Introducción a los Dominios Archaea y Bacteria

El árbol de la vida se divide en tres grandes dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya. Los dos primeros son organismos procariotas (sin núcleo verdadero), mientras que el dominio Eukarya incluye a todos los organismos con células que poseen núcleo definido.

La microbiología moderna ha revelado que las bacterias y arqueas, a pesar de compartir su naturaleza procariota, presentan diferencias fundamentales en su estructura celular, metabolismo y ecología que justifican su clasificación en dominios separados.

⚡ ¿Sabías que? Aunque las bacterias y arqueas son microscópicas, su biomasa total supera la de todos los animales de la Tierra juntos.

Diferencias entre Células Procariotas y Eucariotas

Las células procariotas (bacterias y arqueas) presentan una organización más sencilla que las eucariotas. Carecen de núcleo definido y de organelos membranosos como mitocondrias o aparato de Golgi.

En una célula procariota típica podemos encontrar:

• Material genético (ADN) disperso en el citoplasma
• Ribosomas para síntesis de proteínas
• Membrana plasmática
• Pared celular (de composición variable)
• Estructuras externas como flagelos, pilis o cápsula

Las células eucariotas son más complejas y compartimentalizadas, con núcleo definido, organelos especializados y sistemas de membranas internas que las bacterias y arqueas no poseen.

Mientras las bacterias suelen medir entre 1-10 µm, las células eucariotas pueden ser hasta 10 veces más grandes, lo que refleja su mayor complejidad estructural.

Dominio Bacteria: Características Generales

Las bacterias son microorganismos unicelulares procariotas con un tamaño aproximado de 1 a 9 µm. Se caracterizan por su versatilidad nutricional, pudiendo ser:

• Autótrofas: sintetizan materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas

  • Fotoautótrofas: utilizan luz como fuente de energía y CO₂ como fuente de carbono
  • Quimioautótrofas: obtienen energía de reacciones químicas y utilizan CO₂

• Heterótrofas: utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono

  • Fotoheterótrofas: usan la luz como energía pero requieren materia orgánica
  • Quimioheterótrofas: obtienen energía y carbono de compuestos orgánicos

Las bacterias pueden respirar de forma aerobia (usando oxígeno) o anaerobia (sin oxígeno). Su gran adaptabilidad les permite habitar prácticamente todos los ambientes de la Tierra, desde suelos y aguas hasta ambientes extremos o asociadas a otros organismos.

🔍 Las bacterias han colonizado casi todos los hábitats del planeta, incluyendo fuentes termales, hielos polares, y el interior de otros seres vivos.

Morfología Bacteriana

Las bacterias presentan una gran diversidad de formas que son útiles para su clasificación:

• Cocos: forma esférica

  • Diplococos: parejas (como Neisseria)
  • Estreptococos: cadenas (como Streptococcus)
  • Estafilococos: racimos (como Staphylococcus)

• Bacilos: forma alargada o de bastón (como Escherichia coli)

• Espirilos: forma helicoidal o de espiral

• Cocobacilos: forma intermedia entre cocos y bacilos

• Filamentosas: formas ramificadas o de hifas (como Actinomyces)

Estas morfologías están determinadas principalmente por la pared celular y el citoesqueleto bacteriano. La observación de la forma es uno de los primeros pasos en la identificación bacteriana en el laboratorio.

A pesar de su diminuto tamaño $entre 1-10 µm$, las bacterias pueden observarse con microscopios ópticos, especialmente tras la aplicación de técnicas de tinción que resaltan sus estructuras.

Estructura de una Bacteria

Las bacterias poseen una estructura celular característica que incluye:

• Cápsula: capa externa de polisacáridos o proteínas que protege a la bacteria de la desecación y del sistema inmune. No todas las bacterias la poseen.

• Pared celular: estructura rígida que da forma a la célula y previene la lisis osmótica. Está compuesta principalmente por peptidoglucano, y según su estructura se clasifican en:

  • Gram positivas: capa gruesa de peptidoglucano (90% de la pared)
  • Gram negativas: capa delgada de peptidoglucano (10%) y una membrana externa con lipopolisacáridos (LPS)

• Membrana plasmática: bicapa lipídica que contiene fosfolípidos, proteínas y hopanoides (en lugar del colesterol de las células eucariotas).

• Citoplasma: contiene ribosomas 70S e inclusiones para almacenamiento de reservas como gránulos de PHA, glucógeno, fósforo y azufre.

💡 La tinción de Gram es fundamental en microbiología para distinguir entre bacterias Gram positivas (violetas) y Gram negativas (rosadas), lo que orienta el tratamiento antibiótico.

Material Genético y Reproducción Bacteriana

El material genético bacteriano está compuesto por:

• ADN bacteriano: una única molécula circular de ADN bicatenario, muy compactada y situada directamente en el citoplasma (no hay núcleo). Este ADN contiene toda la información genética esencial.

• Plásmidos: pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico que portan genes no esenciales pero que pueden conferir ventajas como resistencia a antibióticos.

