Las Actinobacterias (Actinomicetos)

El phylum Actinobacteria (actinobacterias o actinomicetos) es extenso y complejo: está formado por 1 clase, 6 órdenes y 44 familias taxonómicas. Son bacterias GRAM+ con alto contenido en G+C.

Son actinomicetos (filamentosos, frecuentemente ramificados) y parientes con un alto contenido G+C (>50% mol). Respecto a su morfología, podemos decir que suelen ser bacilos o filamentos principalmente aerobios. Su hábitat son suelos y material vegetal.

En su mayoría son comensales inofensivos, aunque Corynebacterium, Nocardia y Mycobacterium contienen importantes patógenos para los seres humanos. Hay un interés economico en estos, ya que algunos producen antibióticos, o productos lácteos fermentados.

Índice
  1. Micrococcus
  2. Corinebacterias
    1. Corinebacterium
    2. Arthrobacter
  3. Propionibacterias
    1. Propionibacterium
    2. Bifidobacterium
  4. Micobacterias (Mycobacterium)
    1. Clasificación
  5. Actinobacterias filamentosas
    1. Método reproductivo
    2. Metabolismo
    3. Nocardia
    4. Streptomyces

Micrococcus

Se agrupan en cocos (parejas, tétradas o agrupaciones irregulares) y tienen alto contenido en G+C. Son gram positivos (+) y catalasa (+). Suelen ser inmóviles. Siempre son cocos, y sus colonias están pigmentados por carotenoides (amarillo, naranja o rojo). Están ampliamente extendidos en el suelo, el agua y sobre la piel de mamíferos.

Micrococcus luteus
Visión de Micrococcus luteus al microscopio electrónico de barrido. Fuente: Janice Haney Carr (CDC)

Corinebacterias

También denominadas bacterias corinefoides. Son bacilos móviles con un crecimiento con forma irregular (letras chinas, mazo, forma de V) que se debe a una división crepitante/angular/por fractura que produce un movimiento de desgarro cuando se dividen (la membrana tiene 2 capas). Ambas bacterias quedan unidas por la pared externa y el septo que las separa es la pared interna. Después, se rompe la capa externa en un lado sólo y quedan como una bisagra.

Corinebacterium

Este género es anaerobio facultativo siempre catalasa +. Respira O2 (respiración aerobia) y la fermentación es propiónica, sin O2. Presenta ácidos micólicos (3-hidroxiácidos ramificados) pero no son ácido-alcohol resistentes (tinción Ziehl-Neelsen).

Respecto a las especies principales de Corinebacterium podemos destacar:

  • Especies patógenas. La más importante es C. diphtheriae (bacilo de Klebs-Löeffler), aunque también están C. bovis, C. equi y C. betae
  • Otras especies son inocuas como:
    • C. pseudodiphtheriticum. Se encuentra en el tracto respiratorio.
    • C. xerosis. Aparece en la boca y piel; además, forma parte de la microbiota normal.
    • C. glutamicum. Se encarga de la producción de ácido glutámico que se emplea como aditivo alimenticio, de gran importancia industrial.
Corynebacterium diphtheriae
Recreación de Corynebacterium diphtheriae a partir de una imagen del microscopio electrónico de barrido. Fuente: Jennifer Oosthuizen (CDC)

Corinebacterium diphtheriae

Es la principal causa de difteria. Se utiliza agar telúrito (agar cistina-TeO3K) para su aislamiento. Este agar inhibe el crecimiento de cualquier muestra nasofaringial. Forma colonias negras en agar telúrito y blancas en agar-sangre.

La toxicidad de esta bacteria es por la exotoxina diftérica. La toxina la codifica el fago β que contiene el gen tox. Hay conversión lisogénica (genes del fago alteran el fenotipo de la bacteria hospedadora). Las cepas no lisogénicas son atóxicas, no producen la enfermedad. Por otro lado, las cepas virulentas son así por la presencia del fago en estado lisogénico.

La expresión del gen tox depende del estado fisiológico de la bacteria. La presencia de hierro es un condicionante. El gen se expresa cuando los niveles de hierro son bajos, debido a que su alta concentración inhibe la expresión del gen.

La exotoxina entra en las células e inhibe el EF2 de las células (inhibe la traducción) impidiendo la unión del aminoácido a la cadena de aminoácidos nacientes. No se consiguen formar proteínas por lo que la célula muere. Cuando se produce la exotoxina ésta pasa al torrente sanguíneo pero la bacteria se queda en la boca y provoca la pseudomembrana diftérica por falta de O₂.

