Endosporas bacterianas: definición y formación

Bacterias antiguas

A principios de la década de 1980, los arqueólogos descubrieron una bacteria de 7.500 años en el sedimento del lago . Probablemente esto suene increíble. Quizás esté pensando que ningún organismo viable podría ser más antiguo que eso. ¿Creerías que el récord del organismo vivo más antiguo no solo supera la edad de las bacterias del sedimento del lago, sino que lo destruye por completo? ¡Y, por volarlo, me refiero a 25 millones de años!

El campeón es miembro del género bacteriano Bacillus . Y, al final de esta lección, comprenderá exactamente por qué esta es la bacteria que debe sospechar. Bacillus se encontró en 1995 en el estómago de una abeja fosilizada que había quedado atrapada en ámbar hace unos 25 millones de años. Los científicos que descubrieron la abeja pudieron examinar el contenido de su estómago y encontraron algunas cosas muy interesantes: endosporas bacterianas viables.

Pero, antes de entregar el premio al Bacillus del estómago de la abeja , existe una controversia considerable en torno a cómo probar qué tan antiguo es el ADN y qué constituye un organismo vivo. Por lo tanto, no se sorprenda si surge un nuevo campeón mientras los científicos exploran nuevos entornos que podrían albergar bacterias extremadamente antiguas. Ahora, volvamos a esas endosporas.

Endosporas

Dije al principio que las bacterias de 25 millones de años estaban vivas, luego dije que los científicos encontraron endosporas, no células (como cabría esperar de las bacterias vivas). Entonces, ¿qué es una endospora?

Una endospora es una estructura celular inactiva extremadamente resistente producida por algunas especies bacterianas. Si desglosa el término endospora, ‘endo-‘ significa ‘interior’ y ‘-espora’ se refiere a la ‘estructura inactiva’, por lo que la endospora es una estructura formada dentro de la célula. Hay muchos ejemplos de bacterias formadoras de endosporas. Los dos más comunes son Clostridium y Bacillus. En condiciones favorables, estas bacterias están creciendo y dividiendo células activamente. Si un nutriente, como el carbono o el nitrógeno, escasea o si la población se vuelve demasiado densa, las bacterias pueden estresarse. Entrarán en una fase de estasis, que es su equivalente al modo de supervivencia. Las bacterias pueden sobrevivir en estasis hasta que regresen las mejores condiciones de crecimiento. Esto es algo similar al concepto de ciencia ficción de la preservación criogénica, donde un cuerpo humano podría congelarse en estasis hasta un tiempo lejano en el futuro, cuando se pueda descongelar y reanudar la vida.

Formación

Entonces, ahora que entendemos por qué una célula formaría una endospora, ¿cómo exactamente las bacterias producen endosporas? Acabamos de hablar de la formación de endosporas como una estrategia empleada por algunas bacterias para sobrevivir en condiciones desfavorables. Bueno, cuando se encuentran estas condiciones, comienza el proceso de esporulación , que es simplemente el proceso de formación de endosporas.

Durante la primera fase de esporulación, la bacteria replicará su ADN y sufrirá una división celular incompleta. La división celular está incompleta porque una copia del ADN se segregará en una pequeña región de la célula y será envuelta en la membrana de la célula madre original. Esta célula más pequeña que resulta del proceso de esporulación inicial se llama preespora . Eventualmente se convertirá en la endospora madura, mientras que la célula madre más grande terminará degradándose.

Dentro de la prespora hay una pequeña cantidad de citoplasma, el ADN bacteriano y ácido dipicolínico . El ácido dipicolínico estabiliza el ADN y las proteínas, evitando la degradación durante la estasis. Luego, la célula madre deposita capas gruesas de peptidoglicano y proteína para que actúen como una capa protectora y resistente en el exterior de la endospora. Con el pelaje en su lugar, la célula madre se degrada, dejando una endospora madura.

Una cosa clave que debe recordar es que la esporulación no es reproductiva. Cuando Clostridium y Bacillus necesitan reproducirse, se someten al proceso clásico de fisión binaria como otras bacterias. Por el contrario, durante la esporulación, la célula replica el cromosoma del ADN, pero solo queda la endospora madura al final del proceso. En lugar de dos nuevas células en crecimiento, hay una única endospora en una nueva etapa de vida inactiva.

Germinación

Cuando regresan las condiciones favorables, las endosporas pueden salir rápidamente de la estasis y comenzar a crecer nuevamente. El proceso generalmente requiere tres pasos: activación, germinación y crecimiento. El proceso de activación no se comprende del todo, pero la activación normalmente se puede lograr mediante un aumento de la temperatura de la endospora durante uno o dos minutos, aunque no tan alto como para matar la endospora. La activación desencadena el siguiente paso: la germinación. Durante la germinación, la capa protectora se ablanda y se libera el ácido dipicolínico. En el paso final, la excrecencia, se absorbe agua, la célula se hincha y se sintetizan ADN, ARN y proteínas nuevos. La célula recién emergida está ahora completamente fuera de la inactividad y puede crecer y dividirse nuevamente.

