarrollan cuando la temperatura del medio es de entre 25 y 80ºC. Lo ideal es que sea entre 50 y 60ºC.

Mesófilas: Precisan de temperaturas entre 10 y 45ºC siendo la ideal entre 20 y 40ºC.

Psicrófilas: Este grupo necesita temperaturas más bajas, entre -5 y 30ª. Aún así la mejor temperatura para su desarrollo se encuentra entre los 10 y 20ºC.

SU NUTRICIÓN:

Autótrofas: Gracia a la luz solar y al dióxido de carbono pueden fabricar su alimento.

Heterótrofas: Se alimentan de carbono orgánico.

EL PH NECESARIO PARA SU DESARROLLO:

Acidófilas: El pH del medio debe ser entre 1.0 y 5.0.

Neutrófilas: En este caso el pH es ligeramente superior entre 5.5 y 8.5.

Basófilas: Aquellas que requieren un pH más alto, entre 9.0 y 10.0

Clasificación

Existen varias formas de clasificar a las bacterias, cada una basada en una característica de las mismas. Así es posible clasificarlas en función de:

SU FORMA:

• Coco: Se caracteriza porque las bacterias que engloba tienen forma esférica.
• Espirilos: En este grupo se encuentran las que tienen forma cilíndrica.
• Bacilos: Son las que están presentes en forma de bastón o barras.

SU REQUERIMIENTO DE OXÍGENO:

• Aerobias estrictas: Requieren oxígeno para poder crecer.
• Anaerobias estrictas: En este subgrupo se encuentran las que no necesitan oxígeno. En estos o bien utilizan nitrógeno, hidrógeno o dióxido de carbono, o bien cuentan con un metabolismo fermentativo.
• Anaerobias facultativas: En este caso no requieren oxígeno pero pueden desarrollarse gracias a el.
• Microaerófilas: El oxígeno debe encontrarse en bajas proporciones. Por contra necesita grandes cantidades de dióxido de carbono.

SU TEMPERATURA OPTIMA DE CRECIMIENTO:

• Termófilas: Las bacterias de este tipo se desarrollan cuando la temperatura del medio es de entre 25 y 80ºC. Lo ideal es que sea entre 50 y 60ºC.
• Mesófilas: Precisan de temperaturas entre 10 y 45ºC siendo la ideal entre 20 y 40ºC.
• Psicrófilas: Este grupo necesita temperaturas más bajas, entre -5 y 30ª. Aún así la mejor temperatura para su desarrollo se encuentra entre los 10 y 20ºC.

SU NUTRICIÓN:

• Autótrofas: Gracia a la luz solar y al dióxido de carbono pueden fabricar su alimento.
• Heterótrofas: Se alimentan de carbono orgánico.

EL PH NECESARIO PARA SU DESARROLLO:

• Acidófilas: El pH del medio debe ser entre 1.0 y 5.0.
• Neutrófilas: En este caso el pH es ligeramente superior entre 5.5 y 8.5.
• Basófilas: Aquellas que requieren un pH más alto, entre 9.0 y 10.0

El hábitat de las bacterias

Cómo ya hemos comentado las bacterias viven en todos las partes del planeta. Además gracias a sus características puede sobrevivir en condiciones extremas como pueden ser bajas o altas temperaturas. Se pueden encontrar en el agua, en la corteza terrestre y hasta en desechos radioactivos. Hasta se han encontrado ciertos tipos de bacterias que habitan en el espacio.

De qué se alimentan las bacterias?

ste es un aspecto muy interesante de las bacterias y es que al contrario que otros seres vivos puede comer prácticamente de todo, esto es desde azúcar a petroleo, incluso pueden comer otras bacterias. Esta es una de las principales causas por las que pueden adaptarse a todo tipo de lugares puesto que a la hora de comer no tiene muchas complicaciones.

Existe la creencia de que las bacterias no puede procesar el plástico, pero estudios recientes han demostrado lo contrario y es que han demostrado que la bacteria conocida como Ideonella sakaiensis es capaz de alimentarse de este material.

En cualquier caso hay algunos materiales como es el caso del vidrio que no forman parte de su dieta.

Nodulación en leguminosas

Todos los organismos vivos necesitan de una fuente nitrogenada para poder crecer, dado que muchos de los principales compuestos celulares, como las proteínas y ácidos nucleicos, contienen en su estructura nitrógeno. Dada la gran variedad de seres vivos que existen en la naturaleza, existen diferentes compuestos nitrogenados que los diferentes organismos son capaces de asimilar, para el caso de las plantas la fuente de nitrógeno que pueden utilizar es el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-), o sea compuestos nitrogenados inorgánicos. Para el caso de los animales superiores además de requerir amonio, requieren de compuestos nitrogenados orgánicos, como aminoácidos o bases nitrogenadas.

