Esporas bacterianas: características, estructura, formación
Las esporas bacterianas son estructuras celulares procariotas de resistencia producidas por las bacterias para soportar y sobrevivir en condiciones medioambientales desfavorables. Una vez que las condiciones medioambientales son favorables, estas dan origen a un nuevo individuo.
La síntesis de las esporas bacterianas se da través de un proceso denominado esporulación. La esporulación es estimulada por la escasez de nutrientes (fuentes de carbono y nitrógeno) en el medio en el que habitan algunos tipos de bacteria.
En todos los ecosistemas de la biósfera encontramos muchas especies diferentes de bacterias y la mayoría producen esporas. Las bacterias son organismos procariotas, es decir, que se caracterizan por ser unicelulares microscópicos, carecer de orgánulos membranosos internos y por poseer una pared celular, entre otras cosas.
Nuestro conocimiento general acerca de las bacterias es que son los agentes causantes de muchas enfermedades (agentes etiológicos), ya que son capaces de proliferar en otros organismos vivos, provocando infecciones y desestabilizando el funcionamiento de su sistema fisiológico.
Por lo tanto, muchos de los protocolos de esterilización de las industrias humanas, principalmente de la industria farmacéutica, agrícola y alimentaria, se enfocan en reducir, controlar y exterminar a estos microorganismos y sus esporas de las superficies de los productos que se comercializan a través de los diferentes mercados.
Índice del artículo
- 1 Características de las esporas bacterianas
- 2 Estructura
- 3 Formación de esporas bacterianas
- 3.1 Esta 1: crecimiento de la célula
- 3.2 Etapa 2: duplicación del ADN bacteriano
- 3.3 Etapa 3: división de la membrana celular
- 3.4 Etapa 4: evaginación de una segunda membrana celular (formación de la forespora)
- 3.5 Etapa 5: formación del córtex
- 3.6 Etapa 6: cubiertas interior y exterior de la espora
- 3.7 Etapa 7: liberación de la endospora
- 4 Referencias
Las esporas bacterias son estructuras sumamente resistentes, diseñadas para soportar distintos tipos de “estrés” medioambiental como las altas temperaturas, la deshidratación, la radiación solar o la presencia de diferentes compuestos químicos.
Típicamente las esporas bacterianas están envueltas por 6 capas diferentes; aunque estas pueden variar según sea la especie de bacteria. Estas 6 capas son:
- Exosporio (en algunas especies esta capa no se encuentra presente)
- Capa exterior de la espora
- Capa interior de la espora
- Córtex
- Pared celular de la célula germinal
- Membrana plasmática de la célula germinal
En el interior de cada espora bacteriana se encuentran todos los componentes esenciales para formar un individuo similar (si no idéntico) al que le dio origen. Entre dichos elementos destacan:
- ARN de distintos tipos, esencial para el establecimiento de la nueva célula bacteriana. Algunos de estos son el ARN ribosomal, los ARN de transferencia, los ARN mensajeros, entre otros.
- ADN genómico, con la información genética para “determinar” todas las estructuras y funciones de la célula. Las esporas también pueden tener ADN plasmídico, que es ADN extracromosómico.
- Moléculas de calcio, manganeso, fósforo y otros iones y cofactores para el correcto funcionamiento de las enzimas, así como para el mantenimiento de la homeostasis celular del futuro individuo.
Las esporas son consideradas una forma de reproducción asexual, ya que muchas veces las condiciones se tornan desfavorables por un crecimiento excesivo de la población y las bacterias que perciben el estímulo de la escasez de recursos comienzan la esporulación.
Es importante entender que todas las esporas bacterianas dan origen a individuos genéticamente idénticos a aquel que les dio origen, por lo que considerarlas una forma de reproducción asexual es perfectamente válido.
En la parte más interna de las esporas bacterianas se encuentra el protoplasto, también conocido como el “núcleo de la espora” o la “célula germinal”.
La estructura externa de la espora está diseñada con la función primordial de proteger al protoplasto, en el cual se encuentra el citoplasma, las moléculas de ADN y ARN, las proteínas, las enzimas, los cofactores, los iones, los azúcares, etc., que son necesarios para el mantenimiento metabólico de la bacteria.
La primera capa que rodea al protoplasto es la membrana celular, compuesta por lípidos y proteínas. Tiene muchas estructuras especializadas en la interacción con las cubiertas más externas, con el fin de percibir los estímulos del medio ambiente recibidos por estas.
Tanto la pared celular interna como la externa, que son las capas que preceden a la membrana celular, tienen la estructura típica de la pared celular de las bacterias: se componen principalmente del heteropolisacárido llamado peptidoglicano (N-acetil glucosamina y ácido N-acetil murámico).
Cubriendo las paredes que recién mencionamos se encuentra el córtex, que se compone de grandes cadenas de peptidoglicano (con una proporción de entre el 45 y 60 % de residuos de ácido murámico).
Sobre el córtex están la capa interna y externa de las esporas bacterianas, compuestas por proteínas con funciones especializadas para desactivar enzimas y agentes químicos tóxicos que pudiesen dañar a la espora. Dos de las enzimas más abundantes en esta capa son la superóxido dismutasa y la catalasa.
El exosporio (que no es producido por todas las especies) está formado por proteínas y glucoproteínas que bloquean el acceso de grandes proteínas como anticuerpos, por ejemplo. Se cree que esta capa se encuentra en bacterias que dependen de un carácter patogénico para sobrevivir.
La formación de las esporas comienza cuando las células bacterianas activan la ruta genética que controla las funciones de esporulación. Estos genes son activados por medio de proteínas y factores de transcripción que detectan los cambios ambientales (o la transición de “favorable” a “adverso”).
El modelo clásico que se utiliza para el estudio de la formación de una espora bacteriana es el observado en Bacillus subtilis, el cual está subdividido en 7 etapas. Sin embargo, la formación de esporas en cada especie bacteriana tiene sus peculiaridades y puede implicar más o menos pasos.
Las etapas de la esporulación pueden ser fácilmente apreciables, con la ayuda de un microscopio y mediante la observación de células creciendo en ambientes con escasez de nutrientes. Podemos describir estas etapas más o menos como sigue:
La célula incrementa su volumen citosólico al menos tres veces en un periodo relativamente corto.
Concomitante con el aumento del volumen citosólico, el genoma de la bacteria se duplica por mitosis. Al terminar la mitosis el genoma “materno” se alinea hacia uno de los polos de la célula, mientras que el genoma “hijo” o resultante se alinea hacia el polo opuesto.
La membrana celular comienza a constreñirse muy cerca del polo donde se ubica el genoma “hijo” producido durante la mitosis. Esta contracción termina por aislar al genoma resultante del resto del citosol de la célula.
El segmento formado por la membrana celular constreñida es reforzado por otra porción de membrana celular, formándose una doble membrana y dando origen a una espora inmadura conocida como “forespora”.
La célula bacteriana incrementa la producción de residuos de ácido murámico. Estos son dirigidos a hacia la superficie que recubre la forespora, generando una capa adicional de protección. Una vez se completa la formación de esta capa, la forespora es denominada exospora.
Los incrementos en la producción de ácido murámico también están orientados a formar dos capas de una composición similar de peptidoglicano a la de la pared celular de la bacteria. Estas dos capas formaran la cubierta interna y externa de la exospora y la transformaran en una endospora.
El último paso de la esporulación o la formación de la espora es la liberación. La pared celular, la membrana y todas las cubiertas de la célula “madre” se lisan y liberan a la endospora ya madura al medioambiente.
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