Taxonomia celular en general

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Taxonomia celular en general

  1. 1. Taxonomía Bacteriana Dr. Víctor Campos ALaboratorio de Microbiología ambiental Departamento de Microbiología
  2. 2. TAXONOMÍAClasificaciónEstructura los organismos en grupos (taxones)en base a su similitud.NomenclaturaAsigna nombres a los taxonesIdentificaciónDetermina a que taxones pertenece unorganismo que se aisla
  3. 3. • Taxonomía – Caracterización exhaustiva – Aplicación de teoría y método de clasificación – Formación de grupos taxonómicos (taxones) – Nomenclatura• Identificación – Caracterización por número limitado de tests adecuados al problema – Comparación con spp conocidas – Asignación a una sp – No identificado: estudio taxonómico
  4. 4. ESPECIE• Unidad taxonómica básica• Grupo de cepas que tiene un alto grado desimilitud en sus propiedades y que difieren enforma significativa de otros grupos de cepas• Cepa: población de organismos que desciendede un único organismo o de una sola célula
  5. 5. ESPECIE BACTERIANA• Concepto en revisión continua• Definición metodológica estándar: - % de hibridación ADN1-ADN2 > 70% - ΔTm < 5ºC (estabilidad térmica del híbridoADN1-ADN2) Concepto genómico de especie• Actualmente el criterio es POLIFÁSICO(combinación de características fenotípicas,genómicas y filogenéticas)
  6. 6. RANGOS TAXONOMICOS ENCLASIFICACION BACTERIANATaxones: Dominio Phylum Clase Orden Familia Género Especie Sub-especie importancia en estudios clínicos y ecológicos
  7. 7. Sistema binomial de nomenclatura(Linneo)Escherichia coliEscherichia coli o E. coli
  8. 8. Dominio Phylum Clase Orden Familia Genero EspecieBacteria Proteobacteria Gamma Proteobacteria Zymobacteria Enterobacteriales Enterobacteriaceae Escherichia Escherichia coli
  9. 9. Categorías de clasificación a nivel de subespecie (tipificación) Variedades o tipos• serovariedad o serotipo (antígenos distintos)• fagovariedad (tipificación por fagos)• biovariedad (diferencias bioquímicas y fisiológicas)• patovariedad (patogenicidad)• morfovariedad (diferencias morfológicas)• genomovariedad (grupos con ADN similares)
  10. 10. LOS MICROORGANISMOS• Descubrimiento de los microorganismos en el siglo XVII• En 1866 HAECKEL , reino de los PROTISTAS:• A)Protistas Superiores: presentan células EUCARIOTICAS• Algas (menos las cianofíceas o verdeazuladas).• Hongos• Protozoos• Mohos del Cieno• B) Protistas Inferiores: Presentan células PROCARIOTICAS• Algas Cianofíceas o Verdeazuladas• Bacterias
  11. 11. LOS MICROORGANISMOS• Los VIRUS no pueden incluirse en este esquema: A) Su estructura no es compatible con la de una célula. B) Su forma de multiplicarse es fundamentalmente diferente a la de los organismos celulares por su total dependencias del sistema sintético (enzimas y precursores) de la célula huésped.
  12. 12. GENEROS MAS IMPORTANTES DE PROTEOBACTERIA
  13. 13. CLASIFICACIONBACTERIAS TIPICAS Cocos Gram Positivos Cocos Gram Negativos Bacilos Gram Positivos Bacilos Gram NegativosBACTERIAS NO TIPICAS
  14. 14. CLASIFICACIONBACTERIAS TIPICAS Cocos Gram Positivos: 1.-Estreptococos 2.-Estafilococos Cocos Gram Negativos: 1.-Neiseria meningitidis 2.-Neiseria gonorroehae Bacilos Gram Positivos: 1.-Corynebacterium difhtheriae 2.-Bacilos formadores de Esporas (Clostridium tetani, C.botulinum, C.perfringens,C.difficile) 3.-Lysteria monocytogenes
  15. 15. CLASIFICACIONBACTERIAS TIPICAS Bacilos Gram Negativos 1.-Bacterias Entéricas Escherichia Salmonella Shiguella Yersinia Pseudomona Vibrio Campylobacter Helicobacter
  16. 16. CLASIFICACION2.- Bacterias Gram Negativas Pequeñas y Exigentes : Haemophilus Bordetella Brucella Fransisella Legionela3.- Bacterias Gram Negativas Anaerobias Bacteroides
  17. 17. CLASIFICACIONBACTERIAS NO TIPICAS1.-Bacterias Acido Alcohol Resistentes Mycobacterium (tuberculoso, leprae) Actinomycetos (Nocardia, Actinomices, Streptomices)2.-Espiroquetas Treponemas Leptospiras Borrelia
  18. 18. CLASIFICACION3.- Clamidia Clamidia trachomatis Clamidia neumoniae4.- Rickettsias Rickettsias Coxiella5.- Micoplasma Micoplasma Ureoplasma
  19. 19. COMO CLASIFICAMOS LOS MICROORGANISMOS?