Es importante decir que todos los compuestos nitrogenados provienen del nitrógeno molecular (N2), que representa el 80% de los gases que forman la atmósfera terrestre. Solo existen unos organismos capaces de asimilar el N2, estos organismos son bacterias que se conocen con el nombre de bacterias nitrificantes o fijadoras de nitrógeno. Los demás organismos de la naturaleza no pueden asimilar el N2 de la atmósfera y por lo tanto para adquirir el nitrógeno que necesitan dependen del metabolismo de las bacterias nitrificantes para tener una fuente nitrogenada. Las plantas y demás organismos son incapaces de asimilar el nitrógeno en forma molecular, excepto por las bacterias nitrificantes que por medio de su metabolismo toman el N2 de la atmósfera y lo convierten en amonio por medio de la enzima nitrogenasa y la hidrolisas del ATP. Ya estando en forma de amonio o nitrato el nitrógeno puede ser utilizado por las plantas.

Las bacterias nitrificantes o fijadoras de nitrógeno se acoplan con un numero significativo de especies vegetales en una relación que llaman simbiosis (relación entre dos especies donde ambas reciben un beneficio, pero no es absolutamente indispensable para la sobrevivencia de alguna de las especies), o sea que algunas especies de plantas se asocian en relación simbiótica con las bacterias nitrificantes. Las plantas que se asocian con las bacterias nitrificantes son las llamadas leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno son del genero Rhizobium. Las bacterias del genero Rhizobium son habitantes naturales del suelo que infectan las raíces de ciertas leguminosas. Al Llevar a cabo esta infección, se desarrollan unas estructuras en el sistema radicular de las plantas llamadas nódulos, donde viven las bacterias y fijan nitrógeno.

La especie a la que pertenece un cierto Rhizobium se define por la especie de la planta que nodula y en la que es capaz de fijar nitrógeno. El nódulo es una estructura situada en el sistema radicular de la planta, formada por tejido de la planta. Algunas de las células que lo constituyen contiene bacterias englobadas en membranas dentro de su citoplasma, estas bacterias atraviesan un proceso de diferenciación y es precisamente la forma diferenciada (bacteroide) la que fija nitrógeno. El bacteroide es mayor que la bacteria, posee una forma irregular y se muestra mas sensible a cambios de presión osmótica.

El nódulo viene a ser un órgano de la leguminosa encargado de fijar y asimilar nitrógeno para la planta, y la planta le proporciona al nódulo (al nódulo y a las bacterias que están en su interior) carbohidratos producto de la fotosíntesis. Se ha establecido que la información genética que determina que Rhizobium sea capaz de infectar específicamente una leguminosa y fijar nitrógeno en asociación con ella esta codificada en cierta molécula de AND extracromosómica conocidas como plasmidios. A cada especie de leguminosa le corresponde un Rhizobium especifico, Por ejemplo al trébol lo nodula el Rhizobium trifolii.

La especificidad del Rhizobium que nodula una leguminosa esta determinado en el código genético y se dice que por la presencia de un plasmidio en el ADN, plasmidio que se trasmite a la bacteria o por conjugación del Rhizobium especifico. En resumen se puede decir que el Rhizobium promueve la realización de la simbiosis con la planta, pegándose a su sistema radicular con el objeto de conseguir energía para metabolizar, pero se encuentra con que la planta hospedera le da la contra orden al Rhizobium de que si este me da nitrógeno en forma de amonio yo le dono su energía para metabolizar.

Descripción general de la simbiosis de Rhizobium

Los Rhizobium son bacterias Gram negativas y aerobias obligadas que pertenecen a la familia Rhizobiaceae. Entre ellos se encuentran los géneros Rhizobium, Bradyrhizbium y Azorhizobium. Estos microorganismos del suelo forman una asociación simbiótica con distintas especies de plantas y durante la simbiosis son capaces de llevar a cabo la fijación de nitrógeno molecular. En la simbiosis las bacterias se encuentran en las raíces de las plantas dentro de estructuras llamadas nódulos. Ni la plantas ni estas bacterias aisladamente fijan el nitrógeno diatomico (N2) para convertirlo en amonio.

La simbiosis es inhibida si existe un exceso de nitrato o amiono en el suelo. Dentro de los nódulos las bacterias se convirten en bacteroidesque son células más grandes que los Rhizobium que se encuentran en el suelo y que llevan a cabo la fijación de nitrógeno porque son capaces de formar la enzima nitrogenasa que es reponsable de la conversión del nitrógeno molecular en amonio. Debido a esta simbiosis, la planta recibe nitrógeno que puede utilizar para si misma, mientras que las bacterias utilizan moléculas que les proporciona la planta.

