¿Qué son las bacterias y qué hacen?
Las bacterias son organismos microscópicos unicelulares que existen por millones, en todos los entornos, tanto dentro como fuera de otros organismos.
Algunas bacterias son dañinas, pero la mayoría tiene un propósito útil. Apoyan muchas formas de vida, tanto vegetales como animales, y se utilizan en procesos industriales y medicinales.
Se cree que las bacterias fueron los primeros organismos que aparecieron en la tierra, hace unos 4 mil millones de años. Los fósiles más antiguos conocidos son de organismos similares a bacterias.
Las bacterias pueden utilizar la mayoría de los compuestos orgánicos y algunos inorgánicos como alimento, y algunas pueden sobrevivir en condiciones extremas.
Un creciente interés en la función del microbioma intestinal está arrojando nueva luz sobre el papel que juegan las bacterias en la salud humana.
¿Qué son las bacterias?
Las bacterias son organismos unicelulares.
Las bacterias son organismos unicelulares que no son ni plantas ni animales.
Por lo general, miden unos pocos micrómetros de longitud y conviven en comunidades de millones.
Un gramo de suelo contiene típicamente alrededor de 40 millones de células bacterianas. Un mililitro de agua dulce suele contener alrededor de un millón de células bacterianas.
Se estima que la tierra contiene al menos 5 millones de bacterias, y se cree que gran parte de la biomasa de la tierra está formada por bacterias.
Tipos
Hay muchos tipos diferentes de bacterias. Una forma de clasificarlos es por forma. Hay tres formas básicas.
- Esférico: las bacterias con forma de bola se llaman cocos y una sola bacteria es un coco. Los ejemplos incluyen el grupo de los estreptococos, responsable de la "faringitis estreptocócica".
- En forma de varilla: se conocen como bacilos (bacilo singular). Algunas bacterias en forma de varilla son curvas. Estos se conocen como vibrio. Ejemplos de bacterias en forma de bastón incluyen Bacillus Anthracis (B. anthracis) o ántrax.
- Espiral: se conocen como spirilla (espirillus singular). Si su bobina está muy apretada se las conoce como espiroquetas. La leptospirosis, la enfermedad de Lyme y la sífilis son causadas por bacterias de esta forma.
Hay muchas variaciones dentro de cada grupo de formas.
Estructura
Las células bacterianas son diferentes de las células vegetales y animales. Las bacterias son procariotas, lo que significa que no tienen núcleo.
Una célula bacteriana incluye:
- Cápsula: capa que se encuentra en el exterior de la pared celular de algunas bacterias.
- Pared celular: capa que está hecha de un polímero llamado peptidoglicano. La pared celular da forma a las bacterias. Se encuentra fuera de la membrana plasmática. La pared celular es más gruesa en algunas bacterias, llamadas bacterias Gram positivas.
- Membrana plasmática: se encuentra dentro de la pared celular, genera energía y transporta sustancias químicas. La membrana es permeable, lo que significa que las sustancias pueden atravesarla.
- Citoplasma: Sustancia gelatinosa dentro de la membrana plasmática que contiene material genético y ribosomas.
- ADN: contiene todas las instrucciones genéticas utilizadas en el desarrollo y la función de la bacteria. Está ubicado dentro del citoplasma.
- Ribosomas: aquí es donde se producen o sintetizan las proteínas. Los ribosomas son partículas complejas formadas por gránulos ricos en ARN.
- Flagelo: se utiliza para el movimiento, para impulsar algunos tipos de bacterias. Hay algunas bacterias que pueden tener más de una.
- Pili: Estos apéndices con forma de pelo en el exterior de la célula le permiten adherirse a las superficies y transferir material genético a otras células. Esto puede contribuir a la propagación de enfermedades en los seres humanos.
Alimentación
Las bacterias se alimentan de diferentes formas.
