Taxonomia

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CLASIFICACIN DE LOS MICROORGANISMOS

CLASIFICACIN DE LOS MICROORGANISMOS. Fundamentos. Rangos taxonmicos. Nomenclatura. OBJETIVOS ESPECFICOS Al finalizar el tema el estudiante podr: 1. Establecer la importancia de la clasificacin de los microorganismos. 2. Identificar la ubicacin de los diferentes grupos microbianos en el mundo biolgico. 3. Definir Taxonoma y Fiilogenia. Sealar el objetivo de Taxonoma. 4. Enumerar los diferentes enfoques de la Taxonoma bacteriana, sealando su funda-

mento y aplicaciones. 5. Citar y ordenar jerrquicamente los rangos taxonmicos. 6. Definir Nomenclatura y sealar su objetivo. 7. Establecer la diferencia entre Taxonoma y Nomenclatura. 8. Clasificar a los microorganismos en base a las caractersticas morfolgicas y/o fisio-

lgicas, utilizando los esquemas correspondientes. 9. Discutir las bases de la clasificacin de los virus y cmo ellas difieren de las usadas

para la clasificacin de los otros microorganismos.

CLASIFICACIN DE LOS MICROORGANISMOS ______________________________________________________________________________________________________

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Para poder comprender la gran diversidad de organismos existentes es preciso agruparlos y organizar los grupos generales en una estructura jerrquica sin superposiciones. De eso se encarga la TAXONOMA, que es la ciencia de la clasificacin biolgica. La taxonoma en su sentido ms amplio se descompone en tres partes independientes pero interrelacionadas:

Clasificacin Nomenclatura Identificacin

La clasificacin es la estructuracin de los organismos en grupos o taxones en funcin de semejanzas mutuas o del parentesco evolutivo. La nomenclatura es la rama de la taxonoma que se ocupa de la asignacin de nombres a grupos taxonmicos de conformidad con normas publicadas. La identificacin constituye el lado prctico de la taxonoma que consiste en establecer que un organismo determinado pertenece a un taxn reconocido. Se han distinguido diversas posturas ante las relaciones entre la Taxonoma (facilitan el an-lisis comparativo) y la Filogenia (historia evolutiva de los taxones, sostenida por algunos ec-logos), ambas se consideran herramientas o mtodos que permiten dar un nombre tipificado a determinadas entidades. Existen posturas contrarias que conciben a la Taxonoma como una aproximacin a la Filogenia, debiendo reflejar la evolucin de las especies y, por tanto, considerando a ambas disciplinas como interdependientes. En fin, la taxonoma microbiana es un tema muy amplio y que requiere del conocimiento de muchos aspectos, en este tema nos centraremos en los principios generales y daremos al-gunos ejemplos. Desarrollo de la Taxonoma Microbiana El creador de la Taxonoma fue el botnico sueco Carl von Linneo, su sistema de nomencla-tura, el sistema binomial, se usa todava en la actualidad. Hasta mediados del siglo XIX se conocan slo dos reinos, animal y vegetal. Luego de co-menzar a conocerse la existencia de microorganismos, en 1866, Ernst Haeckel cre un ter-cer reino que llam los Protistas. Con el desarrollo del microscopio fue posible el reconocimiento de las clulas eucariotas y procariotas y eso condujo a la ubicacin de las bacterias en un reino separado de microor-ganismos sin ncleo al que se le dio el nombre de Procariotae, tal como lo propuso Robert G. E. Murray en 1968. En 1969, R. H. Whittaker propuso un sistema de clasificacin en cinco reinos: Monera, incluye a todos los microorganismos procariotas. Protista, incluye a todos los microorganismos eucariotas unicelulares u ocasionalmente

multicelulares. Fungi, reino que incluye a los hongos en sus diversas formas.