Existen 3 biotipos:

  • gravis: exotoxina más potente. En agar aparece gris y rugosa.
  • intermedius: colonias pequeñas y puntiformes grises.
  • mitis: menos potente. Colonias negras, brillantes y convexas.

Arthrobacter

Es aerobio estricto, por lo que en la pruebas es catalasa +. Presenta dimorfismo. En la fase exponencial se muestra como un bacilo. Tiene división crepitante formando ramificaciones irregulares de aspecto poco filamentoso. También presenta fragmentación múltiple. En fase estacionaria, tiene forma de cocos que se diferenciarán hasta bacilos.

Arthrobacter chlorophenolicus
Visión de Arthrobacter chlorophenolicus al microscopio electrónico de barrido. Fuente: Unknown authorUnknown author, Public domain, via Wikimedia Commons

Es un importante agente mineralizador de la materia orgánica en el suelo; muy resistente a la desecación y a la privación de nutrientes. Está adaptado a este medio. Tiene una extraordinaria flexibilidad nutricional poco común al degradar pesticidas, algo muy inusual.

Propionibacterias

Propionibacterium

Tiene una morfología similar a corinebacterias (es un género muy pleomórfico). Puede denominarse corinebacteria anaerobia. Es anaerobio aerotolerante: siempre presenta fermentación propiónica (tiene pigmentos hémicos, citocromos, catalasa, etc). Es prácticamente anaerobio en cuestiones de O₂ ya que vive en lugares con presión parcial de O₂ baja. Tiene cadena de transporte de electrones (CTE) por lo que sería más correcto denominarlo anaerobio facultativo.

Su hábitat son los ambientes con bajas presiones parciales de O₂: tracto intestinal, genital, rumen y piel (Propionibacterium acnes), además de productos lácteos. De hecho, la primera vez que se aisló fue a partir de un queso suizo.

Fermenta azúcares y produce propionato, acetato, CO₂ y ± succinato. Los productos de su fermentación son utilizados por otros microorganismos para realizar la fermentación láctica. Puede fermentar lactato (fermentación secundaria).

Ciclo del propionato:

1 glucosa → 2 piruvato → 2 propionato.

A partir de lactato:

3 lactato → 3 piruvato → 2 propionato + 1 acetato + 1 CO₂

Formación de succinato:

fosfoenolpiruvato (PEP) + CO₂ → oxalacetato →→→ succinato

Propionibacterium acnes

Es causante del acné. Hay una producción alta de sebo por la actuación de hormonas y la presencia del microorganismo que segrega lipasas que lo degradan. Los productos generan inflamación al atravesar la dermis. Actualmente es denominado Cutibacterium acnes.

Propionibacterium acnes
Propionibacterium acnes. Visión al microscopio electrónico de barrido (izquierda) y en un medio con tioglicolato, teñido con cristal violeta (derecha). Fuente: Miseker E. Abate (Inquiries Journal)

Bifidobacterium

Es un género diferente: son bacilos inmóviles aislados, o en parejas en forma de V o grupos, con extremos espatulados, y en muchos casos bifurcados.

Bifidobacterium
Bifidobacterium sp. en el microscopio electrónico de barrido. Fuente: Julie6301, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons

Son anaerobios estrictos o anaerobios aerotolerantes (según la especie): soportan O₂ siempre que haya CO₂.

Bifidobacterium bifidum

Es una fracción mayoritaria de la microbiota intestinal natural del recién nacido alimentado con leche materna. En el adulto, se encuentra en el intestino y en la boca. También aparece en otras especies, aguas residuales e insectos.

Necesita de aminoazúcares presentes en la leche (N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina); si le faltan estos aminoazúcares cambian su morfología creando ramificaciones que dan lugar a un micelio rudimentario. El metabolismo de estas bacterias es similar al de las fermentadoras del ácido láctico. El lactato formado a partir de los aminoazúcares no se forma igual que en las fermentadoras del ácido láctico (realizan una fermentación via pentosas-fosfato).

2 glucosa → 3 acetato + 2 lactato (5 ATP) (no suelen producir CO2)

Micobacterias (Mycobacterium)

Son bacilos inmóviles aerobios, y presentan crecimiento filamentoso transitorio (fase estacionaria) que se rompe cuando llegan a la fase exponencial.