Las bacterias heterótrofas, o heterótrofas, obtienen su energía a través del consumo de carbono orgánico. La mayoría absorbe material orgánico muerto, como carne en descomposición. Algunas de estas bacterias parásitas matan a su huésped, mientras que otras las ayudan.
Las bacterias autótrofas (o simplemente las autótrofas) producen su propio alimento, ya sea a través de:
- fotosíntesis, usando luz solar, agua y dióxido de carbono, o
- quimiosíntesis, utilizando dióxido de carbono, agua y productos químicos como amoníaco, nitrógeno, azufre y otros
Las bacterias que utilizan la fotosíntesis se denominan fotoautótrofas. Algunos tipos, por ejemplo, las cianobacterias, producen oxígeno. Estos probablemente jugaron un papel vital en la creación de oxígeno en la atmósfera terrestre. Otros, como las heliobacterias, no producen oxígeno.
Aquellos que usan quimiosíntesis se conocen como quimioautótrofos. Estas bacterias se encuentran comúnmente en los respiraderos del océano y en las raíces de las legumbres, como la alfalfa, el trébol, los guisantes, los frijoles, las lentejas y los cacahuetes.
¿Dónde viven?
Las bacterias se pueden encontrar en el suelo, el agua, las plantas, los animales, los desechos radiactivos, las profundidades de la corteza terrestre, el hielo y los glaciares árticos y las aguas termales. Hay bacterias en la estratosfera, entre 6 y 30 millas en la atmósfera, y en las profundidades del océano, hasta 32.800 pies o 10.000 metros de profundidad.
Los aerobios, o bacterias aeróbicas, solo pueden crecer donde hay oxígeno. Algunos tipos pueden causar problemas para el entorno humano, como corrosión, incrustaciones, problemas con la claridad del agua y malos olores.
Los anaerobios, o bacterias anaeróbicas, solo pueden crecer donde no hay oxígeno. En los seres humanos, esto ocurre principalmente en el tracto gastrointestinal. También pueden causar gases, gangrena, tétanos, botulismo y la mayoría de las infecciones dentales.
Los anaerobios facultativos, o bacterias anaeróbicas facultativas, pueden vivir con o sin oxígeno, pero prefieren ambientes donde hay oxígeno. Se encuentran principalmente en el suelo, el agua, la vegetación y alguna flora normal de humanos y animales. Ejemplos incluyen Salmonela.
Los mesófilos, o bacterias mesófilas, son las bacterias responsables de la mayoría de las infecciones humanas. Prosperan en temperaturas moderadas, alrededor de 37 ° C. Esta es la temperatura del cuerpo humano.
Ejemplos incluyen Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, steotococos neumonia, Escherichia coli, y Clostridium kluyveri.
La flora intestinal humana, o microbioma intestinal, contiene bacterias mesófilas beneficiosas, como las Lactobacillus acidophilus.
Los extremófilos, o bacterias extremófilas, pueden soportar condiciones consideradas demasiado extremas para la mayoría de las formas de vida.
Los termófilos pueden vivir a altas temperaturas, hasta 75 a 80 ° C, y los hipertermófilos pueden sobrevivir a temperaturas de hasta 113 ° C.
En las profundidades del océano, las bacterias viven en total oscuridad por respiraderos térmicos, donde tanto la temperatura como la presión son altas. Hacen su propia comida oxidando el azufre que proviene de las profundidades de la tierra.
Otros extremófilos incluyen:
- halófilos, que se encuentran solo en un ambiente salado
- acidófilos, algunos de los cuales viven en ambientes tan ácidos como pH 0
- alcalófilos, que viven en ambientes alcalinos hasta pH 10.5
- psicrófilos, que se encuentran en temperaturas frías, por ejemplo, en los glaciares
Los extremófilos pueden sobrevivir donde ningún otro organismo puede hacerlo.
