1.2 MÉTODOS DE OBSERVACION Y ESTUDIO
1.3 COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA
2 CAPA “S” (CAPA SUPERFICIAL PARACRISTALINA)
La cápsula se puede definir como una estructura superficial que presentan muchas bacterias en sus ambientes naturales, consistente en acumulación de material mucoso o viscoso, situado externamente respecto de la pared celular (o, en su caso, respecto de la capa S y de la vaina). Las cápsulas se pueden describir en función de:
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su grado de asociación con la superficie celular subyacente (sobre todo pared):0
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su consistencia y sus límites externos:
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Hay una cierta confusión en la nomenclatura de las cápsulas. Nosotros usaremos los siguientes conceptos:
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Cápsulas en sentido estricto son aquellas de tipo rígido e integral. |
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Capas mucilaginosas son las de tipo flexible y periférico. |
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Glucocálix es el conjunto de estructuras superficiales bacterianas, exteriores respecto de la pared celular, y compuestas de polisacárido. |
Las cápsulas son estructuras inertes, “no vivas”, carentes de papel activo (metabólico), pero que confieren a las bacterias importantes propiedades:
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Adhesión a células hermanas, generando microcolonias y consorcios. |
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Adhesión a sustratos inertes o vivos, lo que les permite `la colonización de sus nichos ecológicos (p. ej., tejidos de organismos superiores) |
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Protección contra agentes antibacterianos. |
Su observación a microscopía óptica en fresco es difícil, ya que su índice de refracción es similar al del medio. Al ser una estructura muy hidratada (99% de agua), su observación con las técnicas habituales de microscopía electrónica de transmisión (MET) y de barrido (MEB) revela una notable contracción de su estructura. Además, los colorantes habituales tienen poca afinidad hacia ella.
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Imagen a microscopía óptica de la cápsula del neumococo (Streptococcus pneumoniae) |
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A microscopía óptica: Se recurre a tinción negativa por medio de nigrosina o tinta china (resaltan como un halo transparente sobre el fondo oscuro del porta). |
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A microscopía electrónica: Hay que recurrir a la estabilización previa de la estructura capsular (para evitar su contracción ulterior) por medio de anticuerpos anticapsulares o de lectinas. Tras esta operación, se procede a la tinción por una ferritina catiónica (p. ej., el rojo de rutenio), con afinidad hacia polianiones. |
Para investigar más sobre la estructura de la cápsula se recurre igualmente a difracción de rayos X del polisacárido capsular.
Aislamiento del material capsular:
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El material de las capas mucosas (es decir, de las cápsulas flexibles y periféricas) es muy fácil de aislar, ya que tiende a dispersarse continuamente en el medio de cultivo. Por lo tanto, se puede aislar directamente de los sobrenadantes resultantes de la centrifugación del cultivo correspondiente. |
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El material de las cáspulas rígidas e integrales puede aislarse tratando al cultivo con agua caliente o con ácidos o álcalis débiles. |
En general, el material capsular se compone de macromoléculas asimétricas que, en muchos casos constan de una serie de unidades repetitivas: polisacáridos o polipéptidos.
1) cápsulas polisacarídicas
a) Heteropolisacáridos aniónicos, cuyas unidades repetitivas constan de azúcares (osas), aminoazúcares, ácidos urónicos, polioles (en muchos casos con radicales fosfato, formiato, succinato, etc.).
b) Homopolisacáridos neutros, como
i) levanos (polímeros de unidades de fructosa unidas por b(2 à6)
ii) dextranos
iii) celulosa
c) alginatos (p. ej., en Azotobacter, Pseudomonas), consistentes en una alternancia de distintos tipos de ácidos urónicos.
2) cápsulas polipeptídicas (sólo encontradas en el género Bacillus). Están formadas por glutamil-polipéptidos. Así p. ej., en B. anthracis el péptido es sólo de D-glutámico.
Las cápsulas y capas mucilaginosas bacterianas constituyen el llamado antígeno K (capsular). Una misma especie puede constar de distintas razas, cada una de ellas con un Ag K distintivo, distinguible del de las demás por su composición química y su inmunorreactividad. Por ejemplo, en Escherichia coli se encuentran unos 70 tipos diferentes de especificidades de Ag K.
Las cápsulas polisacarídicas están unidas a la superficie subyacente, sobre todo a la pared celular.
La estructura es a base de una matriz muy hidratada, con una ordenación regular radial, o a veces, en láminas concéntricas.
En laboratorio, muchas bacterias suelen perder la capacidad de formar cápsulas al cabo de varios subcultivos. Así pues, la posesión o no de cápsula es algo que no afecta a la viabilidad de las bacterias. Pero en medios naturales, las cápsulas confieren a las bacterias una serie de propiedades, que dependen del nicho ecológico particular donde viva cada bacteria. Estudiaremos una serie de propiedades o papeles generales, comunes a todas las cápsulas, para concluir con algunos ejemplos de papeles específicos.
1) Mejora en las propiedades de difusión de nutrientes hacia la célula. Los polisacáridos extracelulares aniónicos funcionan como una resina de intercambio.
2) Protección contra la desecación
3) Protección contra la predación por parte de protozoos.