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Plantae, corresponde al reino vegetal Animalia, corresponde al reino animal. Posteriormente, nuevas tcnicas de biologa molecular se usaron para estudiar la composi-cin del ARN ribosmico y revelaron que hay realmente dos tipos de clulas procariotas (ar-queas y bacterias) y un tipo de clulas eucariotas. En 1978, Carl R. Woese propuso elevar los tres tipos de clulas a un nivel por encima del reino, llamado dominio y de ah surgi el sistema de cla-sificacin de tres dominios que se conoce en la actualidad y que comprende: Bacteria (procariotas unicelulares cuya pared celular contiene peptidoglucano) Arquea (procariotas unicelulares cuya pared celular no contiene peptidoglucano) Eukarya (todos los eucariotas) Los virus no son asignados a ningn reino ya que ellos son microorganismos acelulares que comparten slo unas pocas caractersticas de seres vivientes. ENFOQUES DE LA TAXONOMA BACTERIANA 1. ENFOQUE CLSICO Se denomina as porque es el que se ha utilizado durante ms de 100 aos. Se determinan caractersticas de diferentes microorganismos y esas caractersticas se utilizan despus en

Bacterias Archaea Eucarya

Aquifex

Thermotoga

Flavobacterias

Cianobacterias

Proteobacterias Espiroquetas

Bacterias Grampositivas

Bacterias Verdesno azufradas

Pyrodictium

ThermoproteusThermococcus

Methanococcus

Methanobacterium

Methanosarcinahalobacterias

Thermoplasma

DiplomonasMicrosporidia

Tricomonas

Flagelados

Ciliados

Plantas

Hongos

Animales

Entamoeba

Mohos mucosos

Bacterias Archaea Eucarya

Aquifex

Thermotoga

Flavobacterias

Cianobacterias

Proteobacterias Espiroquetas

Bacterias Grampositivas

Bacterias Verdesno azufradas

Pyrodictium

ThermoproteusThermococcus

Methanococcus

Methanobacterium

Methanosarcinahalobacterias

Thermoplasma

DiplomonasMicrosporidia

Tricomonas

Flagelados

Ciliados

Plantas

Hongos

Animales

Entamoeba

Mohos mucosos

Adaptado de G..J. Olsen y C. R. Woese. Ribosomal RNA: A key to Phylogeny en The FASEB 7:113-123, 1993.


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la separacin de los grupos. La unidad taxonmica de la Microbiologa es el CLON o CEPA, se denomina as a una poblacin de clulas genticamente idnticas derivadas de la divisin sucesiva de una sola clula. Un grupo de cepas que tiene la mayora o todas las caractersticas en comn ser clasificado como una ESPECIE, y las especies relacionadas se clasifican en el mismo GNERO. En general en este enfoque se le da ms valor a las caractersticas estructurales y morfolgicas que a las fisiolgicas y bioqumicas por las razones siguientes: La morfologa de una bacteria es el resultado de la expresin de un gran nmero de

genes que controlan enzimas, las cuales a su vez determinan la sntesis de diversos componentes estructurales.

La morfologa tiene un cierto grado de independencia de las influencias ambientales y en

general las bacterias presentan las mismas formas y estructuras en los diversos ambientes en los que se desarrollan.

La morfologa es por lo general una caracterstica estable genticamente y no sufre

amplios cambios como resultado de mutaciones en un solo gen. La morfologa de una bacteria es fcil de determinar con la ayuda de un microscopio. Entre las caractersticas no morfolgicas que tienen valor taxonmico tenemos: compo-sicin qumica de la pared celular, inclusiones citoplasmticas y productos de reserva, composicin qumica de la cpsula, pigmentos, requerimientos nutricionales, capacidad para usar diferentes fuentes de carbono, nitrgeno, azufre y energa, productos de fermentacin, necesidades gaseosas, requerimientos y tolerancias de temperatura y pH, sensibilidad a antibiticos, patogenicidad, relaciones simbiticas, caractersticas inmu-nolgicas, hbitat, etc. Algunas de estas caractersticas pueden no ser aplicables en un grupo en particular, depen-diendo del caso variarn el nmero y tipo de los datos recopilados para efectuar una buena clasificacin. El enfoque clsico es casual y no sistemtico, pero resulta muy til para algunos grupos de bacterias. 2. ENFOQUE GENTICO O MOLECULAR Tiene por objeto determinar el grado de relacin gentica de diferentes organismos. Este enfoque involucra estudios diseados para demostrar directa o indirectamente que las se-cuencias de bases del ADN de dos organismos son semejantes o idnticas, lo cual puede hacerse de varias maneras.


