Arqueas y bacterias


Ana Zita
Ana Zita
Doctora en Bioquímica

Las arqueas y las bacterias son procariontes, seres vivos unicelulares cuyo material genético no está encerrado en un compartimiento intracelular.

Inicialmente las arqueas eran consideradas bacterias, y de hecho se las conocía como arqueabacterias. Gracias a los estudios de Carl R. Woese y a los avances tecnológicos en la secuenciación genética, las arqueas y las bacterias fueron separadas en diferentes grupos filogenéticos. Ahora los organismos vivos se clasifican en tres dominios:

  • Dominio Bacteria: donde están las bacterias.
  • Dominio Archaea: donde se incluyen las arqueas.
  • Dominio Eukarya: donde se incluyen todos los eucariotes (plantas, hongos y animales).
Diferencias Arquea Bacteria
Dominio Archaea Bacteria
Enlace de carbono de los lípidos Éter Ester
Columna de fosfato de los lípidos Glicerol-1-fosfato Glicerol-3-fosfato
Metabolismo Parecido a las bacterias Bacteriano
Localización Extensa, se localizan en ambientes extremos Extensa
Aparato de transcripción Parecido a eucariontes Bacteriano
Núcleo y organelos Ausente Ausente
Metanogénesis Presente Ausente
Patógenos No Si
Subunidad del ARN ribosomal 16S 16S
Pared celular No contiene peptidoglicano Contiene peptidoglicano
Esporas No forman esporas Algunas bacterias forman esporas
Ejemplos Halobacterium salinarum Escherichia coli

Arquea

Halobacterium salinarum Salinas de Fuentecaliente
Salinas de Fuentecaliente en las Islas Canarias, España. El color amarillo es debido a la arquea Halobacterium salinarum.

Las arqueas son organismos microscópicos que se descubrieron hace apenas 130 años aunque inicialmente se pensaba que eran bacterias. Las arqueas constituyen la tercera rama del árbol de la vida, entre las bacterias y los eucariontes.

El primer genoma secuenciado completamente de una arquea fue el de Methanococcus jannaschii publicado en 1996.

Características de las arqueas

Las arqueas presentan una estructura similar a las bacterias: ADN circular, membrana plasmática, pared celular, citoplasma y ribosomas. Sin embargo, la membrana celular de las arqueas se caracteriza por la incorporación de lípidos isoprenoides con enlaces éter unidos a una base de glicerol-1-fosfato.

Tienen sistemas de procesamiento de información como las bacterias y los eucariontes, esto es, replicación, transcripción y traducción del ADN, aunque se parecen más a los últimos.

Son de tamaño microscópico, pudiendo ser tan pequeñas como en el orden de los 400-500 nanómetros. Presentan formas parecidas a las bacterias: redondeadas (cocos), cilíndricos (bacilos) y formas irregulares. De hecho, el primer microorganismo cuadrado (Haloquadratum walsbyi) fue una arquea descubierta en 1980 en la Península del Sinai.

Las arqueas no realizan la fotosíntesis y tampoco forman esporas. Producen metano a partir de compuestos biológicos por el proceso de metanogénesis.

Las arqueas son seres que pueden vivir en ambientes extremos: o temperaturas muy altas o muy bajas. Por eso se las califica como extremófilos. No obstante, no todos los organismos extremófilos son arqueas, ni todas las arqueas son extremófilas.

Hasta ahora no se conocen ninguna arquea patógena, es decir, que produzca enfermedad en animales o plantas.

Dominio Archaea

La clasificación de las arqueas como un dominio distinto surgió por los estudios de Carl Woese al final de los 1960s usando la secuencia del ARN ribosomal como marcador. Así, estos organismos conforman un dominio propio separado de las bacterias y eucariontes, dominio Archaea, que a su vez presenta varias divisiones principales o fila que van creciendo a medida que se estudian nuevos especímenes.

Crenarchaeota

La mayoría son hipertermófilos y termoacidófilos. Los termoacidófilos (incluyendo los hipertermófilos, los cuales crecen más rápido por arriba 80ºC) colonizan ambientes terrestres volcánicos y los respiraderos hidrotermales en aguas profundas. Pueden crecer en presencia o ausencia de oxígeno y ser heterótrofos o autótrofos.

Ejemplos de Crenarchaeota son Metallosphaera sedula (aislado de un volcán en Italia) y Thermoproteus neutrophilus (encontrado en aguas termales).

Euryarchaeota

En este filo se agrupan una gran cantidad de familias con hábitats variados. Por ejemplo, los metanógenos se encuentran en ambientes acuáticos anaeróbicos y en el tracto gastrointestinal de los animales, donde participan en la conversión de materia orgánica al utilizar los productos metabólicos de las bacterias (por ejemplo CO2, hidrógeno H2, acetato y formato) y los convierten en metano (CH4).

Por otro lado, las haloarqueas viven en ambientes hipersalinos (como las salinas, lagos y el Mar Muerto) donde crecen como heterótrofos, a menudo en asociación con algas fototrópicas. La arquea cuadrada Haloquadratum walsbyi es un representante halófilo.

Nanoarcheota

A este grupo pertenece Nanoarcheum equitans, la arquea más pequeña (400 nm) encontrada hasta el momento. Fue identificada como pequeños puntos que crecían junto a a otra arquea (Ignicoccus hospitalis).

Thaumarchaeota

Esta división fue reconocida en el 2008 y sus miembros están ampliamente extendidos en ambientes marinos de temperaturas medias. Un ejemplo es el Nitrosopumilus maritimus, encontrado en un tanque marino tropical del Acuario de Seattle, en Washington (EE.UU.).