  20. 20. Artificial v/s sistema de clasificación natural.La clasificación puede ser: 1.- Artificial (basado sobre características expresadas) El agrupar junto basado en semejanza total procariotes: Una especies es una colección de cepas similares con diferencias suficientes de otros grupos de cepas. Taxonomica fenotipica. • ”Taxonomía convencional" • Una variedad de características de las cepas que determina la agrupación los organismos por morfología, la química de la pared de célula (Gram-reacción), la clasificación y los requisitos alimenticios, habitat...? • Taxonomía numérica (ponderación de caracteres “claves dicotomicas”). • Porcentaje CG.2. Natural o Filogenetica (basado sobre la evolución pretendida) 1. Basado en relaciones evolutivas
  21. 21. Taxonomía convencionalMorfología: forma, tamaño y tinción.Nutrición y fisiología: fotótrofo, quimiótrofo, aerobio oanaerobio, temperatura y pH óptimos, fuentesalternativas de C, N y S.Movilidad: tipo y disposición de flagelos.Otros: pigmentos, inclusiones celulares, sensibilidad aantibióticos, patogenicidad.
  22. 22. CLASIFICACION BACTERIANACOLORACIÓN GRAM: Gram fue un microbiólogo Danes que introdujola coloración Gram con la cual se divide a las bacterias en dos grupos:BACTERIAS GRAM POSITIVAS : son las que retienen el coloranteCristal Violeta ó Violeta de Genciana luego de decolorarla con elalcohol-acetona por lo que se observarán de color AZUL.BACTERIAS GRAM NEGATIVAS : son las que no retienen el coloranteCristal Violeta al decolorar con alcohol-acetona, luego toman el colordel colorante de contraste Safranina por lo que se observarán de colorROJO.
  23. 23. ENVOLTURA DE LAS GRAM POSITIVASMEMBRANA CITOPLASMICA : Fosfolípidos ProteínasPARED CELULAR : Peptidoglucano ó Mureína (hasta 40 capas) Acidos Teicoicos Acidos Teicurónicos Polisacáridos
  24. 24. ENVOLTURA DE LAS GRAM NEGATIVASMEMBRANA CITOPLASMICA : Fosfolípidos y ProteínasPARED CELULAR: Peptidoglucano ó Mureína (1 o 2 capas) Acido Teicoico, Ac Teicurónico.MEMBRANA EXTERNA : Fosfolípidos Proteínas Lipopolisacárido Bacteriano (LPS): .Lípido “A” .Antígeno “O” (hidrato carbono) Porinas de la Matriz
  25. 25. ENVOLTURA DE LAS GRAM NEGATIVASESPACIO PERIPLASMICO :Espacio entre la membrana citoplásmica y la membrana externa, quecontiene una solución como gel compuesta por: Enzimas degradativas : fosfatasas, proteasas. Enzimas que inactivan antibióticos : beta lactamasas. Proteínas fijadoras : que absorben azúcares y aminoácidos.
  26. 26. • Tanto las bacterias Gram Positivas o Negativas pueden presentar :• LA CAPSULA : de polisacárido (excepto B.anthracis que es de polipéptido).• LOS FLAGELOS : largos filamentos helicoidales, que dan motilidad o quimiotáxis, de natación o en línea recta, o de tumbos o al azar).• FIMBRIAS o PILIS : filamentos cortos distribuídos en gran cantidad, Pili Ordinario (interviene en la Adherencia) Pili Sexual (interviene Conjugación Bacteriana)
  27. 27. BACTERIAS ALCOHOL ACIDO RESISTENTESLos microorganismos alcohol acido resistentes se tiñen de colorrojo con el colorante fucsina y son resistentes a la decoloracióncon el alcohol acido, debido al carácter hidrofóbico de la pared.El calor favorece la penetración del colorante.Una modificación en la pared de los Gram Positivos han sidoobservadas en los géneros Mycobacterium, Nocardia yCorynebacterium.