4) Protección contra agentes antibacterianos:
a) contra metales pesados
b) contra bacteriófagos
c) contra células fagocíticas (p. ej., la cápsula del neumococo)
d) contra detergentes
e) contra anticuerpos
5) Adhesión a sustratos:
a) sobre sustratos inertes: propiedad importante, sobre todo en medios acuáticos. La mayoría de las bacterias acuáticas no son planctónicas, sino que viven en interfases (superficies, sedimentos), donde los nutrientes difunden mejor. Veamos cómo se produce el proceso:
i) la bacteria se adhiere por la cápsula al sustrato;
ii) la cápsula supone un aumento de superficie bacteriana, lo que se traduce en una mejora en la capacidad de absorber nutrientes;
iii) la bacteria se multiplica, formándose una microcolonia donde los individuos están más protegidos frente a los agentes antibacterianos;
iv) se forman consorcios con otros microorganismos. Ello permite una “alianza” o colaboración metabólica entre distintas especies, por la que se produce la degradación concertada de sustratos insolubles.
Esta propiedad tiene una serie de importantes secuelas económicas:
· corrosión y obstrucción de cañerías;
· formación de placa dental y caries;
· formación de biopelículas en catéteres y prótesis quirúrgicas
b) sobre sustratos vivos (tejidos de organismos superiores):
i) En sistemas “normales” (efectos benéficos): La flora (= microbiota) autóctona que coloniza los epitelios de los animales superiores está englobada en glucocálix, estando las bacterias adheridas a la superficie tisular. Es decir, las cápsulas pueden actuar como adhesinas (moléculas para la adhesión). Otro ejemplo de ello lo da la microflora autóctona de la simbiosis del rumen
ii) En sistemas patológicos: La cápsula es uno de los factores de virulencia, de los que depende el inicio de muchas infecciones por parte de bacterias patógenas. Si, además, la flora autóctona del individuo afectado está alterada o disminuida, esto supone un nicho ecológico vacío o perturbado, que puede ser colonizado por bacterias patógenas, en parte gracias a su glucocálix, que además las protege frente a surfactantes, células fagocíticas, anticuerpos, etc. Muchas cápsulas polisacarídicas no son reconocidas como material extraño por el sistema inmune, debido a que su estructura “mimetiza” estructuras del propio hospedador. Otras cápsulas sobrapasan la capacidad de respuesta del sistema inmune, o bien no activan eficientemente al sistema complemento.
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Imagen animada que muestra el modo en que la cápsula bacteriana evade la acción del complemento del hospedador mamífero: El componente C3b del complemento tiende a fijarse sobre la superficie bacteriana, pero esto es más difícil si la bacteria posee cápsula. Por otro lado, la célula fagocítica, provista del receptor para C3b no puede interacionar bien con la bacteria, de modo que se evita la fagocitosis. |
Entre las propiedades conferidas por las cápsulas a algunas bacterias tenemos:
1) Como receptores para ciertos bacteriófagos.
2) En las bacterias tropicales fijadoras de N2 atmosférico, de los géneros Derxia y Beijerinckia la gruesa y espesa cápsula actúa como barrera frente a la difusión de O2, con lo cual evitan la inactivación de la enzima nitrogenasa.
3) En Rhizobium (fijador de N2 en simbiosis con las raíces de leguminosas) el polisacárido extracelular actúa en la fase de reconocimiento entre la bacteria y la planta específica, a través de lectinas de esta última.
4) En Acetobacter xylinum la cápsula es a base de fibrillas de celulosa que retienen burbujas de aire, lo cual hace que la bacteria flote hasta su nivel adecuado.
Capa que, en muchas eubacterias (sobre todo Gram-positivas), envuelve a la pared celular, formada por el ensamblaje regular de subunidades idénticas de proteínas o glucoproteínas. En Gram negativas la capa S se une a la membrana externa, mientras que el Gram positivas lo hace al peptidoglucano. En muchas Arqueas es la única capa que rodea al protoplasto, por lo que en ellas cumple funciones de auténtica pared celular.
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Disposición |
unidades morfológicas |
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simetría binaria: filas oblicuas paralelas |
dímeros |
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simetría cuadrangular: |
tetrámeros |
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simetría hexagonal: |
hexámeros |
La unión entre los monómeros se realiza por enlaces no covalentes:
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hidrófobos |
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iónicos, bien directos, o por mediación de cationes |
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puentes de hidrógeno |
Papel:
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En eubacterias provistas de pared celular. la capa S cumple varios papeles
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En Arqueas da forma y rigidez a muchas especies, ejerciendo papeles equivalentes al de una pared celular.
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Son estructuras tubulares (ramificadas o no) compuestas de un heteropolímero, a base de proteína, lípido y polisacárido, que engloban a conjuntos de células bacilares en cadenetas o filas. La vaina está en contacto con la pared celular subyacente, pero no hay enlaces entre ambas. En Sphaerotilus y Leptothrix las vainas se recubren de acúmulos de óxidos e hidróxidos de Fe y Mn. Conforme se dividen por fisión binaria, las células de los extremos del filamento van sintetizando nuevo material de la vaina que las va rodeando.
Las Arqueas Methanothrix y Methanospirillum poseen vainas proteicas con subunidades dispuestas en anillos, y son las que confieren la forma.
Son acúmulos de mucopolisacáridos ácidos, segregados en puntos concretos de la célula, a nivel de pared celular, extremos de prostecas y pedúnculos o de tallos inertes en algún momento del ciclo de vida de ciertas bacterias. Facilitan la unión de las bacterias que los poseen a sus sustratos. Como ejemplo, los discos adhesivos (“holdfast”) en el extremo de las prostecas de Caulobacter .
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Actualizado el martes, 14 de octubre de 2003