Bacterias

Bacterias Aeromonas hydrophila
Algunas bacterias se pueden cultivar en medios especiales (Imagen de colonias de Aeromonas hydrophila en agar, tomado por Nathan Reading)

Las bacterias son microorganismos unicelulares procariontes, es decir no poseen núcleo definido por una membrana nuclear. Se encuentra ampliamente distribuidos en la biósfera y fueron las primeras formas de vida ancestrales.

En el cuerpo humano existen más células bacterianas que células humanas. Las bacterias que residen en el intestino reciben el nombre de microbioma gastrointestinal y tienen un papel fundamental en el estado de salud del individuo.

De la gran variedad de especies bacterianas conocidas, sólo unas cuantas son patógenas para el ser humano, la inmensa mayoría son inocuas. Ejemplos de especies patógenas son el Haemophilus influenza (que puede causar meningitis y neumonía en niños menores de cinco años) y el Vibrio cholerae (que causa el cólera).

Características de las bacterias

Las células bacterianas poseen ADN circular cromosómico, plásmidos, membrana celular, citoplasma, ribosomas y pared celular.

La pared celular bacteriana contiene peptidoglicanos compuestos de cadenas de polisacáridos que estan interconectados con péptidos inusuales. Funciona como una capa protectora y le da forma a la bacteria. Las formas de las bacterias son variadas; pueden ser esféricas, cilíndricas, espiraladas o en forma de coma.

Algunas bacterias poseen una capsula fuera de la pared celular. La capsula le permita a las bacterias adherirse a las superficies, protegerse contra la deshidratación y contra el ataque de células fagocíticas.

Los plásmidos son pequeños fragmentos de ADN que se encuentran separados del ADN principal (ADN cromosómico) y que puede ser transmitidos entre bacterias.

Algunas especies tienen flagelos que se usan para locomoción y pili que se usan para adherirse a superficies.

Dominio Bacteria

Las bacterias se dividen en dos grandes grupos según su reacción a una técnica de tinción: Gram-positivo y Gram-negativo. Esta tinción fue inventada por Hans Christian Gram (1853-1938).

Las bacterias Gram-positivas poseen una pared celular compuesta por hasta 90 % de peptidoglicanos y el resto por ácidos teicoicos. Ejemplos de bacterias Gram-positivas son los estafilococos Staphylococcus aureus que se encuentra en la piel.

Las bacterias Gram-negativas poseen una pared celular relativamente fina con solo 10% de peptidoglicanos, recubierta por una envoltura externa compuesta de lipopolisacáridos y lipoproteinas. Ejemplos de bacterias Gram-negativas son los meningococos Neisseria meningitidis, agente causante de la meningitis meningocóccica.

El dominio Bacteria (antes llamado Eubacteria) representa la primera rama de la división del árbol de la vida. Este grupo presenta una gran variedad de fila de las que podemos mencionar:

  • Proteobacteria: organismos Gram-negativos como la Escherichia coli y la Salmonella sp.
  • Chlamydias: organismos Gram-negativos aeróbicos patógenos como Chlamydia trachomatis y Chlamydia pneumoniae.
  • Espirochetas: bacterias con formas onduladas como la Spirochaeta halophila.
  • Cyanobacteria: bacterias que realizan la fotosíntesis.
  • Bacterias Gram-positivas: como los lactobacilos, que producen ácido láctico y se usan en la elaboración del yogurt.

Diferencias entre arqueas y bacterias

Las principales diferencias entre arqueas y bacterias estan en la composición de la membrana y la pared celular, el metabolismo y la maquinaria genética.

Composición de la membrana plasmática

fosfolipidos arqua y bacteria
Diferencias en los fosfolípidos y la membrana celular entre arqueas y bacterias.

La membrana celular de las arqueas se diferencia de las bacterias en el tipo de fosfolípidos que la conforman. Los fosfolípidos de membrana de las bacterias están conformados por dos cadena lineales de ácidos grasos, unidos por enlaces ester a un glicerol con un grupo fosfato en el tercer carbono. Dos capas de estos fosfolípidos forman la membrana. Por eso se llama bicapa lipídica y es similar a la estructura de membrana de los eucariontes.

Por su parte, los fosfolípidos en la membrana de las arqueas están conformados por cadenas largas (de 20 a 25 carbonos) y ramificadas de isoprenoides, que se unen a cada extremo por enlaces éter a un glicerol, que en este caso tiene un grupo fosfato en el primer carbono. Este tipo de fosfolípido forma una monocapa lipídica.

Pared celular

A diferencia de las bacterias, la pared celular de las arqueas no contiene peptidoglicanos y esta formado por proteinas, polisacáridos o glicoproteinas. Algunas arqueas poseen un pseudopeptidoglicano con diferentes azúcares en el polisacárido.

Metabolismo

Una característica que distingue a ciertas especies de arqueas de las bacterias es su capacidad para generar metano a partir de dióxido de carbono y otros compuestos orgánicos como el acetato y el formato. Aunque las arqueas pueden generar su fuente de energía a partir de la luz, estas no realizan el proceso de fotosíntesis, como sí lo hacen las cianobacterias.

Maquinaria genética

La procesamiento de la información genética en las arqueas es más parecido a los eucariotes que a las bacterias. Mientras en el ADN bacteriano hay un sitio de origen de la replicación, el ADN arqueal posee varios sitios de iniciación de la replicación. El primer aminoácido en la síntesis de proteínas en las bacterias es la formil-metionina, mientras que en las arqueas es la metionina.

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Ana Zita
Ana Zita
Doctora en Bioquímica por el Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC), con licenciatura en Bioanálisis de la Universidad Central de Venezuela.