Reproducción y transformación
Las bacterias pueden reproducirse y cambiar mediante los siguientes métodos:
- Fisión binaria: una forma asexual de reproducción, en la que una célula continúa creciendo hasta que una nueva pared celular crece a través del centro, formando dos células. Estos se separan, formando dos células con el mismo material genético.
- Transferencia de material genético: las células adquieren nuevo material genético a través de procesos conocidos como conjugación, transformación o transducción. Estos procesos pueden hacer que las bacterias sean más fuertes y más capaces de resistir amenazas, como los antibióticos.
- Esporas: cuando algunos tipos de bacterias tienen pocos recursos, pueden formar esporas. Las esporas retienen el material de ADN del organismo y contienen las enzimas necesarias para la germinación. Son muy resistentes a las tensiones ambientales. Las esporas pueden permanecer inactivas durante siglos, hasta que se den las condiciones adecuadas. Entonces pueden reactivarse y convertirse en bacterias.
- Las esporas pueden sobrevivir a períodos de estrés ambiental, que incluyen radiación ultravioleta (UV) y gamma, desecación, inanición, exposición química y temperaturas extremas.
Algunas bacterias producen endosporas o esporas internas, mientras que otras producen exosporas, que se liberan al exterior. Estos se conocen como quistes.
Clostridium es un ejemplo de bacteria formadora de endosporas. Hay alrededor de 100 especies de Clostridium, incluyendo Clostridium botulinim (C. botulinim) o botulismo, responsable de un tipo de intoxicación alimentaria potencialmente mortal, y Clostridium difficile (C. Difficile), que causa colitis y otros problemas intestinales.
Usos
A menudo se piensa que las bacterias son malas, pero muchas son útiles. No existiríamos sin ellos. El oxígeno que respiramos probablemente fue creado por la actividad de las bacterias.
Supervivencia humana
Muchas de las bacterias del cuerpo juegan un papel importante en la supervivencia humana. Las bacterias del sistema digestivo descomponen los nutrientes, como los azúcares complejos, en formas que el cuerpo puede utilizar.
Las bacterias no peligrosas también ayudan a prevenir enfermedades al ocupar lugares a los que las bacterias patógenas o causantes de enfermedades quieren adherirse. Algunas bacterias nos protegen de las enfermedades al atacar a los patógenos.
Fijación de nitrogeno
Las bacterias absorben nitrógeno y lo liberan para uso de las plantas cuando mueren. Las plantas necesitan nitrógeno en el suelo para vivir, pero no pueden hacerlo por sí mismas. Para garantizar esto, muchas semillas de plantas tienen un pequeño recipiente de bacterias que se utiliza cuando la planta brota.
Tecnología de los Alimentos
Bacterias del ácido láctico, como Lactobacillus y Lactococcus junto con levadura y mohos, u hongos, se utilizan para preparar alimentos como queso, salsa de soja, natto (frijoles de soja fermentados), vinagre, yogur y encurtidos.
La fermentación no solo es útil para conservar los alimentos, sino que algunos de estos alimentos pueden ofrecer beneficios para la salud.
Por ejemplo, algunos alimentos fermentados contienen tipos de bacterias similares a las relacionadas con la salud gastrointestinal. Algunos procesos de fermentación dan lugar a nuevos compuestos, como el ácido láctico, que parecen tener un efecto antiinflamatorio.
Se necesita más investigación para confirmar los beneficios para la salud de los alimentos fermentados.
Bacterias en la industria y la investigación
Las bacterias pueden descomponer los compuestos orgánicos. Esto es útil para actividades como el procesamiento de desechos y la limpieza de derrames de petróleo y desechos tóxicos.
Las industrias farmacéutica y química utilizan bacterias en la producción de ciertos productos químicos.
Las bacterias se utilizan en biología molecular, bioquímica e investigación genética, porque pueden crecer rápidamente y son relativamente fáciles de manipular. Los científicos usan bacterias para estudiar cómo funcionan los genes y las enzimas.