  28. 28. BACTERIAS ALCOHOL ACIDO RESISTENTES• Los lípidos constituyen el 60% del peso seco de la pared bacteriana.• En sus paredes contienen Ac. MICOLICOS, que son beta hidroxiacidos grasos grandes, que varían de acuerdo al número de átomos de carbono: C30 : Corinebacterias C50 : Nocardia C90 : Mycobacterium
  29. 29. BACTERIAS ALCOHOL ACIDO RESISTENTESContiene una capa de peptidoglicano similar a las gram negativas,pero esta unido al polisacárido ARABINOGALACTANO y éste alAc.MICOLICO formando un complejo.El Ac.MICOLICO del M.tuberculosis se denomina factor cordón yesta relacionado a las actividades biológicas : Citotoxicidad de la membrana celular Inhibición de la migración de PMN Inducción de la formación de granulomas Actividad anti tumoral Habilidad para activar vía alterna del complemento
  30. 30. Características genotípicas clásicas• Contenido G+C % G+C = G+C x 100 G+C+A+T•Determinación por gradiente de CsCl.•Desnaturalización térmica o cromatografía.Amplio rango en procariotas: 20 al 80%Poca información para la caracterizacióntaxonómica
  31. 31. NUMÉRICA• Agrupación de unidades taxonómicas o taxonespor métodos numéricos• Se basa en un gran número de caracteres• Cada carácter tiene igual peso• La similitud es función de la proporción decaracteres comunes
  32. 32. NUMÉRICA- caracteres fenotípicos (no menos de 60)- coeficiente de semejanza = a + d a+b+c+da: número de caracteres positivos enambas cepasb: número de caracteres positivos sólo encepa 1c: número de caracteres positivos sólo encepa 2d: número de caracteres negativos enambas cepas
  33. 33. Taxonomía MOLECULAR-FILOGENETICACaracteres Genotípicos• Hibridación ADN-ADN• Molecular fingerprinting (huella molecular)Caracteres Fenotípicos• Quimiotaxonomía. Biomarcadores: lipídicos(FAME), otros
  34. 34. Desventajas de una clasificación artificial•No permite inferir propiedades•No permite comprender microorganismos que no se han cultivado en ellaboratorio•No permite estudiar el origen y evolución de funciones celulares(resistencia a antibióticos, aerobiosis, fotosíntesis) Clasificación natural• Estructura los organismos en taxones cuyos miembros reflejantanto como sea posible su naturaleza biológica.• Es ventajosa si además establece relaciones evolutivas
  35. 35. POLIFÁSICAEs la tendencia moderna. Consenso en la integración de distintos tiposde caracteres: Fenotípicos: - clásicos (morfología, nutrición, etc) - moleculares (marcadores quimiotaxonómicos) - perfil de proteínas totales y enzimas Genotípicos: -clásicos: % G+C - moleculares: hibridación DNA-DNA, fingerprinting (ej. Perfiles moleculares por restricción o amplificación de ADN) Filogenéticos: basados en el gen del ARNr 16S
  36. 36. Esquema de las técnicas e información más frecuente empleadas en la taxonomíapolifásica (Vandamme et al., 1996).