Existen muchos genes de rhizobium característicos de la simbiosis como por ejemplo los genes nod, nol, nif y fix. Los nódulos aparecen rojos por causa de una proteína llamada leghemoglobina. Después de la fase de fijación de nitrógeno, el color del nódulo llega a ser verde debido a la conversión de leghemoglobina en biliverdina.

Leghemoglobina protege a la nitrogenasa de los altos niveles de oxígeno y evitar la inactivación de esta enzima. Cada tipo de Rhizobium tiene espectro específico de plantas con las que es capaz de formar nódulos. Por ejemplo, Bradyrhiobium japonicum forma una simbiosis conGlycine max, Rhizobium leguminosarum bv. viciae con Pisum sativum o Vicia faba, Rhizobium (Sinorhizobium) meliloti con Medicago sativa yAzorhizobium caulinodans con Sesbania rostrata. Azorhizobium caulinodas es capaz de fijar nitrógeno también fuera de su planta hospedadora.

Microorganismos Fijadores de Nitrógeno: Familia Rhizobiaceae

La revolución verde de los años sesenta trajo un notable incremento de la producción agrícola, gracias, sobre todo, al empleo generalizado de abonos químicos y semillas mejoradas. Pero el fertilizante nitrogenado, el más utilizado en agricultura, se lleva buena parte de la inversión en el campo. Para la fabricación de fertilizantes nitrogenados se requiere en general energía derivada de¡ petróleo. Por otro lado, su uso indiscriminado ha ocasionado graves problemas de contaminación, ya que no todo el fertilizante que se aplica lo aprovecha la planta; en una cuantía importante acaba en lagos y lagunas.

La fijación biológica de nitrógeno es la opción alternativa y natural de la fertilización química. De todos los seres vivos, sólo un centenar de géneros de bacterias están capacitados para fijar nitrógeno del aire, donde este elemento constituye alrededor del 70%, y convertirlo en compuestos asimilables por todos los organismos.

Entre las especies fijadoras de nitrógeno hay cianobacterias (Anabena y Nostoc, por ejemplo), arqueobacterias (Methanococcus), bacterias grampositivas (así, Frankia y Clostridium), enterobacterias (Klebsiella) y otras proteobacterias (Rhizobium, Azospirillum y Acetobacter, entre varias).

En la fijación biológica de nitrógeno el mundo orgánico halla su fuente principal de abastecimiento en dicho elemento. Si se suspendiera el proceso de fijación, todo el nitrógeno retenido en la biomasa regresaría a la atmósfera en 100 años. De poder fijar nitrógeno, el hombre no necesitaría ingerir proteínas. Pero la ambición de los científicos no es que el hombre fije nitrógeno, sino que los cultivos altamente extractivos de nutrientes del suelo puedan prescindir del uso de fertilizantes mediante la fijación biológica de nitrógeno.

En la naturaleza ya existen plantas que aprovechan la fijación de nitrógeno realizada por bacterias que se asocian con los vegetales. Ocho familias de plantas emparentadas entre sí gozan de la capacidad para asociarse en simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno. Las plantas en cuestión alojan a las bacterias en estructuras especiales que se forman en sus raíces; en los nódulos, nombre de esas estructuras, las bacterias fijan el nitrógeno.

Individuos de los géneros Rhizobium. Bradyrhizobium y Azorhizobium penetran en las raíces y a veces en los tallos de las leguminosas, mientras que Frankia y otros actinomicetos son las responsables de la fijación de nitrógeno en Casuarina y otras especies.

Las leguminosas se cuentan entre las familias más numerosas, con unas 19.000 especies distribuidas por ambientes muy dispares. Se admite que deben tamaño éxito adaptativo a su capacidad para fijar nitrógeno, lo que les permite colonizar suelos pobres en nutrientes. Pero no todas las especies están capacitadas para formar nódulos; tampoco se sabe cuántas establecen simbiosis. Las más conocidas son las que tienen valor comercial y alimentario para el ser humano o para el ganado, como el fríjol, la soja, el chícharo, la lenteja, el haba y la alfalfa. Todas ellas fijan nitrógeno atmosférico al establecer simbiosis con Rhizobium y otros géneros emparentados.

En comparación con el gran número de leguminosas, sólo se han identificado unas 15 especies de Rhizobium, tres de Bradyrhizobium y una de Azorhizobium, Por eso se sospecha que debe de haber una cifra elevada de especies de estas bacterias por describir. Los individuos de los géneros citados moran en el suelo y habitan en las zonas geográficas donde existe la planta con la que establecen simbiosis. En China, por ejemplo, hay una gran diversidad de bacterias capaces de nodular en la soja, pues ésta es originaria de Asia; mientras que en México no hay simbiontes de soja y sí una extensa variedad de Rhizobium simbiontes de fríjol, ya que éste es nativo de la región.