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2.1 Composicin de bases del ADN o del ARN r Es posible mediante mtodos fsicos o qumicos saber el contenido de bases del ADN, el que por convenio se expresa en %G+C. Diferencias en %G+C mayores de 10% nos indican que las cepas estudiadas no estn estrechamente relacionadas, pero proporciones de bases semejantes no nos indican con certeza que las cepas estudiadas estn relaciona-das, ya que las bases podran estar en la misma proporcin pero en secuencias diferentes. Las tendencias ms recientes para establecer relaciones filogenticas se basan en la com-paracin de las secuencias de ARN ribosmico. 2.2 Hibridizacin y homologa de cidos nucleicos Este procedimiento est basado en la capacidad que tienen las cadenas de ADN de un or-ganismo para formar un hbrido con las cadenas de ADN de otro organismo o entre dos muestras de ADN desnaturalizado, uno de los cuales est marcado con un radioistopo o con un colorante fluorescente, para posteriormente cuantificar. Para ello se requiere siempre un punto de referencia el cual es suministrado por ADN de una cepa de referencia que es preparado marcado y no marcado. La cantidad de reasociacin entre estos 2 ADN homlogos es determinada y se le asigna un valor del 100%. La cantidad de reaso-ciacin entre el ADN de referencia y ADN de otra cepa puede ser medido y expresado co-mo un porcentaje del valor para la reasociacin de ADN de la cepa de referencia. La tcnica de hibridizacin es ms eficaz si uno de los cidos nucleicos que se van a re-asociar (hibridizar) est en forma de fragmentos muy pequeos, por lo que previamente los cidos nucleicos se someten a una agitacin a alta velocidad. Para estudios de orga-nismos con parentescos ms lejanos puede utilizarse tambin ARN en vez del segundo ADN, ya que el ARN representa una pequea porcin del genoma del ADN total.

ADN del microorganismo BADN del microorganismo A

Calentar para

separar las cadenas

Combinar las cadenas

simples de ADN

Enfriar para permitir

la renaturalizacin del

ADN de doble cadenaDeterminar el grado de

hibridizacin

Hibridizacin parcial

Microorganismos relacionados

Hibridizacin completa

Microorganismosidnticos

No hibridizacin

Microorganismos norelacionados

Fig. 10.15 Microbiology An introduction Tortora et al 7th edition

Hibridizacin de cidos nucleicos


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Estas tcnicas de biologa molecular han dado lugar a nuevas herramientas moleculares que se han adoptado rpidamente al campo del diagnstico microbiolgico. Este nuevo enfoque utiliza factores genotpicos ms que fenotpicos para identificar microorganismos especficos. Un ejemplo de estas tcnicas modernas de identificacin lo constituyen las sondas de cido nucleico, son oligonucletidos cortos y de secuencia nica que se emplean como sonda de hibridizacin para la identificacin de microorganismos. Estos mtodos son altamente sensi-bles y especficos. 2.3 Homologa entre protenas: Hay muchos mtodos para comparar protenas, de los cuales el ms seguro es la determi-nacin de la secuencia de aminocidos de la protena purificada. Como esta secuencia est directamente relacionada con la secuencia de bases de los genes que controlan su sntesis, secuencias similares de aminocidos en protenas funcionalmente similares indican que los organismos tienen secuencias similares de bases para estos genes. 3.4 Recombinacin gentica: En bacterias que poseen mecanismos para recombinacin gentica, puede demostrarse proximidad gentica por medio de estudios sobre la eficacia del intercambio gentico.

Fig. 10.16 Microbiology An introduction Tortora et al 7th edition

Uso de sondas de ADN para identificar bacterias

Plasmidio Fragmentode ADN deSalmonella

Un fragmento de ADNde Salmonella esclonado en E. coli

La muestra de bacteriasdesconocidas se recogen sobreun filtro

Las clulas se lisan yliberan el ADN

El ADN se separa encadenas sencillas

Los fragmentos de ADN clonados semarcan con un colorante fluorescente yse separan en cadenas sencillas formandosondas de ADN

Las sondas de ADN sele aaden al ADN de labacteria desconocida

Sonda de ADNfluorescente

ADN de Salmonella

ADN de otra bacteriaLas sondas de ADN hibridizan con el ADN deSalmonella. Luego el exceso de la sonda se lava.La fluorescencia indica la presencia de Salmonella