  37. 37. CARACTERES FENOTIPICOSMarcadores quimiotaxonómicosCaracterísticas - Análisis químico con equipamiento especializado - No son universales, muy útiles dentro de algunos grupos - Alto grado de discriminación - Presentes en distintas estructuras celulares
  38. 38. •Pared: peptidoglicanos en Gram +• Membrana externa Gram negativos: lipopolisacáridos• Membrana citoplasmática: ácidos grasos (Fatty Acid Methyl Ester),ácidos micólicos en un grupo de bacterias Gram positivas(Actinomicetes), pigmentos carotenoides en bacterias fotótrofasanoxigénicas.• Cadena de transporte electrónico: citocromos, quinonas.• Sistema fotosintético: bacterioclorofilas.• Citoplasma: poliaminas en metanogénicas y Gram negativas
  39. 39. FISIOLOGÍA Y METABOLISMO
  40. 40. • Hibridación ADN-ADN -depende de la secuencia completa del genoma -útil en organismos estrechamente relacionados - determinación por: % hibridación de ADN1 - ADN2 Δ Tm del híbrido - es el criterio actual de definición de especie
  41. 41. Hibridación genómica como herramienta taxonómica
  42. 42. • Molecular fingerprinting -secuencias de ADN de un organismo son sometidas a la digestión con enzimas de restricción - resolución a nivel de sub-especie
  43. 43. Filogenética• El uso de secuencias moleculares para estudiosfilogenéticos se basa en la premisa que loscambios en las secuencias ocurren al azar y de unmodo temporal-dependiente y que ciertaproporción de éstos permanece fijo en lasmoléculas.
  44. 44. CARACTERES FILOGENETICOS• Plantean hipótesis de evolución (determinarelaciones de parentesco entre las especies)• Compara la secuencia de moléculas(cronómetros evolutivos) y establece la relaciónentre ellas• Las secuencias de las moléculas son el registrohistórico de la evolución
  45. 45. PROPIEDADES DE UN BUEN CRONÓMETRO EVOLUTIVO– Distribución universal (presente en todos losorganismos)- Función homóloga en todos los organismos- Secuencias con zonas altamente conservada paradistancias evolutivas grandes (alineamiento) y algunaszonas variables- Ausencia de transferencia horizontal- Cantidad de información suficiente
  46. 46. Moléculas usadas para la determinación de relaciones filogenéticas de organismos • ARNr: 5S, 16S y 23S (Carl Woese) • Subunidad beta de ATPasa • RecA • Factor de Elongación Tu • Genes funcionales
  47. 47. ARNr en ProcariotasNombre Tamaño Ubicación (nucleótidos)5S 120 Subunidad mayor del ribosoma16S 1500 Subunidad menor23S 2900 Subunidad mayor
  48. 48. Ejemplo de un árbol filogenético basado en el gen ARNr 16S. La barraindica la sustitución de 10 nucleótidos cada 100
  49. 49. Por que la utilización de la Secuencia del ARNr 16S• Estructura primaria: - Dominios de conservación universal - Regiones altamente variables - Dominios de nivel intermedio de conservación, con cambios de secuencia, pero conservación de estructura secundaria• Estructura secundaria: - Similar en todos los organismos - Acotada por su función en la síntesis de proteínas: función ancestral
  50. 50. Estructurasecundaria delARNr 16S de E. coliLíneas gruesas: dominiosde conservación universalLíneas normales:dominios de conservaciónIntermediaLíneas punteadas:regiones hipervariables
  51. 51. Estructura secundaria del ARNr 16/18 S de los tres Dominios Bacteria Archaea Eucarya☺ Los puntos rojos señalan posiciones en las que arqueas y bacterias suelen diferir
  52. 52. ARBOL FILOGENETICO UNIVERSAL
  53. 53. Características diferenciales entre Bacteria, Archaea y Eukarya
  54. 54. Fig SX A: neighbor joining reconstruction of all Pseudomonas species of the samephylogenetic branch as the strain VC1. The tree was reconstructed using allpositions in the alignment and no filter to reconstruct. Bar indicates 2% genedivergence.
  55. 55. Fig SX B: parsimony reconstruction of all Pseudomonas species of the samephylogenetic branch as the strain VC1. The tree was reconstructed using allpositions in the alignment and no filter to reconstruct. Bar indicates 2% genedivergence
  56. 56. Fig SX C: m aximum likelyhood reconstruction of all Pseudomonas species of thesame phylogenetic branch as the strain VC1. The tree was reconstructed using allpositions in the alignment and no filter to reconstruct. Bar indicates 2% genedivergence
  57. 57. Figure X: tre e reconstruction based on the concatenated alignment of all six genesincluded in the MLSA approach and listed in table X. The alignment of 4813homologous positions was us ed to calculate the tree by using the maximumlikelihood alg orithm as implemented in the ARB program package. The treetopology was identical to that reconstructed with PHYML and RAxML. Bootstrapvalues were calculated after 100 tree reconstructions.
  58. 58. Electroforesis en gradiente de gel denaturante DGGE

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