El estudio de las poblaciones de bacterias fijadoras de nitrógeno de fríjol de México y de Sudamérica nos llevó a proponer dos nuevas especies de Rhizobium. A una de ellas la llamamos R. efli, porque "etl" significa fríjol en náhuatl, y a la otra la denominamos R. tropici, por la región donde medra. R. efli también se encuentra en los lugares donde se ha introducido el fríjol, en España por ejemplo. Hemos hallado R. effl en las semillas de fríjol, lo que induce a suponer la existencia de un posible mecanismo de dispersión geográfica del Rhizobium conjuntamente con fríjol en tiempos históricos.

Dentro de una misma especie de Rhizobium observamos un grado de diversidad amplísimo. Proporcionalmente, la disparidad entre bacterias pudiera compararse con la distancia que separa al hombre de la gallina. La investigación de campo realizada en Nueva Zelanda sugiere un modelo explicativo sobre cómo pudo aumentar la diversidad de especies de Rhizobium. En su trabajo experimental, los investigadores añadieron al suelo (como inoculante) bacterias de Rhizobium

loti (ahora reclasificado como Mesorhizobium) para nodular en la planta Lotus, ya que en esos campos no había bacterias simbiontes de Lotus. El resultado fue toda una sorpresa: al recuperar las bacterias de los nódulos observaron que los aislados no correspondían con la bacteria introducida. La información genética para la simbiosis con Lotus se había transferido de la bacteria inoculada a distintas bacterias existentes en ese suelo. De ese modo se reclutaron nuevos tipos de Mesorhizobium con capacidad para nodular Lotus.

Por nuestra parte, hemos comprobado que, en suelos de México, las R. efli que carecen de capacidad para nodular y fijar nitrógeno en fríjol abundan más que las bacterias simbióticas, Creemos que esa capacidad puede, en condiciones naturales, transferirse entre estas bacterias. Por otro lado, la diversidad genética bacteriana tendría que ver con la manifiesta habilidad para sobrevivir y adaptarse a distintas condiciones de suelo y clima, así como para acoplarse a las variaciones que también existen dentro de las plantas de una misma especie.

Gracias a la diversidad intraespecífica que ofrecen Rhizobium y Bradyrhizobium se ha dispuesto de un acervo valioso para seleccionar las mejores cepas. Se han logrado así linajes óptimos para la fijación del nitrógeno, en cuanto han colonizado campos de cultivo. Buena parte del éxito de la producción de soja en Brasil (segundo productor mundial) hemos de atribuirlo al empleo de cepas de Braidyrhizobium que alcanzan máximo rendimiento en simbiosis.

En Brasil no hay simbiontes naturales de soja, por eso, la inoculación de bacterias del género Bradvrhizobium permitió el aprovechamiento de la fijación de nitrógeno en los cultivos de soja cuando éste se introdujo en ese país. En México, por el contrario, los experimentos de inoculación del fríjol han sido poco exitosos debido a un problema espinoso, La población nativa de Rhizobiuin efli, extensa, diversa y altamente competitiva, impide que las cepas introducidas como inoculante formen nódulos. Para resolver esta dificultad, varios grupos de distintos países, abordaron el estudio de la competencia de Rhizobium para crear nódulos.

HELICOBACTER PYLORI

El Helicobacter pylori, también conocido como H. pylori, es una bacteria que vive en nuestro estómago y duodeno, y es responsable por la más común infección bacteriana crónica en seres humanos. El H. pylori ha sido reconocido en todas la poblaciones del mundo y en individuos de todas las edades. Estimaciones conservadoras sugieren que más del 50% de la población mundial posee el estómago colonizado por dicha bacteria.

¿QUÉ ES EL HELICOBACTER PYLORI?

El Helicobacter pylori es una bacteria que posee la increíble capacidad de sobrevivir en uno de los ambientes más inhóspitos de nuestro organismo: el estómago, que presenta un medio extremamente ácido, con un pH inferior a 4. La acidez del estómago es uno de los mecanismos de defensa de nuestro organismo contra las bacterias que son ingeridas con los alimentos. Pocos son los seres vivos que logran sobrevivir en un ambiente tan ácido.

No obstante, el H. pylori presenta algunos «trucos» evolutivos que le permiten adaptarse a un medio tan hostil. La bacteria produce sustancias que neutralizan los ácidos, formando una especie de nube protectora a su alrededor, permitiendo que la misma se movilice dentro del estómago hasta encontrar un punto para fijarse. Además de esta protección, el Helicobacter pylori logra sobrepasar la barrera de moco que el estómago posee para protegerse de la propia acidez, adhiriéndose al moco, área debajo de la mucosa, donde la acidez es mucho menos intensa. Por lo tanto, además de producir sustancias contra la acidez, el H. pylori logra penetrar el estómago hasta partes donde el ambiente es menos agresivo.