Ejemplo del uso de sondas de ADN para la identificacin bacteriana


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Sin embargo como incluso bacterias muy relacionadas no pueden aparearse por diversas razones, el anlisis de la recombinacin gentica hace posible el reconocimiento de seme-janzas pero no de diferencias, puesto que si no ocurre recombinacin, no se puede decir por esta sola razn que no estn relacionadas. NOMENCLATURA Es el darle nombre a los microorganismos y su objetivo es precisamente elegir el nombre adecuado y nombrar el germen siempre por el mismo nombre evitando as confusiones. Es importante diferenciar entre taxonoma y nomenclatura, ya que nomenclatura es nica-mente darle el nombre al organismo luego que se ha completado el trabajo taxonmico. Para nombrar las bacterias se usa el esquema binomial en el cual el nombre de la bacteria est constituido por 2 palabras; la primera es una palabra en latn o latinizada, que se escri-be con la primera letra en mayscula e indica el GNERO, usualmente esta palabra provie-ne del nombre del descubridor u otro cientfico relacionado o describe la morfologa del microorganismo. La segunda palabra indica la ESPECIE, se escribe con minscula, y es usualmente descriptivo refirindose al color, origen, patogenicidad, etc. Ejemplo: Bacillus subtilis Gnero Especie Los nombres cientficos de las bacterias deben ser escrito en letra cursiva (Itlica) o en su defecto cada palabra debe ser subrayada. Las reglas y mtodos del sistema de Nomenclatura Bacteriana se encuentran en el Cdigo Internacional de Nomenclatura Bacteriana. IDENTIFICACIN La informacin acerca de los microorganismos obtenidas de los mtodos ya citados, nos permite no slo la clasificacin de nuevos microorganismos sino tambin la identificacin de los microorganismos ya conocidos, aislados de muestras de orgenes diversos. Dos de los mtodos utilizados para la identificacin son: las claves dicotmicas y los clado-gramas. Claves dicotmicas Con el uso de las claves dicotmicas, la identificacin se basa en preguntas sucesivas, y cada pregunta tiene dos respuestas posibles. Despus de responder una pregunta, se dirige al investigador a otra pregunta hasta que el microorganismo es identificado. Aunque estas claves a menudo tienen poco que ver con las relaciones filogenticas, son de gran valor para la identificacin. Cladogramas


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Son mapas o diagramas, como el que se presenta en la pgina 3, que muestran relaciones evolutivas entre los microorganismos, basados principalmente en la secuenciacin del ARN ribosmico. MANUAL BERGEY DE BACTERIOLOGA SISTEMTICA Para la clasificacin, identificacin y nomenclatura de las bacterias, la mejor referencia que existe es el Bergey's Manual of Sistematic Bacteriology, conocido como el Manual Ber-gey. La edicin ms reciente est siendo publicada progresivamente, y estar constituida por 5 volmenes, en ella estarn incluidas todas las especies de bacterias conocidas para la fecha de su publicacin y a diferencia de la anterior que tena un enfoque que enfatizaba en las caractersticas fenotpicas, esta edicin tiene un anlisis filogentico basado en la se-cuenciacin del ARN r, del ADN y de las protenas. RANGOS DE LOS GRUPOS TAXONMICOS Un grupo taxonmico es un grupo de microorganismos tratados como un grupo con nombre en una taxonoma formal. Las categoras taxonmicas que se dan a continuacin estn colocadas en rango taxo-nmico descendente: Clase Orden Familia Tribu Gnero Especie El nombre del grupo taxonmico entre el orden y el gnero se forma aadiendo el sufijo correspondiente a la raz del nombre del gnero tipo. Grupo taxonmico Sufijo Ejemplo Orden -ALES Pseudomonadales Familia -ACEAE Pseudomonadaceae Tribu -EAE Pseudomonadeae Gnero Pseudomonas CLASIFICACIN DE LOS HONGOS La identificacin y clasificacin de los hongos filamentosos est basada principalmente en sus rasgos estructurales y morfolgicos. Algunos hongos tienen una apariencia tan carac-terstica que pueden ser identificados fcilmente, pero en la mayora de los casos se requie-re observar una preparacin del hongo al microscopio y estudiar sus caractersticas tales como: Morfologa de las hifas


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Presencia o ausencia de septos Ramificaciones Tipo de esporas Caractersticas de las colonias, las que se estudian macroscpicamente La clasificacin de las levaduras usa principalmente el enfoque clsico con un gran nfasis en pruebas bioqumicas de utilizacin de carbohidratos. El esquema taxonmico tradicional empleado para la clasificacin de los hongos los ubica en cuatro divisiones, basndose fundamentalmente en variaciones en la reproduccin sexual. Divisin ESPORAS

ASEXUALES ESPORAS SEXUALES

MICELIO EJEMPLOS

Zygomycota (Zi-gomicetos)