Tienen un alto contenido en lípidos en su pared (AAR, ácido-alcohol resistentes). Los lípidos son ácidos micólicos, lípidos de 60-90 carbonos con otros en posición 3-OH que dan lugar a los 3-hidroxiácidos grasos ramificados. Los ácidos micólicos les confieren un aspecto denso, compacto, céreo y rugoso a las colonias en medio sólido. En medio líquido forman grumos. Además, reducen la permeabilidad, aumentan la resistencia a la desecación y a agentes microbianos.

La presencia de ácidos micólicos es una propiedad extraña para el resto de bacterias excepto para bacterias no cardiformes y micobacterias. El tamaño de los ácidos es proporcional a la resistencia. También tienen una importante aplicación clínica en la detección de especies patógenas.

Mycobacterium tuberculosis
Ilustración de Mycobacterium tuberculosis. Fuente: Alissa Eckert; James Archer (CDC)

Clasificación

Velocidad de crecimiento

  • De crecimiento rápido y no patógenas: Mycobacterium phlei, M. fortuitum y M. smegmatis.
  • De creciemiento lento y patógenas de:
    • hombre; Mycobacterium leprae (enfermedad de Hansen) y M. tuberculosis (bacilo de Koch).
    • animales, y que pueden afectar al hombre; Mycobacterium avium subespecie paratuberculosis.

Pigmentación (carotenoides)

  • No pigmentadas: Mycobacterium tuberculosis.
  • Producen pigmentos en presencia de luz (fotocromogénesis).
  • Producen pigmentos incluso en la oscuridad (escotocromogénesis).

Mycobacterium tuberculosis

Presenta crecimiento lento y es patógena del hombre. Es resistente a los germicidas y a pH alcalinos (aislamiento selectivo). Con estas características se pueden preparar medios selectivos.

Existe una correlación con la creación de formas de cordón al generarse por la agregación de estas bacterias (que forman cadenas alargadas) con la presencia de glicolípido; factor cuerda, responsable de esta formación, y de su virulencia (inhibe el paso de unión del fagosoma con el lisosoma).

Actinobacterias filamentosas

Son quimioheterótrofos y Gram positivos (+). Respecto a su morfología podemos decir que tienen un crecimiento ramificado similar al de los hongos filamentosos.

  • Tienen un micelio no fragmentable y son capaces de formar esporas unicelulares asexuales
  • Su desarrollo micelial es transitorio solo en crecimiento activo y fragmentable al reducirse la velocidad de crecimiento
  • Tienen micelio de sustrato (hifas rizoides) y aéreo (hifas aéreas). Si producen esporas se sitúan en el extremo de las hifas aéreas. Si realizamos una sección transversal, en el centro hay esporas maduras en el micelio; en los extremos casi no presenta y en su superficie tampoco.

Método reproductivo

El método reproductivo es asexual por crecimiento apical de hifas. Se forman tabiques en el micelio que dan lugar a las esporas: conidiosporas (conidios) o esporangiosporas. Ambas son exosporas asexuales.

  • Conidios: cuando las esporas no se encuentran encerradas en una estructura.
  • Esporangios: cuando se encuentran encerradas en una estructura.

Su disposición y morfología tiene carácter sistemático. Se desarrollan por privación de nutrientes. No soportan las altas temperaturas, pero sí la desecación.

Metabolismo

La mayoría son inmóviles. Las esporas se transportan por viento o animales. Cuando hay movimiento, éste se limita a las esporas que presentan flagelos.

La pared celular es muy variada (60 unidades de peptidoglicano (PG); respecto al tercer aminoácido que ocupa lugar en la cadena de aminoácidos lo hace por puente intrapeptídico). El tipo de pared celular es un criterio taxonómico, que los divide en 4 grupos.

El porcentaje de G+C que presentan estas bacterias es del 63-78%. Tienen el contenido más alto en G+C. Se les considera un grupo muy coherente.

Viven libres, en el suelo, donde degradan grandes cantidades y variedades de compuestos orgánicos. Son esenciales en la mineralización de la materia orgánica. Además, se encuentran en la piel, y algunos pueden ser patógenos para el hombre, otros animales y algunas plantas.

Producen metabolitos secundarios con gran interés práctico: son los mayores productores de antibióticos junto con Bacillus y hongos eucariotas. Producen también fármacos anticancerígenos, antihelmínticos e inmunosupresores (útiles en procesos de transplante de órganos).

Nocardia

Cuenta con un micelio aéreo limitado (a partir de él pueden producir conidios) y es de sustrato fragmentable. Es una bacteria aerobia, catalasa +. Además, tiene la capacidad de usar una gran variedad de hidrocarburos, azúcares y ceras.