La reproducción asexual en bacterias ocurre por fisión binaria:

1. La bacteria se alarga y duplica su ADN
2. La membrana y pared celular comienzan a crecer hacia dentro
3. Se forma un tabique que separa el ADN duplicado
4. La célula se divide en dos células hijas idénticas

Aunque no existe reproducción sexual propiamente dicha, las bacterias pueden intercambiar material genético mediante tres mecanismos de recombinación génica:

• Transformación: captación de ADN libre del ambiente
• Transducción: transferencia de ADN mediada por virus bacteriófagos
• Conjugación: transferencia directa de ADN entre bacterias mediante pilis sexuales

Estructuras de Movilidad y Adherencia

Las bacterias han desarrollado estructuras especializadas para moverse y adherirse a superficies:

• Flagelos: estructuras largas y filamentosas compuestas principalmente por la proteína flagelina. Permiten el movimiento de las bacterias en medios acuosos mediante rotación. Están anclados a la membrana y pared celular por anillos proteicos y contienen un motor molecular que impulsa su movimiento.

• Pilis o pelos: proyecciones cortas y numerosas que atraviesan la pared celular. Los pilis sexuales son fundamentales durante la conjugación bacteriana, manteniendo unidas a la célula donadora y receptora durante la transferencia de material genético.

• Fimbrias: estructuras filamentosas cortas que participan en la adhesión a superficies, permitiendo a las bacterias colonizar tejidos o materiales. No están involucradas en la movilidad.

Estas estructuras son esenciales para la supervivencia bacteriana, ya que les permiten desplazarse hacia nutrientes o alejarse de sustancias tóxicas, adherirse a superficies para formar biopelículas, y en el caso de bacterias patógenas, colonizar los tejidos del huésped.

🔬 Los flagelos bacterianos pueden girar a velocidades de hasta 1.500 revoluciones por minuto, permitiendo que las bacterias se muevan hasta 60 veces su longitud por segundo.

Proteobacterias: El Grupo Más Diverso

Las Proteobacterias constituyen el grupo más extenso y metabólicamente diverso del dominio Bacteria. Son Gram negativas con lipopolisacáridos (LPS) en su membrana externa, y presentan gran variedad morfológica y metabólica.

Entre los grupos más relevantes encontramos:

• Enterobacterias: bacilos anaerobios facultativos como Escherichia coli, que forma parte de nuestra microbiota intestinal, Salmonella y Shigella (patógenos gastrointestinales). La presencia de E. coli se usa como indicador de contaminación fecal en agua.

• Pseudomonas: bacterias aerobias frecuentes en suelos y sistemas acuáticos. Incluye patógenos oportunistas como P. aeruginosa, causante de infecciones hospitalarias y conocida por su resistencia a múltiples antibióticos.

• Vibrio: bacilos acuáticos, algunos bioluminiscentes y otros patógenos como Vibrio cholerae, agente causal del cólera.

• Bacterias nitrificantes: participan en el ciclo del nitrógeno transformando amonio en nitrato, formas asimilables por las plantas.

• Bacterias rojas del azufre: fotótrofas anoxigénicas que utilizan sulfuro de hidrógeno como donador de electrones en la fotosíntesis.

Otros Grupos Bacterianos Importantes

Bacterias Gram Positivas: Caracterizadas por su gruesa pared de peptidoglucano, incluyen géneros de gran importancia:

• Lactobacillus: bacterias del ácido láctico usadas en la producción de yogur y quesos. Fermentan la lactosa produciendo ácido láctico, que acidifica el medio y coagula las proteínas de la leche.

• Streptococcus y Staphylococcus: incluyen numerosas especies patógenas que causan desde infecciones cutáneas hasta enfermedades graves como la neumonía o septicemia.

Cianobacterias: Son bacterias fototrofas oxigénicas que realizan fotosíntesis similar a las plantas:

• Fueron los primeros organismos en producir oxígeno, transformando la atmósfera primitiva.
• Poseen tilacoides con pigmentos como clorofila a y ficobilinas.
• Algunas especies pueden fijar nitrógeno atmosférico en estructuras especializadas llamadas heterocistos.
• Forman acinetos como estructuras de resistencia en condiciones desfavorables.

🌱 Las cianobacterias establecen relaciones simbióticas con plantas, hongos y otros organismos, contribuyendo a la fertilidad de suelos y ecosistemas acuáticos.

Bacterias Especializadas y sus Aplicaciones

Bacterias Resistentes a Condiciones Extremas:

• Deinococcus: extraordinariamente resistentes a la radiación y condiciones ambientales extremas. Pueden sobrevivir a dosis de radiación miles de veces superiores a las letales para humanos.
• Thermotoga: bacterias termófilas que habitan en fuentes hidrotermales y pueden crecer a temperaturas cercanas a 85°C.

Aplicaciones Industriales y de Salud: Las bacterias tienen numerosas aplicaciones beneficiosas:

• Industria alimentaria: Las bacterias fermentativas como Lactobacillus y Streptococcus se utilizan para la producción de alimentos fermentados como yogur, quesos, embutidos y encurtidos.

• Probióticos: Ciertas bacterias como Lactobacillus y Bifidobacterium son beneficiosas para la salud intestinal y fortalecen el sistema inmunológico. Se incorporan en alimentos funcionales y suplementos.

• Biorremediación: Algunas bacterias pueden degradar contaminantes en suelos y aguas.

• Biotecnología: Las bacterias son fundamentales en la producción de enzimas, antibióticos, vitaminas y otros compuestos de interés industrial.

🧪 El uso de bacterias en procesos industriales a menudo resulta más económico y ecológico que los métodos químicos tradicionales.