Endgenas (en sacos)

Oosporas Zigosporas

Cenoctico Rhizopus, Mucor

Ascomycota (Ascomicetos)

Exgenas (en las puntas o lados de las hifas)

Ascosporas Septado Penicillium, Aspergillus, Levaduras

Basidiomycota (Basidiomicetos)


Basidiosporas Septado Setas Royas Tizones

Deuteromycota (Deuteromicetos) (Hongos imperfec-tos)


- Septado La mayora de los pat-genos de humanos y animales

CLASIFICACIN DE LOS VIRUS Dependiendo del tipo de clula que infectan, los virus se clasifican en: a. Virus animales b. Virus de plantas c. Virus de bacterias o bacterifagos De ahora en adelante, nos vamos a ocupar de los virus animales, debido al gran nmero de enfermedades de origen viral que afectan al hombre y a los animales.


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Los virus animales se clasifican tomando en cuenta las caractersticas siguientes: 1. Caractersticas primarias 1.1 Organizacin de la cpsida

a. Forma y tamao de la partcula viral b. Nmero de capsmeros c. Presencia o ausencia de cubierta lipdica

d. Simetra de la nucleocpsida

1.2 Estructura del cido nucleico a. Tipo de cido nucleico b. Nmero de cadenas c. Peso molecular del cido nucleico d. Nmero aproximado de genes 1.3 Presencia de transcriptasa 2. Caractersticas secundarias 2.1 Husped a. Especie b. Tejido 2.2 Modo de transmisin

2.3 Caractersticas inmunolgicas Los virus no se nombran usando el esquema binomial clsico que se utiliza para los otros microorganismos, a los virus se les denomina con el nombre de la enfermedad que causan, por ejemplo, virus de la rabia, virus del sarampin, etc.


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BIBLIOGRAFA American Society for Microbiology. International Code of Nomenclature of Bacteria. 1976. Black J. G. Microbiology. Principles and Explorations. Fourth Edition 1999 John Wiley & Sons, Inc. Davis, Dulbecco, Eisen and Ginsberg. Microbiology. Fourth Edition. J. B. Lippincott Company 1990. Madigan, Martinko y Parker. Brock Biologa de los Microorganismos. Octava Edicin 1998. Prentice-Hall. Olsen G.J. y Woese C.R. (1993). Ribosomal RNA: A key to phylogenery. FASEB J. 7: 113 123. Pelczar, Reid and Chan. Microbiology. Fourth edition. 1977. Mcgraw-Hill. Prescott, Harley y Klein 1999 Microbiologa. Cuarte edicin. McGraw-Hill Interamericana. Stanier, Adelberg and Ingraham. General Microbiology. 4th Edition. 1977. The MacMillan Press Ltd. Tortora, Funke and Case. Introduccin a la Microbiologa. 9na Edicin 2007. Editorial Mdica Panamericana. Weistreich and Lechtman. Microbiology. Fifth Edition. 1988 Macmillan Publishing Co. De Haro Juan & Melic Antonio (2002). Taxonoma, Sistemtica, Filogenia y Clasificaciones. URL: http://entomologia.rediris.es/documentos/taxonomia.htm Prof. Magaly Pedrique de Aulacio Prof. Katiuska Saravia . Prof. Alessandra Garcs Revisin 2008


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ACTIVIDADES ADICIONALES Buscar en un diccionario de ingls tcnico la traduccin al espaol de las palabras si-guientes Ancestor

Causative agent

Common name

Dichotomous key

Disease

DNA probes

Domain

Fingerprint

G + C ratio

Genus

Growth

Hierarchy

Isolate

Kingdom

Methanogen

Order

Profile

Scientific name

Specie

Strain

Disear una clave dicotmica que permita diferenciar un miembro del gnero Staphylo-

coccus de un miembro del gnero Streptococcus


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Disear una clave dicotmica que permita diferenciar un miembro del gnero Pseudomo-nas de un miembro del gnero Escherichia.

Investigar un producto comercial que se encuentre en el mercado venezolano para la

identificacin de microorganismos usando sondas moleculares. Indicar nombre del pro-ducto, uso, fabricante y distribuidor en Venezuela.

Determinar el porcentaje G + C de este trozo de ADN

A T C G C C C G A T T G C A T T A A C G G G C C T A T T T A G C G G G C T A A C G T A A T T G C C C G G A T A A

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