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3.1.3: Bacterias

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    Objetivos de aprendizaje
    • Describir algunos de los importantes papeles ecológicos que desempeñan las bacterias
    • Explicar algunas formas en que las bacterias interactúan con las plantas
    • Diferenciar entre fotosíntesis oxigénica y anoxígena

    Las bacterias son procariotas que, junto con varias otras distinciones, tienen peptidoglicano en su pared celular. Estos organismos unicelulares son increíblemente diversos y están involucrados en todos los procesos ecológicos en todos los ecosistemas. Aunque la mayoría son demasiado pequeñas para verlas a simple vista y, por lo tanto, se pasan por alto fácilmente, algunas bacterias, como las mixobacterias (en el orden Myxococcales), colaboran para producir estructuras multicelulares (ver Figura\(\PageIndex{1}\)). En esta sección se abordarán algunos taxones bacterianos selectos relevantes para la botánica.

    Muchas estructuras acechadas, anaranjadas con tapas anaranjadas con volante. Se ven un poco como diminutas palmeras anaranjadas.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Mixobacterias en madera en descomposición. Estas bacterias clonales forman estructuras casi macroscópicas (¡estas todavía son bastante pequeñas!). Foto de Alison Pollack, CC-BY-NC.

    Bacterias fototróficas

    Las bacterias fototróficas son una categoría grande y diversa de bacterias que no representan un taxón sino, más bien, un grupo de bacterias que utilizan la luz solar como su principal fuente de energía. Este grupo contiene tanto Proteobacterias como no proteobacterias. Utilizan la energía solar para sintetizar ATP a través de la fotosíntesis. Cuando producen oxígeno, realizan fotosíntesis oxigénica. Cuando no producen oxígeno, realizan fotosíntesis anoxígena. A excepción de algunas cianobacterias, la mayoría de las bacterias fototróficas realizan fotosíntesis anoxígena.

    Un gran grupo de bacterias fototróficas incluye las bacterias moradas o verdes que realizan la fotosíntesis con la ayuda de bacterioclorofilas, que son pigmentos verdes, púrpuras o azules similares a la clorofila en las plantas. Algunas de estas bacterias tienen una cantidad variable de pigmentos rojos o naranjas llamados carotenoides. Su color varía de naranja a rojo a púrpura a verde (Figura\(\PageIndex{2}\)), y son capaces de absorber luz de diversas longitudes de onda. ¡Algunas bacterias verdes de azufre son capaces de fotosintetizar en el fondo del océano usando las longitudes de onda de luz emitidas por rocas calentadas geotérmicamente alrededor de los respiraderos hidrotermales! 1 Tradicionalmente, las bacterias fotosintéticas se clasifican en bacterias de azufre y no azufre; se diferencian aún más por color (por ejemplo, bacterias de azufre púrpura).

    Un tubo de vidrio grueso lleno de regiones moradas etiquetadas como bacterias moradas y regiones verdes etiquetadas como bacterias verdes.
    Figura\(\PageIndex{2}\): Las bacterias azufradas moradas y verdes mostradas en esta columna Winogradsky utilizan bacterioclorofilas para realizar fotosíntesis.

    Las bacterias de azufre realizan fotosíntesis anoxígena, utilizando sulfitos como donantes de electrones y liberando azufre elemental libre. Las bacterias no azufradas utilizan sustratos orgánicos, como succinato y malato, como donantes de electrones.

    Las bacterias de azufre púrpura oxidan el sulfuro de hidrógeno en azufre elemental y ácido sulfúrico y obtienen su color púrpura de los pigmentos bacterioclorofilas y carotenoides. Las bacterias del género Chromatium son Gammaproteobacterias de azufre púrpura. Estos microorganismos son anaerobios estrictos y viven en el agua. Utilizan el dióxido de carbono como su única fuente de carbono, pero su supervivencia y crecimiento sólo son posibles en presencia de sulfitos, que utilizan como donantes de electrones. Chromatium se ha utilizado como modelo para estudios de fotosíntesis bacteriana desde la década de 1950.

    Las bacterias de azufre verde utilizan sulfuro para la oxidación y producen grandes cantidades de bacterioclorofila verde. El género Chlorobium es una bacteria verde de azufre que está implicada en el cambio climático porque produce metano, un gas de efecto invernadero. Estas bacterias utilizan al menos cuatro tipos de clorofila para la fotosíntesis. El más prevalente de estos, la bacterioclorofila, se almacena en orgánulos especiales similares a vesículas llamados clorosomas.

    Las bacterias moradas sin azufre son similares a las bacterias de azufre púrpura, excepto que usan hidrógeno en lugar de sulfuro de hidrógeno para la oxidación. Entre las bacterias moradas sin azufre se encuentra el género Rhodospirillum. Estos microorganismos son anaerobios facultativos, que en realidad son rosados en lugar de morados, y pueden metabolizar (“fijar”) el nitrógeno. Pueden ser valiosos en el campo de la biotecnología por su potencial capacidad para producir plástico biológico y combustible de hidrógeno.

    Las bacterias verdes no azufradas son similares a las bacterias de azufre verde pero utilizan sustratos distintos de los sulfuros para la oxidación. El cloroflexus es un ejemplo de una bacteria verde sin azufre. A menudo tiene un color naranja cuando crece en la oscuridad, pero se vuelve verde cuando crece a la luz del sol. Almacena bacterioclorofila en clorosomas, similares a Chlorobium, y realiza fotosíntesis anoxígena, utilizando sulfitos orgánicos (bajas concentraciones) o hidrógeno molecular como donadores de electrones, por lo que puede sobrevivir en la oscuridad si hay oxígeno disponible. El cloroflexus no tiene flagelos pero puede deslizarse, como Cytophaga. Crece a un amplio rango de temperaturas, de 35 °C a 70 °C, por lo que puede ser termófila.