En la pared celular tiene peptidoglicano con mDAP y sin puente peptídico de unión. Posee ácidos micólicos (AAR).

Son saprófitos de vida libre, en suelos y aguas (deterioro de juntas de goma en tuberías de agua).

Nocardia asteroides. Es una bacteria patógena oportunista que afecta al hombre y otros animales en diferentes órganos. Pueden centrarse en alguno, como por ejemplo en pulmón, causando la nocardiosis pulmonar crónica que es difícil de tratar.

Streptomyces

Cuenta con más de 500 especies. Tienen un %GC de entre 69-78%. Forman colonias compactas. Las especies se establecen mediante características morfológicas y fisiológicas. Son aerobios estrictos.

Cuentan con micelio aéreo y de sustrato (no fragmentable). Sus filamentos son de 0,5-1µm Ø y longitud indefinida, y a menudo, sin septos en fase vegetativa.

Forman conidiosporas inmóviles en el extremo de las hifas aéreas (3 → 50) formadas a partir de esporóforos multinucleados, y hay una posterior separación de las células individuales.

Streptomyces griseus
Visión de Streptomyces griseus en el microscopio electrónico de barrido. Fuente: Docwarhol, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons

La forma, textura y disposición de las esporas se utiliza como carácter taxonómico. Hay pigmentación de esporas y esporóforos. A veces, el micelio de sustrato también está pigmentado.

Este género es de fácil identificación en placa: tiene aspecto pulverulento, naturaleza compacta y color. Presentan enzimas hidrolíticos que degradan gran cantidad de compuestos. Son muy versátiles y adaptables. Cuentan con hidrolasas extracelulares de compuestos inusuales.

Esporulan sobre sustratos sólidos (agar) o en la superficie de cultivos líquidos sin agitación. Sólo colonizan medio sólido.

Placa de Petri con Nocardia y Streptomyces
Placa de Petri con un medio enriquecido con caseína con Nocardia (izquierda y centro) y Streptomyces (derecha). El halo más grande pertenece a Streptomyces, lo que demuestra que su hidrólisis de caseína es mayor. Fuente: Dr. Lucille K. Georg. (CDC)

Su hábitat es principalmente de suelos (alcalinos y neutros), y son de fácil aislamiento Producen geosminas. A excepción de las especies que se citarán a continuación, el resto son inocuas:

  • Streptomyces scabies: enfermedades en patata y remolacha.
  • S. somaliensis: provoca un actinomicetoma.
  • S. albus: dolencias y causas de patologías. Este microorganismo produce geosminas (olor terroso cuando llueve).

Streptomyces y los antibióticos

El género Streptomyces fabrica muchísimos antibióticos (±50%); cuenta con más de 10000 compuestos diferentes con actividad biológica. Producen ±2/3 partes de los agentes antimicrobianos empleados en medicina y veterinaria.

Algunos sintetizan más de 1 antibiótico, y a menudo, sin relación química. El mismo antibiótico puede ser producido por diferentes especies muy alejadas entre sí. Un cambio nutricional puede causar un cambio en la naturaleza del antibiótico. La bacteria productora resiste a su propio antibiótico pero puede ser sensible a otros.

Hay especies de Streptomyces con plásmidos lineales (500kb de longitud), implicados en la biosíntesis de antibióticos.

La búsqueda de nuevos antibióticos prosigue: el desarrollo de cepas resistentes requiere el descubrimiento continuo de nuevos agentes. Se ha usado la tecnología informática para encontrar nuevos antibióticos a partir de especies que ya conocemos; además de comprobar otras alternativas usadas en el pasado, como la terapia con bacteriófagos.

No se saben las razones ecológicas por las cuales llevan a cabo la producción de antibióticos. Se producen en fase estacionaria, por lo que no intervienen en el crecimiento, así que se cree que promueven la esporulación para incrementar sus posibilidades de supervivencia.

En el siguiente recuadro se pueden ver una serie de especies de Streptomyces con su correspondiente antibiótico generado y su diana celular.

MicroorganismoAntibióticoEstructura químicaDiana celular
S. griseusEstreptomicinaAminoglucósido30S
S. orientalisVancomicinaCarboxiglicósidoPared celular
S. venezuelaeCloranfenicolDerivado del benceno50S
S. mediterraneiRifampicinaAnsamicinaRNA-pol del DNA
S. fradiaeNeomicina Aminoglucósido 30S
S. kanamyceticusKanamicina Aminoglucósido 30S
S. erythraeusEritromicinaMacrólido50S
S. aureofaciensTetraciclinaTetraciclina30S

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