Se necesitan bacterias para producir antibióticos.
bacilo turingiensico (Bt) es una bacteria que se puede utilizar en agricultura en lugar de pesticidas. No tiene las consecuencias ambientales indeseables asociadas con el uso de pesticidas.
Peligros
Algunos tipos de bacterias pueden causar enfermedades en los seres humanos, como el cólera, la difteria, la disentería, la peste bubónica, la neumonía, la tuberculosis (TB), la fiebre tifoidea y muchas más.
Si el cuerpo humano está expuesto a bacterias que el cuerpo no reconoce como útiles, el sistema inmunológico las atacará. Esta reacción puede dar lugar a los síntomas de hinchazón e inflamación que vemos, por ejemplo, en una herida infectada.
Resistencia
En 1900, la neumonía, la tuberculosis y la diarrea eran las tres principales causas de muerte en los Estados Unidos. Las técnicas de esterilización y los antibióticos han provocado un descenso significativo de las muertes por enfermedades bacterianas.
Sin embargo, el uso excesivo de antibióticos dificulta el tratamiento de las infecciones bacterianas. A medida que las bacterias mutan, se vuelven más resistentes a los antibióticos existentes, lo que dificulta el tratamiento de las infecciones. Las bacterias se transforman de forma natural, pero el uso excesivo de antibióticos está acelerando este proceso.
"Incluso si se desarrollan nuevos medicamentos, sin un cambio de comportamiento, la resistencia a los antibióticos seguirá siendo una gran amenaza".
Organización Mundial de la Salud (OMS)
Por esta razón, los científicos y las autoridades sanitarias están pidiendo a los médicos que no receten antibióticos a menos que sea necesario, y que las personas practiquen otras formas de prevenir enfermedades, como una buena higiene alimentaria, el lavado de manos, la vacunación y el uso de condones.
El microbioma intestinal
Investigaciones recientes han llevado a un conocimiento nuevo y creciente de cómo el cuerpo humano interactúa con las bacterias y, en particular, con las comunidades de bacterias que viven en el tracto intestinal, conocidas como microbioma intestinal o flora intestinal.
En 2009, los investigadores publicaron hallazgos que sugerían que las mujeres con obesidad tenían más probabilidades de tener un tipo particular de bacteria. Selenomonas noxia (S. noxia), en su boca.
En 2015, científicos de la Universidad de Carolina del Norte descubrieron que los intestinos de las personas con anorexia contienen bacterias o comunidades microbianas "muy diferentes", en comparación con las personas que no padecen la afección. Sugieren que esto puede tener un impacto psicológico.
Historia
Hace más de 2.000 años, un autor romano, Marcus Terentius Varro, sugirió que la enfermedad puede ser causada por pequeños animales que flotaban en el aire. Aconsejó a las personas que eviten los lugares pantanosos durante las obras de construcción porque pueden contener insectos demasiado pequeños para que el ojo los vea, que ingresan al cuerpo por la boca y las fosas nasales y causan enfermedades.
En el siglo XVII, un científico holandés, Antonie van Leeuwenhoek, creó un microscopio de lente única con el que vio lo que llamó animálculos, más tarde conocidos como bacterias. Se le considera el primer microbiólogo.
En el siglo XIX, los químicos Louis Pasteur y Robert Koch dijeron que las enfermedades eran causadas por gérmenes. Esto se conoció como la teoría de los gérmenes.
En 1910, el científico Paul Ehrlich anunció el desarrollo del primer antibiótico, Salvarsan. Lo usó para curar la sífilis. También fue el primer científico en detectar bacterias mediante el uso de tintes.
En 2001, Joshua Lederburg acuñó el término "microbioma intestinal", y los científicos de todo el mundo buscan actualmente describir y comprender con mayor precisión las estructuras, tipos y usos de la "flora intestinal" o bacterias en el cuerpo humano.
Con el tiempo, se espera que este trabajo arroje nueva luz sobre una amplia gama de condiciones de salud.