    Otro grupo grande y diverso de bacterias fototróficas componen el filo Cianobacterias; obtienen su color azul-verde de la clorofila contenida en sus células (Figura\(\PageIndex{3}\)). Las especies de este grupo realizan fotosíntesis oxigénica, produciendo megatones de oxígeno gaseoso. Los científicos plantean la hipótesis de que las cianobacterias jugaron un papel crítico en el cambio de la atmósfera anóxica de nuestro planeta hace 1—2 mil millones de años al ambiente rico en oxígeno que tenemos hoy en día. Este grupo se discute más a fondo en 3.1.3.1.

    a) Una micrografía de células esféricas verdes. B) Un lago verde
    Figura\(\PageIndex{3}\): (a) Microcystis aeruginosa es un tipo de cianobacterias que se encuentra comúnmente en ambientes de agua dulce. b) En temperaturas cálidas, M. aeruginosa y otras cianobacterias pueden multiplicarse rápidamente y producir neurotoxinas, dando como resultado floraciones que son perjudiciales para los peces y otros animales acuáticos. (crédito a: modificación de obra del Dr. Barry H. Rosen/Servicio Geológico de los Estados Unidos; crédito b: modificación de obra por la NOAA)

    El cuadro\(\PageIndex{2}\) resume las características de algunos grupos importantes de bacterias fototróficas.

    Cuadro\(\PageIndex{2}\): Características de las Bacterias Fototróficas.
    Phylum Clase Ejemplo de género o especie Nombre común Oxígeno o Anoxigénico Deposición de azufre
    Cianobacterias Cyanophyceae Microcystis aeruginosa Bacterias azul-verdes Oxigénico Ninguno
    Chlorobi Clorobia Clorobio Bacterias de azufre verde Anoxigénico Fuera de la celda
    Cloroflexi (División) Cloroflexi Cloroflexus Bacterias verdes sin azufre Anoxigénico Ninguno
    Proteobacterias Alfaproteobacterias Rhodospirillum Bacterias moradas sin azufre Anoxigénico Ninguno
    Betaproteobacterias Rhodocyclus Bacterias moradas sin azufre Anoxigénico Ninguno
    Gammaproteobacterias Chromatium Bacterias de azufre púrpura Anoxigénico Dentro de la celda

    Bacterias y Plantas

    Algunas enfermedades importantes de las plantas son causadas por bacterias patógenas. Por ejemplo, los miembros del género Agrobacterium infectan una variedad de plantas. Al igual que los virus, estas bacterias insertan parte de su propio genoma en su huésped, haciendo que la planta infectada produzca una vesícula grande (Figura\(\PageIndex{4}\)). Este género es particularmente famoso por su uso en la ingeniería genética de plantas. Los científicos pueden insertar un gen en el genoma de Agrobacterium, que luego se insertará en la planta después de la infección. Otras bacterias patógenas pueden causar pudrición, tizón e incluso la muerte de algunas especies hospedadoras. Especies como Pseudomonas syringae y Erwinia herbicola son capaces de inducir la formación de hielo (nucleación de hielo), lesionando tejidos vegetales.

    Un tronco de árbol que produce una gran galón deformado
    Figura\(\PageIndex{4}\): Una agalla sobre abedul de papel blanco causada por infección por Agrobacterium radiobacter. Foto de Erik Barr, CC-BY-NC.

    Además de las enfermedades, muchas bacterias viven dentro de los tejidos de las plantas, ya sea libremente o dentro de hongos endófitos que viven entre las células vegetales. Estas bacterias endófitas y/o endohifales pueden desempeñar un papel importante en la fisiología vegetal, defensa y otros aspectos de la biología vegetal mediante la producción de una amplia gama de compuestos químicos. Algunas bacterias son capaces de fijar nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno atmosférico en formas disponibles en plantas. Las plantas de la familia del frijol y los alisos tienen una relación mutua con las bacterias fijadoras de nitrógeno y forman estructuras llamadas nódulos radiculares (ver 3.1.3.2).

    Resumen

    • Las bacterias fototróficas no son un taxón sino, más bien, un grupo categorizado por su capacidad para utilizar la energía de la luz solar. Incluyen Proteobacterias y no proteobacterias, así como bacterias de azufre y no azufre coloreadas de púrpura o verde.
    • Las bacterias de azufre realizan fotosíntesis anoxígena, utilizando compuestos de azufre como donantes de electrones, mientras que las bacterias que no son de azufre utilizan compuestos orgánicos (succinato, malato) como donantes de electrones.
    • Algunas bacterias fototróficas son capaces de fijar el nitrógeno, proporcionando las formas utilizables de nitrógeno a otros organismos.
    • Las cianobacterias son bacterias productoras de oxígeno que se cree que han jugado un papel crítico en la formación de la atmósfera terrestre.
    • Las plantas tienen complejas relaciones simbióticas con bacterias, incluyendo parásitos, comensales y mutualistas.

    Atribución

    Contenido escrito y comisariado por Maria Morrow, CC-BY-NC, utilizando la siguiente fuente:

    This page titled 3.1.3: Bacterias is shared under a CC BY-NC 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Melissa Ha, Maria Morrow, & Kammy Algiers (ASCCC Open Educational Resources Initiative) .