Características de las endosporas

Ahora que sabemos el por qué y el cómo de las endosporas, echemos un vistazo a algunas de las características principales. Las endosporas generalmente se consideran las estructuras vivas más resistentes que se conocen. Las endosporas son capaces de resistir la desecación (que solo significa secado), el calor y el frío extremos, la radiación, las reacciones químicas, los ácidos y los efectos de largos períodos de tiempo, como lo ilustran las endosporas que se encuentran en el vientre de la abeja.

Las endosporas han sobrevivido a la ebullición durante dos horas, a la inmersión en etanol al 70% durante 20 años y a más de un millón de rems de radiación. Como comparación con el último, los humanos generalmente mueren si se exponen a solo 500 rems.

Lo que encuentro más fascinante, sin embargo, es que incluso después de todo ese abuso, ¡devolver la endospora a condiciones favorables durante incluso minutos hará que la capa protectora se rompa y la célula comience a crecer!

Matando endosporas

Las endosporas no son indestructibles a pesar del intento de la naturaleza de hacerlo. En entornos de laboratorio y hospitalarios, la mejor forma de eliminar las endosporas es el autoclave . Un autoclave es una máquina que utiliza vapor junto con temperaturas y presiones muy altas para esterilizar objetos y líquidos.

¿Qué sucede si necesita esterilizar algo que se derrita, como algunos plásticos o piezas grandes de maquinaria? También hay algunos productos químicos capaces de inactivar las endosporas. Los gases como el óxido de etileno y el dióxido de cloro son capaces de matar las endosporas, pero estos gases pueden ser peligrosos para trabajar y dañinos para los humanos. El glutaraldehído líquido también es esporicida. Al igual que con los gases, este químico es inestable y potencialmente peligroso para las personas que lo usan. Los productos químicos bactericidas comunes como la lejía, los fenoles y los alcoholes generalmente no tienen ningún efecto sobre las endosporas, lo que hace que los productos químicos más peligrosos sean un riesgo necesario.

Endosporas y enfermedad

Podría suponer que si los métodos para eliminar las endosporas son tan tóxicos para los humanos, ¿por qué correr el riesgo de exposición? ¿Por qué no podemos dejar las endosporas? Normalmente, en el caso de las bacterias, la respuesta es la enfermedad. Varias enfermedades muy graves son causadas por bacterias formadoras de esporas. Quizás el más grave sea el ántrax. Bacillus anthracis es el agente causante del ántrax y también formador de esporas. Las esporas de ántrax que se inhalan o contaminan una herida germinarán rápidamente y comenzarán a secretar toxinas.

El género Clostridium también forma esporas y causa enfermedades. El tétanos, el botulismo y la gangrena gaseosa pueden resultar de la germinación de esporas de Clostridium en un ambiente favorable. Clostridium requiere un entorno sin oxígeno presente, por lo que cualquier herida, tejido muerto o alimentos sellados al vacío podrían ser un medio de crecimiento potencial.

Otra bacteria infame formadora de endosporas es Clostridium difficile , que puede haber oído llamar C. diff . Estas bacterias invaden los intestinos de los pacientes enfermos, donde pueden formar endosporas que sobreviven al tratamiento con antibióticos. Una vez que los antibióticos desaparecen, las endosporas pueden germinar y causar una enfermedad gastrointestinal grave y, a veces, la muerte.

Resumen de la lección

Echemos un vistazo rápido a lo que acabamos de aprender. Las bacterias de los géneros Bacillus y Clostridium pueden entrar en un estado de latencia durante condiciones de crecimiento desfavorables. Estas bacterias forman endosporas que son extremadamente resistentes a los extremos ambientales, la degradación química y los efectos del tiempo. Cuando las condiciones mejoran, las endosporas pueden germinar y volver rápidamente al crecimiento normal.

Mientras están en forma de endosporas, la mayoría de los desinfectantes y métodos de esterilización no pueden penetrar la capa de endosporas. Pero las endosporas son susceptibles a los efectos de los autoclaves, el glutaraldehído y los gases esterilizantes, aunque estos gases y productos químicos presentan riesgos para las personas que los utilizan.

Varias bacterias formadoras de endosporas representan una amenaza significativa como organismos causantes de enfermedades. Las endosporas de Bacillus y Clostridium pueden inhalarse o infectar heridas, así como sobrevivir a los tratamientos con antibióticos, lo que provoca infecciones de rebote.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, podrá:

• Indique qué hacen las endosporas y cómo se forman
• Recuerde los tres pasos por los que pasan las endosporas cuando salen de la estasis
• Resuma las técnicas para matar las bacterias formadoras de esporas y señale algunos efectos negativos de estos métodos.
• Nombre dos bacterias formadoras de endosporas comunes y las enfermedades que causan.

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